Gene-gene interactions and the contribution of polymorphic loci of the KCNJ11, ADIPOQ, omentin, leptin, TCF7L2 and PPARg genes to the development of type 2 diabetes mellitus in the Kyrgyz population: a case-control genetic association study using MDR analysis

Cover Page

Abstract


There are many genetic loci associated with type 2 diabetes mellitus (T2DM). The genetic factors involved in the development of the T2DM can depend on the nature of genetic variation within and across different ethnic groups.

Aims — the aim of this study was to investigate the gene-gene interactions and to determine the role of the KCNJ11 (Glu23Lys), ADIPOQ (G276T), omentin (Val109Asp), leptin (G2548A), TCF7L2 (IVS3C/T), PPARg (Pro12Ala) genes in the development of type 2 diabetes mellitus (T2DM) in the Kyrgyz population using MDR analysis.

Material and methods. We examined 114 patients (53 females and 61 males; mean age, 54±7.4) with T2DM and 109 apparently healthy controls (48 females and 61 males; mean age, 50±8.4). Polymorphisms of the KCNJ11 (Glu23Lys), ADIPOQ (G276T), omentin (Val109Asp), leptin (G2548A), TCF7L2 (IVS3C/T), PPARg (Pro12Ala) genes were defined by PCR-RFLP assay.

Results. Among the six genes (KCNJ11, ADIPOQ, omentin, leptin, TCF7L2, PPARg) included in this study, the most significant contribution to the development of T2DM in the Kyrgyz population was detected for the ADIPOQ (2.17%) and KCNJ11 genes (2.01%).

The heterozygous genotype G276T (OR=1.79 CI 95% 1.05—3.05; p=0.036) and the 276T allele (OR=1.68 CI 95% 1.09—2.60; p=0.025) of the ADIPOQ gene were associated with a high risk of developing T2DM in the Kyrgyz population. The 23Lys allele of the KCNJ11 gene was significantly associated with T2DM in the Kyrgyz population (OR=1.62 CI 95% 1.10—2.38; p=0.019). The allele and genotype frequencies of the omentin (Val109Asp), leptin (G2548A), TCF7L2 (IVS3C/T), PPARg (Pro12Ala) genes did not differ between the studied groups (p>0.05).

Conclusions. In Kyrgyz population, the polymorphic loci Glu23Lys of the KCNJ11 gene, the 276T allele and genotype G276T of ADIPOQ are associated with T2DM. The omentin (Val109Asp), leptin (G2548A), TCF7L2 (IVS3C/T), and PPARg (Pro12Ala) genes alone do not have such a significant impact on the development of type 2 diabetes; they contribute to the phenotypic development of T2DM mainly due to gene-gene interactions.


Full Text

В последние годы в различных популяционных и возрастных группах отмечается рост числа больных сахарным диабетом 2-го типа (СД2) [1].

По данным государственного регистра сахарного диабета, в 2016 г. в Кыргызстане зарегистрирован 5571 новый случай СД, из них СД1 впервые выявлен у 72 детей и у 146 взрослых и подростков, СД2 выявлен у 5353 взрослых и у 1 ребенка. Первичная заболеваемость СД1 среди детей составила 3,96, а среди взрослых 3,53 на 100 тыс. населения. Особенно высокие показатели заболеваемости, как и во всех других странах, выявлены для СД2 (129,4 на 100 тыс. населения), что подтверждает эпидемический характер данного типа сахарного диабета [2].

В настоящее время в патогенезе СД2 все большее внимание уделяется генетическим факторам риска [3, 4]. Предрасположенность к СД2 определяется структурным и функциональным состояниями множества генов, в том числе генов KCNJ11 (АТФ-зависимый калиевый канал), адипонектина (ADIPOQ), оментина, лептина, TCF7L2 (транскрипционный фактор 7, подобный второму) и PPARg (гамма-рецептор, активируемый пролифератором пероксисом), продукты которых участвуют на различных этапах метаболизма углеводов и жиров, влияют на чувствительность тканей к инсулину и функционирование β-клеток поджелудочной железы [3, 4].

Гены KCNJ11, ADIPOQ, оментина, лептина, ­TCF7L2 и PPARg, как и большинство других генов, имеют полиморфные участки, обусловленные нуклеотидными заменами первичной нуклеотидной последовательности ДНК [4, 5]. Согласно результатам клинических и экспериментальных исследований, различные варианты полиморфных локусов Glu23Lys гена KCNJ11, G276T гена ADIPOQ, Val109Asp гена оментина, G2548A гена лептина, IVS3C/T гена ­TCF7L2 и Pro12Ala гена PPARg могут определять меж­индивидуальные различия наследственной предрасположенности к СД2 [4—6].

