Η Γενετική Αρχιτεκτονική του Σακχαρώδους Διαβήτη Τύπου 2. Νεότερα Δεδομενα. Ερευνητικό Πρόγραμμα «Θαλής» Συντονίστρια: Περιστέρα Πάσχου, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Τμήμα Μοριακής Βιολογίας και Γενετικής
Η Πανδημία του Σακχαρώδους Διαβήτη Τύπου 2 δ International Diabetes Federation «Ένας στους 10 ενήλικες θα πάσχει από ΣΔΤ2 μέχρι το 2030» Hossain et al. N Engl J Med 2007
Κατανόηση γενετικής βάσης Στόχοι Προσδιορισμός νέων φαρμακευτικών στόχων Πρόβλεψη κινδύνου Πρόληψη!
Ο ΣΔΤ2 είναι πολυπαραγοντικό νόσημα Περιβάλλον -Ενδομήτρια ζωή -Δίαιτα -Άσκηση -Εντερική χλωρίδα -Φλεγμονή -Τρόπος ζωής Γενετικό υπόβαθρο -πολλαπλά γονίδια -συνδυασμοί γονιδίων Επιγενετική -τροποποίηση ιστονών -μεθυλίωση DNA Σακχαρώδης Διαβήτης Τύπου 2
Εντοπισμός γονιδίων για πολυπαραγοντικά νοσήματα Μελέτες υποψηφίων γονιδίων (candidate gene approach) Ασθένεια Αιτιοπαθογένεια Γονίδιο Χαρτογράφηση Κλωνοποίηση θέσης (positional cloning) Ασθένεια Χαρτογράφηση Γονίδιο Αιτιοπαθογένεια
Είμαστε όμοιοι αλλά διαφέρουμε To μέσο γονιδίωμα (2x3 δισεκατομμύρια βάσεις) περιέχει: 3-4 εκατομμύρια παραλλαγές ενός νουκλεοτιδίου σε σχέση με την αλληλουχία αναφοράς (Single Nucleotide Polymorphisms SNPs) ~0.5 εκατομμύρια μικρές ενθέσεις ή ελλείψεις indels (1-100bp) ~5,000 μεγαλύτερες ενθέσεις, ελλείψεις (>100bp) Ποικιλότητα στα (~23,000) γονίδια - the exome ~18,000 παραλλαγές ~8-9,000 παραλλαγές που επηρεάζουν τη λειτουργία ~95% παραλλαγές συχνές στον πληθυσμό ~500-1000 γονίδια με νέες μεταλλάξεις ~100-200 μεταλλάξεις knock-out
Οι πολυμορφισμοί του DNA χρησιμεύουν ως δείκτες θέσης Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) πολυμορφισμοί ενός νουκλεοτιδίο Υπολογίζεται ότι υπάρχουν περίπου 15 εκατομμύρια SNPs στο ανθρώπινο γονιδίωμα
Μελέτες ολόκληρου του γονιδιώματος Genomewide Association Studies (GWAS) Ιδανικά Εντοπισμός όλων των SNPs (πχ 15.000.000) Συλλογή μεγάλου δείγματος (πχ 1.000 ασθενείς και 1.000 άτομα ελέγχου) Τυποποίηση όλων των SNPs σε όλα τα άτομα 30 δις γονότυποι! Κόστος το 2002: 50 cents/γονότυπο. $15 δις για κάθε νόσημα!
