Diabètes monogéniques - Diabète de type 2 Déterminants Génétiques Gilberto Velho
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Transcript Diabètes monogéniques - Diabète de type 2 Déterminants Génétiques Gilberto Velho
Diabètes monogéniques - Diabète de type 2
Déterminants Génétiques
Gilberto Velho
Inserm U695
Déterminants Génétiques du Diabète de Type 2 et de ses Complications Vasculaires
Faculté de Médecine Xavier Bichat, Paris
Inserm
Ins titut national
de la s anté e t de la re che rche m é dicale
Quick Time™e tun
dé compr ess eur T IF F (no n compr ess é)
so ntr equ is p our v is io nner cette ima ge.
Le diabète sucré
• Définition
– "une affection métabolique d'étiologie multiple, caractérisée
par une hyperglycémie chronique avec perturbation du
métabolisme des hydrates de carbone, des lipides et des
protéines, et résultant des défauts de la sécrétion d'insuline,
de l'action de l'insuline, ou de leur association.." (OMS.1998)
• Critères de diagnostic
– glycémie à jeun (plasma) ≥ 7,0 mmol/l ou
– glycémie 2 heures après charge orale en glucose supérieure à
11,1 mmol/l
Classification des diabètes sucrés - OMS 1998
Diabète de type 1 : 2 à 5% des diabètes
Diabète de type 2 : 85 à 95% des diabètes
Absence processus auto-immun
Début tardif (> 40 ans)
Souvent associé à une obésité
Autres types spécifiques de diabète : 1 à 5% des diabètes
Anomalies génétiques impliquant l'insulinosécrétion
Mody (maturity onset diabetes of the young)
Diabète néonatal
Diabète d'origine mitochondriale
Endocrinopathies, infections, autres syndromes génétiques ...
Diabète gestationnel : chez 2 à 5 % des femmes enceintes
Le diabète sucré, problème majeur de santé publique
+ 44 %
+ 180 %
+ 160 %
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+ 102 %
+ 130 %
Global
2000: 171 million
2030: 366 million
+ 114 %
WHO 2004 - http://www.who.int/entity/diabetes/actionnow/en/mapdiabprev.pdf
Le diabète sucré, problème majeur de santé publique
Nombre estimé de personnes diabétiques
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WHO 2004 - http://www.who.int/entity/diabetes/actionnow/en/diabprev.pdf
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Le diabète sucré, problème majeur de santé publique
Fréquent et en augmentation
151 millions en 2000
221 millions en 2010 ?
+ de 1.2 millions en France
Coûts importants
+ de 2000 $
+ de 1000 €
/ patient / an
Diabète
Complications
micro- et macro-vasculaires
Traitements
Non curatifs
Cécité, insuffisance rénale,
amputations membres inférieurs,
maladies cardio-vasculaires ...
Antidiabétiques oraux, insuline, régime ...
Diabète de Type 2
Syndrome
multifactoriel
Susceptibilité
génétique:
~100% de concordance chez des jumeaux identiques
prevalence variable dans différents groupes ethniques
Des
facteurs d'environnement (obésité, sédentarité) modulent
l’expression de la susceptibilité génétique
Interaction of genes and environment in T2DM
Diet
Physical Activity
Obesity
GENES
Stress
Obésité : problème majeur de santé publique
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Le DT2 et les autres facteurs de risque
cardiovasculaires sont intimement liées
PRESSION
ARTÉRIELLE
MICROALBUMINURIE
LIPIDES
Lien épidémiologique
(physiopathologie en grande
partie méconnue)
OBÉSITÉ
GLYCÉMIE
HÉMOSTASE
Hyperglycémie du DT2 : physiopathologie complexe
Diminution de la sensibilité à l’insuline
- muscles, foie, adipocytes, cellule bêta
DT2
Défaut insulino-sécrétoire (absolu ou relatif)
Défauts primaires inconnus
Hyperglycémie chronique : 60 syndromes
Insulinorésistance
Insulinosécrétion
GÉNÉTIQUE
ENVIRONNEMENT
Variabilité de la sécrétion d’insuline chez
l’homme
HYPERGLYCEMIC CLAMP
[10 mM glucose]
90
Facteurs génétiques
Facteurs d’environnement
80
alimentation, état nutritionnel
INSULIN (mU/L)
70
60
50
Sensibilité à l’insuline
40
30
20
10
0
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
TIME (min)
Normal OGTT; 20-35 yr; 19.7-24.6 kg/m2
Facteurs génétiques
Facteurs d’environnement
activité physique
corpulence
Facteurs génétiques
Facteurs d’environnement
Diabète de Type 2
Hétérogénéité génétique du diabète de type 2
Maladie
polygénique: combinaison de plusieurs
défauts génétiques ou de l’action simultanée de
plusieurs allèles défavorables.