Известно, что каждая популяция имеет свой специ­фический набор генотипов и аллелей, а также характеризуется определенным типом питания и образом жизни. В этой связи результаты молекулярно-генетических исследований, касающиеся ассоциации вариантов полиморфных локусов с многофакторными заболеваниями, полученные на одной популяции, далеко не всегда совпадают с данными, полученными на других этнических группах. Для выявления генетических маркеров повышенного риска развития СД2 целесообразно исследовать каждую популяцию в отдельности. Кроме того, предрасположенность к СД2 как к генетически гетерогенному заболеванию возникает в результате сочетанного эффекта нескольких генов, в связи с чем при прогнозировании риска развития СД2 необходимо учитывать межгенные взаимодействия.

Цель исследования — изучить межгенные взаимодействия и вклад полиморфных локусов генов KCNJ11, ADIPOQ, оментина, лептина, TCF7L2 и PPARg в развитие СД2 в кыргызской популяции.

Материал и методы

В исследование включены 223 пациента кыргызской национальности, из них 114 — больные СД2 (53 женщины и 61 мужчина, средний возраст 54± 7,4 года), находившихся на стационарном лечении в отделении общей терапии национального Центра кардиологии и терапии Бишкека (Кыргызская Республика) в период 2014—2015 гг. СД2 диагностировали в соответствии с критериями ВОЗ (1999). Контрольную группу составили 109 практически здоровых лиц (48 женщин и 61 мужчина, средний возраст 50±8,4 года). Все участники подписали информированное согласие на проведение молекулярно-генетических исследований. Исследование одобрено локальным этическим комитетом НИИ молекулярной биологии и медицины Бишкека.

Выделение ДНК из лейкоцитов периферической крови осуществлялось стандартным фенол-хлороформным методом. Генотипирование полиморфных локусов генов проводилось методом ПЦР-ПДРФ анализа. Продукты амплификации и рестрикции анализировали с помощью электрофореза в 3% агарозном геле и гельдокументирующей системы (GelDoc-IT, UVP).

Для амплификации полиморфного локуса Glu23Lys гена KCNJ11 использовались праймеры: 5’-GACTCTGCAGTGAGGCCCTA-3’ и 5’-ACGTTGCAGTTGCCTTTCTT-3’. ПЦР продукты амплификации обрабатывались эндонуклеазой Ban II (рис. 1).

 

Рис. 1. Электрофореграмма полиморфизма Glu23Lys гена KCNJ11.

Генотип Glu/Glu — 150+32+28 п.н.; генотип Lys/Lys — 178+32 п.н.; генотип Glu/Lys — 178+150+32+28 п.н. Фрагменты длиной 32 и 28 п.н. не видны из-за низкого молекулярного веса. М — маркер молекулярной массы ДНК.

 

Для амплификации полиморфного локуса G276T гена ADIPOQ использовались праймеры 5’-GGCCTC-TTTCATCACAGACC-3’ и 5’-AGATGCAGCAAAGCCAAAGT-3’ и рестриктаза BsmI (рис. 2).

 

Рис. 2. Электрофореграмма полиморфизма G276Т гена ADIPOQ.

Генотип GG — фрагмент ДНК размером 148 и 48 п.н., гетерозиготный генотип GT —196, 148 и 48 п.н., генотип TT — 196 п.н.

 

Идентификация генотипов полиморфного локуса Val109Asp гена оментина проводилась с использованием праймеров: прямого 5’-GAGCCTTTAGGCCATGTCTCT-3’ и обратного 5’-CTCTCCTTCTTCTCCAGCCCAT-3’. Для идентификации генотипов ПЦР продукты амплификации обрабатывались эндонуклеазой AccI (рис. 3).

 

Рис. 3. Электрофореграмма полиморфизма Val109Asp гена оментина.

Генотип Val/Val — 274, 197 п.н.; генотип Asp/Asp — 471 п.н.; гетерозиготный генотип Val/Asp — 471, 274, 197 п.н. М — маркер молекулярной массы ДНК.