Η δομή του γονιδιώματος επιτρέπει την επιλογή αντιπροσωπευτικών πολυμορφισμών μετάλλαξη SNP μετάλλαξη Άμεση συσχέτιση Έμμεση συσχέτιση Hirschhorn & Daly, Nat Rev Genet 2005 Υποψήφιο γονίδιο ή συσχέτιση GWAS 300.000 SNPs επαρκούν για την αδρή σάρωση του γονιδιώματος Paschou et al. Genome Research 2007 De Bakker et al. Nature Genetics 2005
Genome-wide association studies (GWAS) Ασθενείς Άτομα ελέγχου Γονοτύπιση πχ 600.000 SNPs σύγκριση διαφορετικών αλληλομόρφων
Η πρώτη μελέτη ολόκληρου του γονιδιώματος δημοσιεύεται το 2005 Klein et al. Science 2005
Σεπτέμβριος 2012: 1.416 μελέτες 7.688 συσχετισμένα SNPs http://www.genome.gov/gwastudies/
Αποτελέσματα GWAS για το ΣΔΤ2 http://www.genome.gov/gwastudies/
Εντοπισμός γονιδίων για το ΣΔΤ2 Υποψήφια γονίδια Λειτουργία β κυττάρων δράση ινσουλίνης/μεταβολισμός γλυκόζης Πρόσληψη και κατανάλωση ενέργειας Μεταβολισμός λιπιδίων Μελέτες σύνδεσης σε δείγματα από οικογένειες Μελέτες συσχέτισης σε πληθυσμιακά δείγματα (GWAS)
Γονίδια που σχετίζονται με το ΣΔΤ2 Επιβεβαιωμένα γονίδια προδιάθεσης την προ-gwas εποχή Altshuler et al, Nature Genetics 2000 Gloyn et al, Diabetes 2003 Grant et al, Nature Genetics 2006
Επιβεβαιωμένα γονίδια προδιάθεσης, πριν από την εποχή των GWAS (πριν το 2007) PPARG - Peroxisome proliferator-activated receptor-γ (3p25) KCNJ11 - Potassium channel, inwardly rectifying, subfamily J, member 11 (11p15.1) TCF7L2 - Transcription factor 7-like 2 (10q25)
26 ο συνέδριο
Γονίδια που σχετίζονται με το ΣΔΤ2 πριν το 2007 Επιβεβαιωμένα γονίδια προδιάθεσης την προ-gwas εποχή Altshuler et al, Nature Genetics 2000 Gloyn et al, Diabetes 2003 Grant et al, Nature Genetics 2006
Γονίδια που σχετίζονται με το ΣΔΤ2 μετά το 2007 Μελέτες υποψήφιων γονιδίων GWAS για το ΣΔΤ2 GWAS για σχετικά με ΣΔ γνωρίσματα Συνεργατικές μελέτες συσχέτισης
Μελέτες συσχέτισης ολόκληρου του γονιδιώματος για το ΣΔΤ2 σε Ευρωπαϊκούς πληθυσμούς Κύρια Ερευνητική ομάδα McGill University decode genetics Wellcome Trust Case Control Consortium Diabetes Genetics Initiative Ασθενείς Άτομα ελέγχου Αριθμός SNPs Αναφορά 694 695 392.935 Sladek et al. Nature 2007 1.399 5.275 313.179 Steinthorsdottir et al. Nat Genet 2007 1.924+3.757 2.938+5.346 500.000 Zeggini et al. Science 2007 WTCCC Nature 2007 1.464 1.467 386.731 DGI et al. Science 2007 FUSION 1.161 1174 315.000 Scott et al. Science 2007
Μετα-ανάλυση και συνεργασίες μεγάλης κλίμακας για τη διαλεύκανση της γενετικής βάσης του ΣΔΤ2 Κύρια Ερευνητική ομάδα Wellcome Trust Case Control Consortium Ασθενείς Άτομα ελέγχου Αριθμός SNPs (γονοτύπιση και πρόβλεψη) Αναφορά 4.549 5.579 2.200.000 Zeggini et al. Nat Genet 2008 DIAGRAM+ 8.130 38.987 2.426.886 Voight et al. Nat Genet 2010 DIAGRAM+ 34.840 114.981 2.500.000 Morris et al. Nat Genet 2012 Πάνω από 45 γονίδια εμπλέκονται μέχρι σήμερα.