Maladie
multigénique: différentes combinaisons de
défauts génétiques.
Le
nombre de "loci de susceptibilité majeurs ou
mineurs" n’est pas connu.
Formes
monogéniques: MODY, MIDD
Monogenic forms of type 2 diabetes
Rare mutations
with major effects
One
Gene
A
C
C
A
G
T
Diabetes
Polygenic forms of type 2 diabetes
expression
of diabetes
Several frequent
gene variants
contributing
small individual
effects
environmental
factors
Quelques résultats (1)
Les formes monogéniques représentent
~5% des diabètes
• Mody(s)
• Diabète mitochondrial
• Diabète néonatal
• Diabètes associés à certains syndromes rares
(Lipodystrophies, Wolfram, Wollcott-Rallison…)
Maturity Onset Diabetes of the Young
définition initiale
• Diabète de survenue précoce (< 25 ans)
• Non insulino-dépendant, non cétosique
• Transmission autosomique dominante
anomalie primitive de l'insulinosécrétion
2-5% des "DNID"
affection hétérogène (génétique et clinique)
Hérédité autosomique dominante du MODY
mody
w.t.
Hétérogénéité génétique du MODY
Mody 1
HNF4A
rare
Mody 2
Glucokinase
20%-50%
Mody 3
HNF1A
25%-50%
Mody 4
IPF1 (PDX1)
rare
Mody 5
HNF1B
fréquent
Mody 6
NEUROD1
rare
Mody 7
INS
rare
Mody "X"
???
~15%
Glucokinase mutations associated with hyperglycemia
b-cell
Liver
promoter promoter
1a
1b
1c
A10fs
IVS1A+1G>T
Velho et al. 2004
Q26X
L30P
V33_K39dup
R36W
Q38P
E40K
R43H
G44S
G44D
G44fs
H50Y
H50R
A53S
2
V62M
V62A
E70K
G72R
D73G
D78H
D78E
G80S
G80A
G81S
V89fs
E93del10
3
Q98X
W99X
V101M
T103N
K104fs
Y108H
Y108C
Y108F
Y108X
I110T
P111L
A119D
IVS3+1G>A
IVS3+1G>T
IVS3-2A>G
IVS3-1G>T
L122V
Y125del
Y125_D132dup
C129Y
I130T
S131P
L134P
H137R
Q138P
L146R
T149P
4
T149I
F150del
F150S
F150L
S151fs
V154fs
H156Y
E157K
K161N
IVS4+2del10
IVS4+2del15
G162fs
L164P
T168P
K169fs
K169N
F171L
A173S
G175R
5
V203A
T206M
T206R
T209M
M210K
M210T
C213R
Y215X
E216X
E220X
E221K
G223S
M224T
6
G175E
I225F
G175V
I225M
G178R
V226M
N180K
V226fs
V181A
G227C
V182M
IVS6+2T>A
R186X
A188T
A188E
R191W
R191Q
G193R
IVS5+1del33
IVS6-2A>T
T228A
T228R
T228M
N231fs
M235T
M238fs
Q239R
E248X
M251V
M251I
C252R
C252Y
E256K
IVS7-1G>A
Q286X
G294D
G295fs
M298K
G299R
E300Q
E300K
L304P
L309P
V310fs
7
8
W257R
G258C
A259T
G261R
G261E
S263P
G264S
E265X
E268X
L271del22
R275C
D278E
E279Q
E279X
S281F
G318R
F334fs
S336L
E339G
IVS8+2T>G
T342P
R358X
S360X
V367M
R369P
R377C
A378V
H380Q
9
IVS9-7del11
IVS9-1G>C
V427fs
S433_I436del
C434Y
S441W
S445fs
G446R
R447fs
R447Q
10
C382Y
S453L
S383fs
S453X
S383L
A454V
S383X
A460fs
A384T
G385V
A387T
A387V
R392C
E395_R403del
V401fs
I404fs
I404S
G407S
S411F
K414E
L415V
IVS9+1G>C
IVS9+1G>T
Glucokinase and glucose metabolism
glucose
GLUT2
ATP sensitive
K+ channels
GLUT2
glucose
glucose
glucokinase
glucokinase
+
K+
G-6-P
G-6-P
glycogen
ATP X
Ca++
pyruvate
insulin
voltage sensitive
Ca++ channel
hepatocytes
pancreatic beta-cells
plus effects in pancreatic alpha-cells and glucose-sensing cells of the CNS
Clinical phenotypes associated
with glucokinase mutations
GLUCOSE
ATP-sensitive
K+ channel
glucokinase
diazoxide
GLUCOSE
SUR1
G-6-P
K+
Kir6.2
K+
pyruvate
ATP
tolbutamide
K’
Ca++
insulin
Voltage-dependent
Ca++ channel
• Heterozygous mutations: mody type 2
• Homozygous or double heterozygous mutations: permanent
neonatal diabetes
• Heterozygous activating mutation: hyperinsulinemic
hypoglycemia