 

Амплификация полиморфного локуса G2548A гена лептина проводилась с использованием праймеров: прямого 5’-TTTCCTGTAATTTTCCCGTGAG-3’ и обратного 5’-AAAGCAAAGACAGGCATAAAAA-3’. Для идентификации генотипов ПЦР продукты амплификации обрабатывались эндонуклеазой CfоI (рис. 4).

 

Рис. 4. Электрофореграмма локуса G2548A гена лептина.

Генотип GG — 181, 61 п.н.; генотип AA — 242 п.н.; гетерозиготный генотип GA — 242, 181, 61 п.н. М — маркер молекулярной массы ДНК.

 

Генотипы полиморфного локуса IVS3C/T гена TCF7L2 идентифицировались с использованием праймеров: прямого 5’-ACAATTAGAGAGCTAAGCACTTTTTAAATA-3’ и обратного 5’-CTAACCTTTTCCTAGTTATCTGACATTG-3’. ПЦР продукты амплификации обрабатывались эндонуклеазой SspI (рис. 5).

 

Рис. 5. Электрофоретическое разделение генотипов полиморфного локуса IVS3C/T гена TCF7L2 после рестрикции.

CC — гомозигота дикий тип 139 п.н.; CT — гетерозиготный генотип 139+111п.н.; TT — гомозигота мутантный тип 111 п.н.

 

Для амплификации полиморфного локуса Pro12Ala гена PPARg использовались праймеры: прямой 5’-GCCAATTCAAGCCCAGTC-3’ и обратный 5’-GA-TATGTTTGCAGACAGTGTATCAGTGAAGGAATCGCTTTCCG-3’. После проведения ПЦР продукты амплификации обрабатывались эндонуклеазой BstUI (рис. 6).

 

Рис. 6. Электрофоретическое разделение генотипов полиморфного локуса Pro12Ala гена PPARg после рестрикции.

Pro/Pro — гомозигота дикий тип 270 п.н.; Pro/Ala — гетерозиготный генотип 270 и 227 п.н.; Ala/Ala — гомозигота мутантный тип 227 п.н.

 

Статистический анализ

Статистическая обработка результатов исследования проведена с помощью пакета программы GraphPad Prism v5 [http://www.graphpad.com/]. Для качественных данных определяли частоты встречаемости в процентах. Для нахождения различий между качественными показателями использовали метод χ2 с поправкой Йетса на непрерывность с построением таблиц сопряженности. Силу ассоциации выражали в значениях отношения шансов (OR) с 95% доверительным интервалом (95% CI). Ассоциацию расценивали как отрицательную при OR <1 («фактор устойчивости»); нейтральную (отсутствующую) при OR =1 и положительную при OR >1 («фактор риска»).

Межгенные взаимодействия изучали с помощью метода Multifactor Dimensionality Reduction (MDR 3.0.2) и его модифицированной версии GMDR (Generalized Multifactor Dimensionality Reduction). Среди всех мультилокусных моделей выбирали модель с наименьшей ошибкой предсказания и наивысшей воспроизводимостью. За критический уровень статистической значимости принимался р<0,05.

Результаты

В настоящее время выявлено множество генетических локусов, ассоциированных с СД2, причем в разных популяциях развитие СД2 может быть об­условлено эффектами разных генетических локусов. Мы выбрали локусы генов KCNJ11, ADIPOQ, оментина, лептина, TCF7L2и PPARg, показавших в отдельных популяциях статистически значимую ассоциацию с СД2 [5—7]. В табл. 1 представлены результаты распределения аллелей и генотипов изучаемых полиморфизмов генов в группе больных СД2 и контрольной группе.

 

Таблица 1. Распределение частот генотипов и аллелей полиморфных локусов Glu23Lys гена KCNJ11, G276T гена ADIPOQ, Val109Asp гена оментина, G2548A гена лептина, IVS3C/T гена TCF7L2 и Pro12Ala гена PPARg, у больных CД2 и лиц контрольной группы

Локус

Аллели и генотипы

CД2, n=114 (%)

Контроль, n=109 (%)

χ²

р

OR

95% CI

Glu23Lys

ген KCNJ11

rs5219

Аллель Glu23

128 (0,56)

147 (0,67)

5,54

0,019

0,62

(0,42—0,91)

Аллель 23Lys

100 (0,44)

71 (0,33)

1,62

(1,10—2,38)

Glu23Glu

37 (32,4)

53 (49)

6,20

0,045

0,51

(0,29—0,87)

Glu23Lys

54 (47,4)