Η συνεργασία μεγάλης κλίμακας οδηγεί σε νέες ανακαλύψεις 8.130 ασθενείς, 38.987 άτομα ελέγχου DIAbetes Genetics Replication and Meta-analysis + Voight et al. Nature Genetics 2010
Η συνεργασία μεγάλης κλίμακας οδηγεί σε νέες ανακαλύψεις 8.130 ασθενείς, 38.987 TCF7L2 άτομα ελέγχου -Σηματοδότηση Wnt -Διαφοροποίηση κυττάρων και ανάπτυξη οργάνων - Φαινόμενο ινκρετίνης - έκκριση ινσουλίνης DIAbetes Genetics Replication and Meta-analysis + Voight et al. Nature Genetics 2010
Η συνεργασία μεγάλης κλίμακας οδηγεί σε νέες ανακαλύψεις 8.130 ασθενείς, 38.987 άτομα ελέγχου DIAbetes Genetics Replication and Meta-analysis + παχυσαρκία Voight et al. Nature Genetics 2010
Η συνεργασία μεγάλης κλίμακας οδηγεί σε νέες ανακαλύψεις 8.130 ασθενείς, 38.987 άτομα ελέγχου DIAbetes Genetics Replication and Meta-analysis + MODY-3 MODY-5 Voight et al. Nature Genetics 2010
Η συνεργασία μεγάλης κλίμακας οδηγεί σε νέες ανακαλύψεις 8.130 ασθενείς, 38.987 άτομα ελέγχου DIAbetes Genetics Replication and Meta-analysis + κιρκάδιοι ρυθμοί Voight et al. Nature Genetics 2010
Συμπεράσματα για την αιτιοπαθογένεια του ΣΔΤ2 Παχυσαρκία Αντίσταση στην ινσουλίνη Δυσλειτουργία β κυττάρων Φαινόμενο ινκρετίνης Μάζα β κυττάρων Τα περισσότερα από τα γονίδια που εμπλέκονται, σχετίζονται με τη λειτουργία του β-κυττάρου και όχι με αντοχή στην ινσουλίνη ΣΔΤ2 Έκκριση ινσουλίνης Gjesing et al. 2012
Παραδείγματα πλειοτροπικής δράσης των γονιδίων του ΣΔΤ2 CDKAL1 φλεγμονώδης νόσος του εντέρου JAZF1, HNF1B καρκίνος (αντίθετη σχέση) CDKN2A/B καρκίνος, στεφανιαία νόσος HNF1A C αντιδρώσα πρωτεϊνη, στεφανιαία νόσος, επίπεδα LDL χοληστερόλης ADCY5 χαμηλό βάρος γέννησης
Τα αλληλόμορφα που αυξάνουν τον κίνδυνο για ΣΔΤ2 έχουν διαφορετική συχνότητα σε διαφορετικούς πληθυσμούς CORONA ET AL. 12TH INTERNATIONAL CONGRESS OF HUMAN GENETICS, 2011
Διαφορετικοί πληθυσμοί έχουν διαφορετική γενετική δομή Μεγάλη διαφοροποίηση ακόμη και ανάμεσα σε Ευρωπαϊκούς πληθυσμούς 650.000 SNPs για διαφορετικούς Ευρωπαϊκούς πληθυσμούς. Adygei Sardinian Russian Italian/Tuscan Orcadian French Basque Paschou et al. Journal of Medical Genetics 2010 Paschou et al. PLoS Genetics 2008 Paschou et al. PLoS Genetics 2007
For each population, the average individual as well as standard deviation is shown Stathias et al. Annals of Human Genetics 2012 Ανάλυση βασικών συνιστωσών 1,200 SNPs CEU Έλληνες TSI (Ιταλοί) (Βόρεια Ευρώπη) (Νότια Ευρώπη)
Μελέτες της γενετικής βάσης του ΣΔΤ2 στον ελληνικό πληθυσμό Ασθενείς Άτομα ελέγχου Γονίδιο - συσχέτιση Αναφορά 148 (διαβήτης κύησης) 107 TCF7L2, PPARG, KCNJ11,IRS1, FOXC2 Pappa et al. 2011 178 177 PBEF1/NAMPT Paschou et al. 2010 252 211 5-HTTLPR Iordanidou et al. 2010 242 188 FABP2 Tavridou et al. 2009 183 (πολυκυστικές ωοθήκες) 148 TCF7L2, KCNJ11 Christopoulos et al. 2008 Παχύσαρκοι μεταβολικό σύνδρομο BBS6/MKKS Rouskas et al. 2008 151 164 5-HT2C Iordanidou et al. 2008 130 διαβητική νευροπάθεια 180 (διαβήτης κύησης) 60 α2b adrenoceptor Papanas et al. 2007 131 beta3-ar Alevizaki et al. 2000