Glucokinase activity and regulation of insulin secretion
[ glucose ]
glucose
Km glucose
GLUCOKINASE
enzymatic activity
G-6-P
glycolysis
metabolic flux
K’
ATP
Insulin release
ATP production
insulin release
Relative Glucose-Phosphorylation
Capacity (%)
EFFECT OF GLUCOKINASE MUTATIONS ON INSULIN RELEASE
V445M / WT
WT / WT
E70K /
WT
V203A / WT
Peak insulin release
Threshold for insulin
release
Plasma Glucose (mM)
Fajans et al.: N Engl J Med 345: 971-980, 2001
Glaser et al.: N Engl J Med 338: 226-230, 1998
Graded glucose infusion in glucokinase-deficient (Mody2) subjects
Glucose sensitivity of b-cells
Dose-response curve
RELATIVE SLOPE OF CURVE (% / mM)
INSULIN SECRETION RATE (pmol/min)
100
controls
450
400
350
300
mody2
250
200
150
100
50
0
4
5
6
7
8
9
10
11
PLASMA GLUCOSE (mM)
12
13
14
80
60
40
20
0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
GLUCOSE (mM)
Byrne et al.: J Clin Invest 93:1120-1130, 1994
Transcription factors and beta-cell function
CIS elements
3'
5'
Expression of Target Genes:
Nuclear Factors
Glucose
insulin release
Glucose transport
Glucose metabolism
Insulin secretion
Islet development
Hepatocyte nuclear factor-1a
dimerisation
domain
(1-31)
DNA-binding domain
(184-280)
POU motif
proline rich
activation
domain II
(281-318)
Homeodomain
21 aa loop
• Homeodomain-containing transcription factor
• Encoded by TCF1 gene (chromosome 12q)
• Structurally related to HNF-1b (MODY5)
• Function as a homodimer or as a heterodimer with HNF-1b
• Expressed in liver, pancreatic b-cells, kidney
serine rich
activation
domain I
(547-628)
Mutations and polymorphisms in HNF-1 (Mody3) gene
Exon 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Promoter
-267G>A
HNF-4a site
HNF-3 site
C/EBP site
Q7X
L12H
G20R
I/L27
G31D
G42P43fs
CC>A
R55G56fsdel
GAGGG
A/V98
L107R
W113X
IVS2nt-1
K117E
G>A
S121fsdelC G191D
Y122C
R200W
DN127
R200Q
I128N
R203H
P129T
R203C
R131Q
K205Q
R131W
R229Q
G132K
R229X
V133M
S142F
H143Y
K158N
R159Q
R159W
A161T
R171X
V173fsdelTG
S594I
C241G IVS5nt+2T>A
A443fsdelCA IVS7nt-6G>A
I618M
C241R
H514R
IVS5nt-2A>G P447L
E619K
S247fsinC
P519L
P379fsdelCT S/N487
T620I
L254M
R537T
T492I
P379fsdelT
M626K
V259D
S498R
P379fsinsC
T547E548fsdelTG
T260M
T392fsdelA
A559fsinsA
R263C
Q401fsdelC
G/S574
W267X
I414G415fsTCG>CC
R583Q
R271W
G415R
R583G
R272H
S432C
L584S585fsinsTC
R272C
T433I
IVS9nt+1G>A
R272fsdelGC
P291fsinsC
P291fsdelC
G292fsdelG
A301T
A301fsinsA
Graded glucose infusion in Mody subjects
Insulin secretion rate (pmol/min)
450
controls
400
nondiabetic MODY3
350
MODY-2
300
250
200
150
100
50
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Plasma glucose (mM)
Byrne et al. 1994, 1996
Insulin secretion in response to glucose
and arginine in HNF-1 deficient mice
In situ perfused pancreas
20 mM arginine
15000
INSULIN (pM)
+/+
600
+/300
INSULIN (pM)
glucose perfusion
900
+/+/+
10000
5000
-/-/-
0
0
5
10
15
20
25
30
0
PERFUSATE GLUCOSE CONCENTRATION (mM)
Pontoglio et al. J Clin Invest 101: 2215-2222, 1998
26
26
PERFUSATE GLUCOSE
CONCENTRATION (mM)
mRNA level of target genes in islets of HNF-1 deficient mice
newborn pancreas
+/+ +/- -/Hprt +RT
wt /
mut
adult pancreas
+/+ +/- -/-
wt /
mut
0.7
0.9
HNF-1b
1.0
1.0
HNF-4
3.9 *
11.5 *
SHP-1
1.3
1.9 *
DCOH
1.6 *
1.7 *
PDX-1
2.4 *
2.9 *
Neuro-D1
2.5 *
2.1 *
GCK
0.7
1.8 *
GLUT2
3.9 *