41 (38)

1,49

(0,87—2,55)

Lys 23Lys

23 (20,2)

15 (14)

1,58

(0,78—3,23)

G276T

ген ADIPOQ

rs1501299

Аллель G276

160 (0,70)

174 (0,80)

5,008

0,025

0,59

(0,38—0,92)

Аллель 276T

68 (0,30)

44 (0,20)

1,68

(1,09—2,60)

G276G

51 (45)

67 (61)

6,65

0,036

0,51

(0,30—0,86)

G276T

58 (51)

40 (37)

1,79

(1,05—3,05)

T276T

5 (4)

2 (2)

2,45

(0,46—12,93)

Val109Asp

ген оментина

rs2274907

Аллель Val109

69 (0,30)

65 (0,30)

2,146е—007

0,990

1,02

(0,68—1,53)

Аллель 109Asp

159 (0,70)

153 (0,70)

0,98

(0,65—1,47)

Val109Val

8 (7)

4 (4)

1,62

0,450

1,98

(0,58—6,78)

Val109Asp

53 (46,5)

57 (52)

0,79

(0,47—1,34)

Asp 109Asp

53 (46,5)

48 (44)

1,10

(0,65—1,87)

G2548A

ген LEP

rs7799039

Аллель G2548

79 (0,35)

67 (0,31)

0,61

0,433

1,19

(0,80—1,78)

Аллель 2548A

149 (0,65)

151 (0,69)

0,84

(0,56—1,24)

G2548 G

14 (12)

9 (8)

1,06

0,590

1,56

(0,64—3,76)

G2548A

51 (45)

49 (45)

0,99

(0,58—1,68)

A 2548A

49 (43)

51 (47)

0,86

(0,50—1,45)

IVS3C>T

ген TCF7L2

rs7903146

Аллель C

202 (0,89)

194 (0,89)

0,00033

0,980

0,96

(0,53—1,73)

Аллель T

26 (0,11)

24 (0,11)

1,04

(0,58—1,87)

CC

91 (79,5)

89 (82)

0,50

0,784

0,89

(0,46—1,73)

CT

20 (17,5)

16 (15)

1,24

(0,60—2,53)

TT

3 (3)

4 (4)

0,71

(0,15—3,25)

Pro12Ala

ген PPARg

rs1801282

Аллель Pro12

205 (0,90)

190 (0,87)

0,59

0,440

1,31

(0,73—2,36)

Аллель 12Ala

23 (0,10)

28 (0,13)

0,76

(0,42—1,37)

Pro12Pro

92 (81)

83 (76)

0,88

0,642

1,31

(0,69—2,49)

Pro12Ala

21 (18)

24 (22)

0,80

(0,51—1,54)

Ala12Ala

1 (1)

2 (2)

0,47

(0,04—5,30)

 

При анализе распределения генотипов и аллелей полиморфного локуса Glu23Lys гена KCNJ11 выявлена более высокая частота встречаемости аллеля 23Lys в группе больных СД2 (44%), чем в контрольной группе (33%; χ2 =5,54, р=0,019). У носителей аллеля 23Lys риск развития СД2 в 1,62 раза превышал таковой у носителей аллеля Glu23 (OR=1,62, CI 95% 1,10—2,38; p=0,019). Таким образом, в популяции кыргызов аллель 23Lys гена KCNJ11 является аллелью повышенного риска СД2, а аллель Glu23 и генотип Glu23Glu, напротив, оказывают протективный эффект.

Ген ADIPOQ кодирует белок адипонектин, который активно участвует во многих обменных процессах организма, включая углеводный обмен. Адипонектин поддерживает уровень глюкозы в скелетных мышцах и печени путем повышения чувствительности тканей к инсулину [6]. Исследование полиморфного локуса G276T гена ADIPOQ выявило ассоциацию гетерозиготного генотипа G276T (χ2=6,65; р=0,036) и аллеля 276T с повышенным риском СД2 (χ2=5,008; р=0,025). При наличии гетерозиготного генотипа G276T риск развития СД2 увеличивается в 1,79 раза (OR=1,79, CI 95% 1,05—3,05; p=0,036), а аллеля 276T — в 1,68 раза (OR=1,68, CI 95% 1,09—2,60; p=0,025). Таким образом, в кыргызской популяции гетерозиготный генотип G276T и аллель 276T полиморфизма G276T гена ADIPOQ могут быть определены как генетические предикторы, тогда как распространенный генотип G276G и аллель G276 — как протекторы развития СД2.