Η Γενετική Αρχιτεκτονική του Σακχαρώδους Διαβήτη Τύπου 2. Προδιάθεση, Αντιμετώπιση και Πρόβλεψη των Επιπλοκών. Ερευνητικό Πρόγραμμα «Θαλής», Συντονίστρια: Π. Πάσχου, ΔΠΘ Στόχοι Διαλεύκανση της γενετικής βάσης του ΣΔΤ2 στον ελληνικό πληθυσμό. Δημιουργία τράπεζας δειγμάτων και διαδικτυακής βάσης δεδομένων Μελέτη της γενετικής βάσης των επιπλοκών του ΣΔΤ2 διαβητική νεφροπάθεια, διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια Μελέτη της φαρμακογενετικής του ΣΔΤ2 Έλεγχος γενετικών δεικτών
Μελέτη του ελληνικού πληθυσμού για συσχέτιση με γονίδια που έχουν εμπλακεί στην αιτιολογία του ΣΔΤ2 Γονίδιο SNP Αλληλό μορφο Συχνότητα σε ασθενείς/άτομα ελέγχου TCF7L2 rs7903146 T 0,438 / 0,355 0,02 PPARG rs1801282 C 0,935 / 0,933 0,89 KCNJ11 rs5219 T 0,328 / 0,293 0,29 IGF2BP2 rs4402960 T 0,339 / 0,337 0,95 CDKN2B rs10811661 T 0,847/ 0,793 0,04 HHEX/IDE rs1111875 G 0,654 / 0,639 0,65 CDKAL1 rs7754840 C 0,318 / 0,251 0,03 225 ασθενείς, 200 άτομα ελέγχου Tsirigoti et al. under preparation P
Τα γονίδια που έχουν εμπλακεί στην αιτιολογία του ΣΔΤ2 εξηγούν μόνο το 10-28% της κληρονομικότητας
Πόσα επιπλέον γονίδια; DIAbetes Genetics Replication And Meta-analysis (DIAGRAM) Consortium 34.840 ασθενείς και 114.981 άτομα ελέγχου 10 νέα γονίδια (δύο που σχετίζονται με το φύλο) Εμπλέκονται νέες κυτταρικές διεργασίες Μεταγραφή που σχετίζεται με το CREBBP Σηματοδότηση αδιποκυτταροκινών Ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου Morris et al. Nature Genetics 2012
Μελέτες υποψηφίων γονιδίων για τη Διαβητική Νεφροπάθεια Protein Kinase C β (PRKCB) (Ma et al. 2010, JAMA) Erythropoietin (EPO) (Tong et al. 2008, PNAS) Endothelial Nitric Oxide Synthase (NOS3) (Liu et al 2005, J Am Soc Nephrol) Angiotensin 1-converting enzyme insertion-deletion (ACE I/D) (in Asians) (Wang et al. 2011, J Renin Angiotensin Aldosterone Syst) Carnosinase 1, 2 (CNDP1, CNDP2) (Ahluwalia et al. 2011, Diabetologia) Meta-analysis of 671 studies ACE, AKR1B1, APOC1, APOE, EPO, NOS3, HSPG2, VEGFA, FRMD3, CARS, UNC13B, CPVL, CHN2, and GREM1. (Mooyaart et al. 2011, Diabetologia)
Μελέτη FIND - Family Investigation of Nephropathy and Diabetes Φάση 1: 378 οικογένειες (Knowler et al. 2005, Diabetes) Φάση 2: 1.235 οικογένειες 3.972 άτομα με διαβήτη (Igo et al. 2011, Am J Nephrol) 3q, 7q, 10p, 18q, 22q (APOL1 )