17.6 *
NBAT
1.4 *
3.9 **
L-PK
3.4 *
31.6 *
M2-PK
0.9
1.1
Glucagon
0.7
1.8 *
INS-1
1.7 *
2.5 *
INS-2
1.3
1.5
Hprt -RT
HNF-1
Shih et al. Diabetes 2001
Hétérogénéité clinique des MODYs
• Sévérité et évolutivité du défaut
d'insulinosécrétion
• Degré d'hyperglycémie
• Présentation clinique et complications du diabète
• Anomalies associées au diabète
• Pénétrance de la maladie
Différences entre les deux formes les plus fréquentes de
MODY
• Apparition de l’hyperglycémie
– Mody 2: très précoce, pendant l’enfance
– Mody 3: moins précoce, à la puberté ou après
• Sévérité du diabète
– Mody 2: hyperglycémie à jeun modérée,
intolérance au glucose
– Mody 3: tolérance au glucose sévèrement altérée
• Evolution
– Mody 2: très lente
– Mody 3: aggravation régulière avec le temps
• Traitement
HNF-4 (Mody1)
HNF-4
Ligand: long-chain
Fatty acyl-CoA
Thioesters ?
cytoplasm
nucleus
GRE / Enhancer
Hertz et al.: Nature 392:512-516, 1998
Promoter
Known target genes:
- HNF-1
(HNF-4)
transcription - Aldolase B
- Glyceraldehyde-3-P
dehydrogenase
- L-Piruvate kinase
Stoffel et al.: PNAS 1997
- Kir6.2
Gupta et al.: JCI 2005
Transcription factors and endocrine pancreas differentiation
Endoderm
IPF1
Endocrine progenitor
Isl-1
Pax6
Cdx2
Cells
glucagon
Pax4
Nkx2.2
Nkx6.1
Committed
Cells
NeuroD/BETA2
IPF1
Pax6
insulin
b Cells
Transcription factors associated with MODY and their target genes
HNF-3b
HNF-1b
(MODY5)
GCK
Other unknown target
genes
(MODY2)
SHP-1
(small heterodimer partner 1)
HNF-4
(MODY1)
Aldolase-B
Kir6.2
IPF-1
(MODY4)
Glyceraldehyde-3Phosphate Dehydrogenase
GLUT-2
INS-2
INS-1
HNF-1
L-Piruvate Kinase
IAPP
(MODY3)
PCD/DCoH
(pterin-4-carbinolamine
dehydratase)
NBAT
(neutral and basic amino acid transporter)
NEURO-D1
(MODY6)
Hepatocyte nuclear factor-1b
DNA-Binding domain (88-315)
Dimerisation
domain (1-32)
1
32
Transactivation
domain (315-557)
88
178
POU-Motif
231
315
Homeodomain
• Homeodomain-containing transcription factor
• Encoded by TCF2 gene (chromosome 17cen-q21.3)
• Structurally related to HNF-1 (MODY3)
• Function as a homodimer or as a heterodimer with HNF-1
• Expressed in epithelial cells or diferentiating epithelia in many organs
– kidney, pancreas, liver, digestive tract, genital tract, lungs
• Role in early phases of differentiation
557
Mody5: heterogeneous molecular alterations
•
40 patients with "Mody5" phenotype
– DNA sequencing: 18 (45%) pacients with point mutations
– QMPSF: 10 (25%) pacients with large deletions
L48fs
G76C
R112P
1
Q136E
Q136X
G157fs
K164Q
R165H
R181X
Q192X
IVS2+1G>T
2
R276G
G285D
R295H
R295C
3 4
5
R235Q
6
7 8
9
G370S
Del P-9 (>1mb)
Del 5
Bellanné-Chantelot et al. Diabetes 2005
Mody5 : large spectre clinique
•
•
•
•
•
•
Diabète sévère : 40% avec symptômes au diagnostic; 71% à l'insuline (15 ans)
Atrophie pancréatique : 85% des cas testés
–
Insuffisance exocrine infraclinique
Anomalies morphologiques rénales : 100% des cas
–
Kystes rénaux, Agénésie rénale unilatérale, Diminution de la taille des reins avec
atrophie corticale, Anomalies pyelocalicielles (dilatation), Néphrocalcinose
IRC d'évolution lente, non expliquée par une ND
Malformations du tractus génital: 80% des cas testés
–
–
Utérus bicorne, Utérus dédoublé, Aplasie de l'utérus, Aplasie vaginale
Kystes spermatiques, Agénésie des canaux déférents, hypospadias