Что касается полиморфных локусов Val109Asp гена оментина, G2548A гена лептина, IVS3C/T гена TCF7L2 и Pro12Ala гена PPARg, то частота встречаемости генотипов и аллелей изученных полиморфизмов в группе СД2 и в группе контроля статистически значимо не различалась. Таким образом, в популяции кыргызов эти полиморфные локусы указанных генов, взятые в отдельности, не были ассоциированы с СД2.

Учитывая, что фенотип СД2 как генетически гетерогенного заболевания, определяется не одним геном, а определенными комбинациями генотипов и аллелей разных генов, мы провели анализ межгенных взаимодействий с целью выявления наиболее значимых из них. В анализ были включены все полиморфные варианты изученных генов вне зависимости от ранее найденных или отсутствующих ассоциаций. Причина использования данной стратегии заключалась в том, что при одновременном анализе вклада двух и более полиморфных вариантов в развитие СД2 может быть выявлена ранее не вскрытая закономерность, тогда как вклад однонуклеотидных полиморфизмов по отдельности может не иметь решающего значения. Анализ межгенных взаимодействий проводили с помощью программного обеспечения MDR (http://www.multifactordimensionalityreduction.org/) и его модифицированной версии GMDR (www.healthsystem.virginia.edu/internet/addictiongenomics/Software). Использовались алгоритмы полного и принудительного поиска (Exhaustive search algorithm/ Forced search algorithm). Алгоритм полного поиска оценивал все возможные сочетания генотипов в отношении риска развития СД2. В тех случаях, когда этот алгоритм не позволял выявить статистически значимое взаимодействие локусов, мы использовали алгоритм Forced, на основании которого для создания n-локусных комбинаций маркеров вручную выбирались генные локусы, которые на предыдущих этапах анализа показали вовлеченность в развитие СД2 (табл. 2).

 

Таблица 2. Значимые модели межгенных взаимодействий генов KCNJ11, ADIPOQ, оментина, лептина, TCF7L2 и PPARg при СД2, рассчитанные с помощью программы GMDR в режиме выборочного поиска

Число локусов в модели

Комбинации локусов в модели (наиболее значимые 2-, 3-, 4-, 5- и 6-локусные комбинации полиморфизмов изученных генов)

Точность предсказания

Значение, p

Воспроизводимость модели

Ошибка предсказания

2

ADIPOQ, LEP

0,606

9 (0,010)

10/10

0,393

3

ADIPOQ, KCNJ11, TCF7L2

0,650

9 (0,010)

10/10

0,349

3

ADIPOQ, KCNJ11, PPARg

0,635

9 (0,010)

10/10

0,364

3

ADIPOQ, Omentin, PPARg

0,608

9 (0,010)

10/10

0,391

4

ADIPOQ, KCNJ11, TCF7L2, PPARg

0,682

9 (0,010)

10/10

0,317

5

ADIPOQ, Omentin, LEP, TCF7L2, PPARg

0,725

10 (0,001)

10/10

0,274

6

ADIPOQ, KCNJ11, Omentin, LEP, TCF7L2, PPARg

0,796

10 (0,001)

10/10

0,203

 

В результате были выявлены семь статистически значимых — двух-, трех-, четырех-, пяти- и шестилокусных моделей со 100% воспроизводимостью (Cross validation consistency — 10/10), определяющих предрасположенность к СД2 в кыргызской популяции (см. табл. 2). Во всех моделях межгенных взаимодействий присутствует ген ADIPOQ, продукт которого непосредственно принимает участие в повышении чувствительности тканей к инсулину [5, 6], что свидетельствует о важности инсулинорезистентности как ключевого звена патогенеза СД2 и несомненном вкладе гена ADIPOQ в развитие данного заболевания.

Среди всех n-локусных моделей наибольшей точностью предсказания (79%) и наименьшей ошибкой предсказания (0,203) обладает 6-локусная модель, включающая все анализируемые полиморфные варианты исследуемых генов. Для 6-локусной модели с помощью программы MDR построена радиальная диаграмма (рис. 7 на цв. вклейке), отражающая вклад в развитие СД2 полиморфизма каждого гена как в отдельности, так и в сочетании с другими. В узлах дендрограммы указаны величины информации для отдельных генов, на ребрах — информационная ценность взаимодействия пары генов.