Μελέτες συσχέτισης ολόκληρου του γονιδιώματος για τη Διαβητική Νεφροπάθεια (ΔΝ) Iάπωνες, ~80,000 SNPs σε γονίδια (Shimazaki et al. 2005, Diabetes). engulfment and cell motility 1 gene (ELMO1) neurocalcin delta (NCALD) acetyl-coenzyme A carboxylase beta (ACACB) Ινδίανοι Pima, ~115,000 SNPs (Hanson et al. 2007, Diabetes). plasmacytoma variant translocation 1 (PVT1) Genetics of Kidneys in Diabetes (GoKinD): 820 διαβητικοί τύπου 1 με ΔΝ / 885 άτομα ελέγχου (διαβητικοί χωρίς ΔΝ) (Pezzolesi et al. 2009, Diabetes). FRMD3, CARS Αμερικανοί Αφρικανικής καταγωγής 965 διαβητικοί τύπου 2 με νεφρική ανεπάρκεια τελικού σταδίου / 1.029 άτομα ελέγχου χωρίς διαβήτη ή νεφροπάθεια (McDonough et al. 2011, Kidney Int) Κανένα στατιστικά σημαντικό σήμα (για επίπεδο γονιδιώματος) Ενδεικτικά σήματα: RPS12, LIMK2, SFI1
Υποψήφια γονίδια για την διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια Μετα-ανάλυση 702 μελετών (Abhary et al. 2009, Diabetes) aldose reductase (AKR1B1) NOS3, VEGF, ITGA2, and ICAM1 GWAS σε Μεξικάνους, ~100.000 SNPs (Fu et al. Journal of Ophthalmology, 2010) CAMK4, FMN1 GWAS στην Ταϊβάν (Huang et al. 2011, Ophthalmology) PLXDC2, ARHGAP22, HS6ST3, GWAS σε Κινέζους (Hu et al. 2011, Diabetes) CPVL/CHN2, FRMD3 GWAS σε Κινέζους (Hu et al. 2011, Diabetes) Μετα-ανάλυση: GoKinD και ΕDIC - 973 ασθενείς με ΔΑ / 1856 διαβητικοί χωρίς ΔΑ / 2.543.887 SNPs (Grassi et al. 2011, Hum Mol Genet) Κανένα σήμα στατιστικά σημαντικό σε επίπεδο γονιδιώματος Αρκετές περιοχές που πρέπει να επιβεβαιωθούν από άλλες μελέτες
Η φαρμακογενετική της μετφορμίνης organic cation transporters OCT1, OCT2 multidrug and toxin extrusion 1 transporter (MATE 1) Tarasova et al. 2012, Pharmacogenet Genomics Becker et al. 2009, Diabetes ataxia telangiectasia mutated ATM Zhou et al. 2011, Nat Genet van Leeuwen et al. 2012, Diabetologia
Που βρίσκεται η χαμένη κληρονομικότητα; Υπόθεση της συχνής νόσου σπάνιας παραλλαγής (Common disease rare variant) McCarthy et al. Nat Rev Genet 2008
Ευχαριστίες Κ. Πολυχρονάκος, McGill University, Καναδάς Π. Δρινέας, Dept. of Computer Science, Rensselaer Polytechnic Institute, ΗΠΑ Β. Βαργεμέζης, Π. Πασαδάκης, Ηλ. Θώδης, Σ. Παναγούτσος, Νεφρολογική Κλινική, Τμήμα Ιατρικής ΔΠΘ Ε. Μαλτέζος, Ν. Παπάνας, Δ. Παπάζογλου, Β Παθολογική Κλινική, Τμήμα Ιατρικής ΔΠΘ Ι. Γιώβος, Μ. Δανιηλίδης, Κ. Κώτσα, Α. Κουκουβίτης, A Παθολογική Κλινική, Τμήμα Κλινικής Ενδοκρινολογίας και Μεταβολισμού, Τμήμα Ιατρικής, ΑΠΘ Γ. Πατρινός, Τμήμα Φαρμακευτικής, Παν/μιο Πατρών Α. Παπαχατζοπούλου, Τμήμα Ιατρικής, Παν/μιο Πατρών Α. Τσακαλίδης, Τμήμα Πληροφορικής και Μηχανικών Η/Υ, Παν/μιο Πατρών Ι. Τζήμας, Τµήµα Εφαρµογών, Πληροφορικής στη Διοίκηση και την Οικονοµία, ΤΕΙ Μεσολλογίου Γκαντούνα Β. Ιωάννου Ζ.Μ, Παν/μιο Πατρών Σιούτας Σπ, Τσίχλας Κ. Πρόγραμμα ΘΑΛΗΣ http://gr-diagenes.eu/