Anomalie des tests hépatiques: 78% des cas
–
GT et transaminases entre 1,5 et 10 N
Bellanné-Chantelot et al. Ann. Intern. Med. 2004
Bellanné-Chantelot et al. Diabetes 2005
Abdominal CT-Scan
Normal control pancreas
Bellanné-Chantelot et al. Ann Intern Med 2004
F3-II/2 (Lys 164 Gln):
diffuse pancreas atrophy in a
38 year-old man with diabetes
and renal failure
mody5 : atteinte rénale
•
Anomalies morphologiques : 12 / 12
–
–
–
–
–
Agénésie rénale unilatérale : 1 / 12
Diminution de la taille des reins avec atrophie corticale : 11 / 12
Anomalies pyelocalicielles (dilatation, aspect convexe) : 7 / 12
Kystes rénaux : 10 / 12
Néphrocalcinose : 1 / 12
Bellanné-Chantelot et al. Ann Intern Med 2004
PH
Mitochondrial DNA
12S RNA F D-loop
V
M
ND2
Transfer RNA genes
W
Ribosomal RNA genes
A
N
C
Y
COX I
H+
H+
Complex
matrix
16568 bp
OL
S
H+
e-
ND5
Q
Q
Q
II
III
Cyt c
+0.82V
IV
V
e-
e-
NADH+H+ NAD
1/2O2+2H+
FADH2
L
S
H
ND4
Displacement loop
I
E
I
Complex V genes (ATP synthase)
inner
membrane
P
ND6
Complex IV genes (cytochrome c oxidase)
-0.32V
PL
L
Complex III genes (ubiquinol-cytochrome c oxireductase)
intermembrane
space
T
Cyt b
16S RNA
Complex I genes (NADH-ubiquinone dehydrogenase)
OH
H2O
ADP + P
FAD
H+
ATP
ND4L
R
D
G ND3
COX II K ATPase 8COX III
ATPase 6
Point mutations in mtDNA manifesting primarily as diabetes
tRNA Leu (UUR): 3243A>G, 3252A>G, 3256C>T, 3271T>C, 3290T>C, 3291T>C
NADH Dehydrogenase subunit 1: 3316G>A, 3348A>G, 3394T>C, 3396T>C,
3423G>T, 3434A>G, 3438G>A, 3447A>G, 3480A>G, 3483G>A, 4216T>C
NADH Dehydrogenase subunit 2: 4917A>G
tRNA Cys: 5780G>A
tRNA Ser: 7476C>T
Citochrome c Oxidase subunit II: 8245A>G, 8251G>A
tRNA Lys: 8296A>G, 8344A>G
ATPase 6: 8860A>G, 8894G>A, 8993T>G, 8993T>C
NADH Dehydrogenase subunit 3: 10398C>T
NADH Dehydrogenase subunit 4: 11778T>C
tRNA Leu (CUN): 12308A>G
tRNA Glu: 14709T>C
tRNA Thr: 15904C>T, 15924A>G, 15927G>A, 15928G>A
D-loop: 16069C>T, 16093T>C, 16126C>T
Mathews et al.: Proc Soc Exp Biol Med 219: 97-108, 1998
Maternally Inherited Diabetes and Deafness
F190
F303
D
D
N
N
D
D
D
F254
F551
F66
D
N
D
N
N
D
D
D
N
MUTATION
WILD TYPE
UNTESTED
HYPERGLYCEMIA
Velho et al.: Diabetes 45: 478-487, 1996
Entrainment by glucose of insulin secretion oscillations in
nondiabetic carriers of mtDNA 3243A>G mutation
Wild type
200
GLUCOSE
ATP-dependent
K+ channel
diazoxide
GLUCOSE
K+
G-6-P
SUR1
GIR 150
(ml/h)
100
15
GLYCEMIA 10
(mM)
5
Kir6.2
500
K+
pyruvate
mtDNA
K’
ATP
tolbutamide
300
Ca++
insulin
ISR400
(pM/min)
3243A>G
15
Voltage-dependent
Ca++ channel
GLYCEMIA 10
(mM)
5
500
ISR400
(pM/min)
300
0
Velho et al.: Diabetes 45: 478-487, 1996
2
4
6
8
10
TIME (hours)
12
14
16
Polygenic forms of type 2 diabetes
expression
of diabetes
Several frequent
gene variants
contributing
small individual
effects
environmental
factors
Quelques résultats (2)
Des variants dans des gènes régulateurs
de la sécrétion d'insuline modulent la
susceptibilité au diabète de type 2
Pancreatic b-cell genes and diabetes
Insulin secretion in response to glucose
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Glucokinase
Pyruvate-kinase
Mitochondrial DNA
Wolframine
UCP2
ATP sensitive K+ channel
Pancreatic EIF2-a kinase (PERK)
Insulin (VNTR)
Insulin receptor, IRSs
KLF11, HNF1A, HNF4A, TCF7L2,
IPF1…
Bell et al. Nature, 2001
• ………….