 

Рис. 7. Межгенные взаимодействия полиморфных локусов генов KCNJ11 (Glu23Lys), ADIPOQ (G276T), оментина (Val109Asp), лептина (G2548A), TCF7L2 (IVS3C/T) и гена PPARg (Pro12Ala) в формировании предрасположенности СД2 в Кыргызской популяции. Красный цвет обозначает высокую степень синергичного взаимодействия, оранжевый — меньшую степень взаимодействия; коричневый — промежуточный этап между совместными действиями и антагонизмом (отсутствие связи или независимость эффектов отдель- ных локусов); зеленый и синий — антагонизм эффектов с меньшей и большей степенью.

 

При анализе определения величины информации для каждого гена в отдельности было показано, что полиморфные варианты изученных генов влияют на фенотипическое проявление СД2 с неодинаковой силой. Так, наибольший вклад в развитие СД2 вносят гены ADIPOQ(2,17%) и KCNJ11 (2,01%). Что касается изученных полиморфизмов остальных генов, то их вклад в развитие СД2 в отдельности был не столь существенным и составил от 0,53 до 0,16%. Таким образом, гены оментина, лептина, TCF7L2 и PPARg имеют низкий прогностический потенциал в отношении риска развития СД2 в кыргызской популяции. Полученные данные согласуются с результатами монолокусного анализа, показавшего ассоциацию генов ADIPOQ и KCNJ11 с СД2 и в отдельности.

Обсуждение

Исследование генетической компоненты актуально для выявления генетических предикторов развития СД2. Кандидатами на эту роль рассматриваются гены KCNJ11, ADIPOQ, оментина, лептина, TCF7L2 и PPARg, продукты которых участвуют в метаболизме углеводов и липидов, в повышении чувствительности тканей к инсулину и функционировании β-клеток поджелудочной железы [5, 7, 8].

Ген KCNJ11 расположен на хромосоме 11 в области р15.1 и кодирует белок Kir6.2, входящий в состав АТФ-зависимого К+-канала β-клеток [8]. В гене KCNJ11 выявлено несколько полиморфных участков [8]. Наиболее полно изучен полиморфизм Glu23Lys, вариантный аллель 23Lys которого, по данным литературы [9—16], ассоциирован с СД2 у китайцев, японцев, корейцев, русских, англичан, тунисцев, тайваньцев, иранцев.

В кыргызской популяции частота встречаемости аллеля 23Lys гена KCNJ11 у больных СД2 была повышена (χ2=5,54; р=0,019), увеличивая тем самым риск развития данной патологии в 1,62 раза. Таким образом, аллель 23Lys гена KCNJ11 является предиктором развития СД2 как в азиатских, так и в европейских популяциях. Ассоциация полиморфного маркера Glu23Lys гена KCNJ11 с СД2 обусловлена тем, что замена глутаминовой кислоты на лизин в 23-м положении белка Kir 6.2 приводит к снижению секреции инсулина вследствие повышения активности АТФ-зависимого ионного канала, изменению мембранного потенциала и уменьшению концентрации внутриклеточного кальция, инициирующего секрецию инсулина [9, 10, 13].

Ген ADIPOQ картирован на хромосоме 3q27 и кодирует белок адипонектин [17]. Одним из главных функций адипонектина является снижение инсулинорезистентности за счет повышения чувствительности скелетных мышц и печеночной ткани к инсулину путем стимуляции фосфорилирования тирозина (рецептора инсулина) [17, 18]. Ген ADIPOQ состоит из 3 экзонов и 2 интронов. Во втором интроне этого гена имеется полиморфный участок G276T, который у представителей ряда этнических групп ассоциирован с СД2 [5, 6, 17, 18]. В нашем исследовании локус G276T гена ADIPOQ также был ассоциирован с СД2. В кыргызской популяции маркером повышенного риска СД2 является гетерозиготный генотип G276T (χ2=6,65; р=0,036) и аллель 276T (χ2=5,008; р=0,025) гена ADIPOQ. Исходя из функций адипонектина, можно предположить, что ассоциация полиморфного локуса G276T гена ADIPOQ с СД2 связана с нарушением чувствительности тканей к инсулину [5, 17, 18].