PANCREATIC b-CELL KATP
GLUCOSE
ATP-dependent
K+ channel
diazoxide
GLUCOSE
K+
G-6-P
SUR1
S
Kir6.2
K+
pyruvate
ATP
tolbutamide
K’
Ca++
insulin
S
K
K
K
K
S
Voltage-dependent
Ca++ channel
SUR1
S
Kir6.2
outside
inside
Ashcroft and Gribble, 1999
NBD1
NBD2
Pancreatic beta-cell ATPsensitive K+ channel
GLUCOSE
ATP-sensitive
K+ channel
diazoxide
GLUCOSE
SUR1
G-6-P
K+
Kir6.2
K+
pyruvate
ATP
tolbutamide
K’
Ca++
insulin
Closing of ATP-sensitive K+ channels (IKATP) is a key step in the insulin
exocytosis pathway
IKATP is composed of two subunits:
Voltage-dependent
Ca++ channel
the sulfonylurea receptor (SUR), believed to be the ATP/ADP sensor of IKATP
a small inwardly rectifier ion channel (KIR6.2)
SUR and KIR6.2 genes are located 4.5 kb apart on chromosome 11p
Phénotypes associés aux
variants moléculaires de SUR1
(ABCC8)
GLUCOSE
ATP-sensitive
K+ channel
diazoxide
GLUCOSE
SUR1
G-6-P
K+
Kir6.2
K+
pyruvate
tolbutamide
K’
• Polymorphismes (fréquents)
• DT2 polygénique
• Obésité
• HTA chez les diabétiques de type 2
ATP
Ca++
insulin
Voltage-dependent
Ca++ channel
• Mutation E1506K
• Hyperinsulinisme Hypoglycémie et/ou diabète autosomique dominant
• Mutations activatrices (rares)
• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie néonatal persistent. Transmission autosomique
récessive. Hyperplasie diffuse des cellules b pancréatiques.
• Mutations activatrices dans l'allèle paterne + perte focale de l'allèle materne
• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie
néonatal
persistent.
Hyperplasie focale des cellules b pancréatiques.
Forme
sporadique.