Ген оментина локализован на хромосоме 1 в локусе 1q22—q23 и кодирует экспрессирующийся преимущественно жировой тканью белок, который участвует во многих метаболических процессах, в том числе в метаболизме углеводов и липидов [19, 20]. В литературе практически нет данных относительно взаимосвязи полиморфизма Val109Asp гена оментина с СД2. Имеются сообщения [21—23] об ассоциации редкого генотипа Val109Val этого гена с абдоминальным ожирением и коронарной болезнью сердца, а также связи аллеля Val109 с раком молочной железы. По результатам нашего исследования, полиморфный локус Val109Asp гена оментина не ассоциирован с СД2, так как его вклад в развитие СД2 составил всего 0,53%. В то же время данный ген входил в 3-, 5- и 6-локусные модели межгенных взаимодействий, формирующих предрасположенность к СД2.

Ген лептина, расположенный на 7-й хромосоме в сегменте 31.3, кодирует синтезирующийся преимущественно клетками белой жировой ткани многофункциональный белок лептин. Большинство функций лептина связаны с механизмами регуляции потребления пищи и расходом энергии [24]. Наиболее изучен полиморфный локус гена лептина — G2548A, который ассоциирован с множеством фенотипов, включая ожирение, гиперлипидемию [25], инсулинорезистентность [26] и СД2 [27]. У египтян не выявлена ассоциация полиморфного локуса G2548A гена лептина с СД2 [28]. В нашем исследовании вклад этого локуса в развитие СД2 оказался слабым (0,34%), однако обнаружен умеренный синергический эффект между геном лептина и ADIPOQ в отношении риска развития СД2 (0,68%.) Это, возможно, обусловлено тем, что лептин и адипонектин являются специфическими для жировой ткани белками, тогда как оментин, который также экспрессируется жировой тканью, не является специфическим для нее [20].

T-клеточный транскрипционный фактор 4, кодируемый геном TCF7L2, является составной частью Wnt-сигнального пути, который играет важную роль в делении и дифференцировке β-клеток поджелудочной железы и связан с секрецией инсулина [29, 30]. Наиболее изученным полиморфизмом гена TCF7L2 является IVS3C>T rs7903146 [30]. Известно, что вариант аллеля IVS3-T локуса IVS3C/T гена TCF7L2 является значимым фактором риска развития СД2 в европейских популяциях [30—32]. Азиатские и европейские популяции заметно различаются по частоте встречаемости аллеля IVS3-T полиморфизма IVS3C/T гена TCF7L2. В азиатских популяциях встречаемость этого аллеля меньше (5—15%), чем в европейских (36—46%). У населения Африки она доходит до 50% [33]. В кыргызской популяции частота встречаемости аллеля IVS3-Т локуса IVS3C/T гена TCF7L2 составила 11%, что значимо не отличается от соответствующего показателя в других азиатских популяциях [34, 35].

В отличие от европейцев, в азиатских популяциях полиморфный локус IVS3C/T гена TCF7L2 в отдельности либо слабо ассоциирован с СД2, либо вообще не ассоциирован с ним [34, 36, 37]. Это, вероятнее всего, обусловлено различиями в частоте встречаемости аллеля IVS3-T в азиатских и европейских популяциях, а также этнической специфичностью наследственной архитектуры СД2 и ген-генных и/или ген-средовых взаимодействий наследственной составляющей СД2 в этих популяциях.

Ген PPARg, локализованный на 3 хромосоме (3p25), кодирует внутриклеточный транскрипционный фактор, регулирующий экспрессию генов, продукты которых связаны с аккумуляцией жира, дифференцировкой адипоцитов, а также с чувствительностью тканей к инсулину [38]. Наиболее изученным генетическим полиморфизм в этом гене, ассоциированным с СД2, является Pro12Ala [39, 40]. Найденная ранее некоторыми группами исследователей ассоциация с СД2 полиморфного маркера Pro12Ala гена PPARg не была подтверждена нами на выборке больных кыргызской популяции. Схожие результаты были получены и при исследовании других популяций. Так, M. Fu и соавт. [41] не нашли ассоциации этого полиморфного локуса с СД2 у китайцев. У индусов локус Pro12Ala гена PPARg также не был ассоциирован с СД2 [42].

Заключение

Среди изученных шести генов наибольший вклад в развитие СД2 вносят полиморфные локусы G276T гена ADIPOQ (2,17%) и Glu23Lys гена KCNJ11 (2,01%). Маркерами повышенного риска развития СД2 в кыргызской популяции являются аллель 276T и гетерозиготный генотип G276T гена ADIPOQ, а также аллель 23Lys гена KCNJ11.