SUR1 gene and type 2 diabetes
ABCC8 Exon 31: AGG>AGA (Arg 1272 Arg)
A-allele frequency
A-allele
Chi-square:
p:
Odds ratio:
95% CI:
T2DM
Controls
T2DM
All subjects
(308)
(143)
age of diagnosis ≤45 years
(103)
37.1%
27.6%
43.2%
7.9
12.9
0.005
0.0003
1.5
2.0
1.1 - 2.1
1.4 - 2.9
Reis et al.: Hum Genet 107:138-144, 2000
Allelic variation of SUR1 and insulin-secretion
ABCC8 exon 18 :
ACC>ACT
Thr775Thr
Glucose
(mg/kg/min)
Graded glucose infusion in non diabetic subjects
88
66
44
22
00
00
60
60
100
100
140
140
180
180
220
220
260
260
300
300
TEMPS(min)
(min)
TEMPS
CC
1.25
1.00
CT
0.75
0.50
p<0.03
0.25
Insulin sensitivity
5
GLUCOSE CLEARANCE
(ml / Kg b.w. / min)
INSULIN SECRETION RATE (pmol/kg/min)
1.50
4
CT
3
2
CC
1
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
INSULIN (pM)
0
3
5
7
9
GLUCOSE (mM)
11
13
15
Reis et al. 2002
Mutations in the SUR1 (ABCC8) gene causing
Persistant Hyperinsulinemic Hypoglycemia of Infancy (PHHI)
Glaser et al. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2000
SUR1 mutation and autosomal dominant diabetes
E1506K
Huopio et al. Lancet 2003
SUR1 mutation and autosomal dominant diabetes
OGTT in diabetic and nondiabetic carriers of E1506K mutation
Huopio et al. Lancet 2003
SUR1 mutation and autosomal dominant diabetes
IVGT in diabetic and nondiabetic carriers of E1506K mutation
Huopio et al. Lancet 2003
Phénotypes associés aux
variants moléculaires de Kir6.2
(KCNJ11)
GLUCOSE
ATP-sensitive
K+ channel
diazoxide
GLUCOSE
SUR1
G-6-P
K+
Kir6.2
K+
pyruvate
ATP
tolbutamide
K’
• Polymorphismes (fréquents)
•
• DT2 polygénique
Mutation C42R
Ca++
insulin
Voltage-dependent
Ca++ channel
Diabète autosomique dominant
• Mutations (rares)
• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie néonatal persistent. Transmission
autosomique récessive. Hyperplasie diffuse des cellules b pancréatiques.
• Diabète néonatal: formes transitoires et permanentes. Transmission
autosomique dominante
Kir6.2 (KCNJ11) gene and type 2 diabetes
•
•
METHODS: direct sequencing and PCR-RFLP assays
POPULATION: 521 French, UK and Danish type 2 diabetic subjects and 367 normoglycemic
controls
Glu 23 Lys
Glu/Glu Glu/Lys Lys/Lys
* adjusted
PATIENTS
35%
45%
20%
CONTROLS
44%
45%
11%
p* (co-dominant):
p* (recessive)
0.001
0.01
Hani et al.: Diabetologia 41: 1511-1515, 1998
Inoue et al.: Diabetes 46: 502-507, 1997
Sakura et al.: Diabetologia 39: 1223-1236, 1996
Hansen et al.: Diabetes 46: 508-512, 1997
Kir6.2 gene and type 2 diabetes
KCNJ11: E23K
Meta-analysis: KK vs EE genotype
Van Dam et al. Diabetic Medicine 2005
Kir6.2 mutation and autosomal dominant diabetes
*C42R
3 yr
26 yr
22 yr
6 wk
age at diagnosis of
diabetes
Yorifuji et al. JCEM 2005
Neonatal diabetes associated with Kir6.2 (KCNJ11)
mutations
Transient neonatal diabetes mellitus
Permanent neonatal diabetes mellitus
DEND syndrome: developmental delay, motor (muscle) weakness, epilepsy,
neonatal diabetes
Kir6.2 is expressed in pancreatic b-cells, brain, nerves and muscle
Intermediate DEND syndrome (iDEND): developmental delay, motor
(muscle) weakness, neonatal diabetes
Mutations in KCNJ11 causing neonatal diabetes
TM: transmembrane domain
Hattersley et al. Diabetes 2005
Relationship between phenotype, genotype and
functional severity of Kir6.2 (KCNJ11) mutations and
polymorphisms
Hattersley et al. Diabetes 2005
Hepatocyte Nuclear Factor 4 alpha (Mody1)
HNF-4
Ligand: long-chain
Fatty acyl-CoA
Thioesters ?
cytoplasm
nucleus
GRE / Enhancer
Promoter
transcription
Hertz et al.: Nature 392:512-516, 1998
Known target genes:
- HNF-1
(HNF-4)
- Aldolase B
- Glyceraldehyde-3-P dehydrogenase
- L-Piruvate kinase
- Kir6.2
Stoffel et al.: PNAS 1997
Gupta et al.: JCI 2005
HNF-4 and type 2 diabetes
QuickTime™ et un
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Heike et al. Hum Mol Genet 2001; Silander et al. Diabetes 2004
HNF-4 and type 2 diabetes
Haplotype Frequencies
Silander et al. Diabetes 2004
TCF7L2 et Diabète de type 2
QuickTime™ et un
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Nature Genetics 2006
TCF7L2 & T2DM
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QuickTime™ et un
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Grant et al. Nature Genetics 2006
TCF7L2 & T2DM
Zhang et al. Diabetes 2006
TCF7L2 & T2DM
Groves et al. Diabetes 2006
QuickTime™ et un
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Cauchi et al. Diabetes 2006
TCF7L2 & GLP-1 (Glucagon-Like Peptide 1)
TCF7L2 (ou TCF-4) regulates the transcription of proglucagon gene that
encodes GLP-1
GLP-1: peptide released from enteroendocrine cells of the small intestine in
response to food intake.
Actions of GLP-1
It acts on a specific receptor on pancreatic beta
cells, stimulating insulin formation and release
This action is glucose-dependent, occurring
when blood glucose levels are high and
decreasing as they drop
It inhibits the release of glucagon from alpha
cells, reducing glucose output from the liver
It improves insulin sensitivity
It slows the emptying of the stomach and
produces a feeling of fullness, reducing the
desire to eat.
QuickTime™ et un
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TCF7L2 variants and insulin secretion (OGTT)
Florez et al. NEJM 2006
Quelques résultats (3)
Des variants dans des gènes modulateurs
de l'action de l'insuline contribuent à la
susceptibilité au diabète de type 2
Insulin sensitivity genes and T2DM
Glucose metabolism in the liver
Signal transduction in insulin action
Saltiel et al. Nature, 2001
+ Adiponectin, PGC1, PPARg, Resitin, TNF, Leptin, Leptin receptor, IL2, IL6,
UCP2, UCP3, SREBF1, FABP2, GLR….
Adiponectin, energy expenditure and insulin sensitivity
Regulation of Adiponectin in
adipocytes
Fasshauer et al. Biochimie 2004
Adiponectin and insulin sensitivity
Adiponectin and type 2 diabetes
Prospectif study of 5200 French Caucasian subjects: 3 year follow-up
Allelic associations (odds ratio 1.5 - 4.8)
Increased BMI
Increased abdominal fat
Hyperglycemia
Low adiponectin levels: predictive of IFG/T2DM
Fumeron et al. Diabetes 2004
Adiponectin and type 2 diabetes
Fumeron et al. Diabetes 2004
Quelques résultats (4)
Des variants génétiques peuvent
également conférer une protection
contre le diabète de type 2
PPARg Pro12Ala polymorphism and risk of T2DM
Meta-analyses
• PPARg
– Nuclear hormone receptor
– Regulator of adipogenesis
– Target for thiazoladinediones
• The rare 12Ala allele (2-10%):
– Decreased receptor activity
– Lower BMI
– Improved insulin sensitivity
(Deeb et al. Nature Genetics, 1998)
– Decreased risk of type 2 diabetes
(Altshuler et al. Nature Genetics, 2000)
Limites de l'approche gènes candidats
•Etude d'une région restreinte
•Gènes inconnus
•Gènes à priori non candidats
•Grand nombre de genes
candidats
Etude systématique du génome
Etude systématique du génome
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
Analyses génétiques:
-Linkage
-Sib-pairs
-Association
Genome wide association study for type 2 diabetes
QuickTime™ et un
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Sladek et al. Nature Genetics 2007
Genome wide association studies for type 2 diabetes
QuickTime™ et un
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Frayling TM: Nature Genetics 2007
Genome wide association studies for type 2 diabetes
QuickTime™ et un
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Frayling TM: Nature Genetics 2007
Genome wide association studies for type 2 diabetes
QuickTime™ et un
décompresseur TIFF (non compressé)
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Frayling TM:
Nature Genetics
2007
CDKAL1: CDK5 regulatory subunit associated protein 1-like 1; CDKN2: cyclin-dependent kinase inhibitor 2A; FTO: fat mass and obesityassociated; HHEX: haematopoietically expressed
homeobox; IDE: insulin-degrading enzyme; IGF2BP2: insulin-like growth factor 2 mRNAbinding protein 2; KCNJ11: potassium inwardly-rectifying channel, subfamily J, member 11;
PPARG: peroxisome proliferator-activated receptor-γ; SLC30A8: solute carrier family 30 (zinc transporter), member 8; TCF2: transcription factor 2, hepatic; TCF7L2: transcription factor 7like 2 (T-cell specific, HMG-box); WFS1: Wolfram syndrome 1
DT2: interactions entre facteurs génétiques et
d'environnement
S.I.
f_Env
b
DT2
S.I.
DT2
b
S.I.
f_Env
b
ND
Intérêts de l'étude génétique du DMT2
Dépister les sujets
porteurs de la
susceptibilité génétique
Adopter précocément des
mesures hygiénodiététiques adaptées
Etablir une classification
plus étiologique du
DT MT2
Mieux comprendre les
mécanismes
physiopathologiques en jeu
Mettre en œuvre des
stratégies thérapeutiques
adaptées à chaque groupe
étiologique
Développer de nouvelles
thérapeutiques