Полиморфные локусы генов оментина (Val109Asp), лептина (G2548A), TCF7L2 (IVS3C/T) и PPARg (Pro12Ala) по отдельности в развитие СД2 вносят не столь существенный вклад, а их участие в фенотипической реализации СД2 осуществля­ется за счет ген-генного взаимодействия. При анализе межгенных взаимодействий выявлены статистически значимые двухлокусные (ADIPOQ, лептин), трехлокусные (ADIPOQ, KCNJ11, TCF7L2; ADIPOQ, KCNJ11, PPARg; ADIPOQ, оментин, PPARg), четырехлокусные (ADIPOQ, KCNJ11, TCF7L2, PPARg), пятилокусные (ADIPOQ, оментин, лептин, TCF7L2, PPARg) и шестилокусные (ADIPOQ, KCNJ11, оментин, лептин, TCF7L2, PPARg) модели межгенных взаимодействий, определяющие предрасположенность к СД2 в кыргызской популяции. Результаты анализа роли каждого гена в отдельности и в комбинации с другими генами свидетельствуют о существенной роли гена ADIPOQ в формировании повышенного риска к СД2 в популяции кыргызов.

Идентификация генетических предикторов развития СД2 с учетом этнической принадлежности имеет важное значение для выявления лиц с повышенным риском развития данного заболевания, что позволяет своевременно провести среди них комплекс профилактических мероприятий, направленных на снижение заболеваемости СД2 как в семьях с отягощенным по сахарному диабету анамнезом, так и в общей популяции.

Дополнительная информация

Источник финансирования. Работа выполнена при финансировании Министерства Образования и Науки Кыргызской Республики (№ госрегистрации 0007164 от 13 марта 2015).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Участие авторов: Концепция и дизайн исследования — А.А. Алдашев, Э.М. Миррахимов; генотипирование — , Э.T. Талайбекова Б.Ж. Жыргалбекова; анализ полученных данных, написание текста — Ж.Т. Исакова, Н.М. Алдашева; редактирование рукописи. Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

About the authors

Zhainagul T. Isakova

Research Institute of Molecular Biology and Medicine

Author for correspondence.
Email: jainagul@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3681-6939
SPIN-code: 2489-8031

Kyrgyzstan, Bishkek

MD, PhD

Elnura T. Talaibekova

Research Institute of Molecular Biology and Medicine

Email: elya-1209@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4619-1928
SPIN-code: 5722-1198

Kyrgyzstan, Bishkek

Baktygul Zh. Zhyrgalbekova

Research Institute of Molecular Biology and Medicine

Email: happyflower7@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0855-9450
SPIN-code: 6738-1297

Kyrgyzstan, Bishkek

Erkin M. Mirrakhimov

National Center of Cardiology and Internal Medicine

Email: erkmirr@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2982-6108

Kyrgyzstan, Bishkek

MD, PhD, Professor

Nazira M. Aldasheva

Research Institute of Molecular Biology and Medicine; Kyrgyz-Russian Slavic University

Email: aldashev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0356-9118
SPIN-code: 2633-7587

Kyrgyzstan, Bishkek

MD, PhD

Almaz A. Aldashev

Research Institute of Molecular Biology and Medicine

Email: aldashev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4793-2206

Kyrgyzstan, Bishkek

MD, PhD, Professor

References

  1. Дедов И.И., Шестакова М.В., Андреева Е.Н., и др. Сахарный диабет: диагностика, лечение, профилактика. / Под ред. Дедова И.И., Шестаковой М.В. — М.: Медицинское Информационное Агентство; 2011. [Dedov II, Shestakova MV, Andreeva EN, et al. Sakharnyy Diabet: Diagnostika, Lechenie, Profilaktika. Moscow: Meditsinskoe Informatsionnoe Agentstvo; 2011. (In Russ.)].
  2. Султаналиева Р.Б., Сагынова С.К., Албакова А.О., и др. Эпидемиологические аспекты сахарного диабета в Кыргызстане (по данным государственного регистра сахарного диабета в разрезе 2015 г.). // Вестник КРСУ. — 2016. — Т. 16. — № 11. — С. 140—144. [Sultanalieva RB, Sagynova SK, Albakova AO, et al. Epidemiological facts of diabetes mellitus in Kyrgyzstan (the data of the National register of diabetes during 2015 Year). Vestnik KRSU. 2016;16(11):140-144. (In Russ.)].
  3. Бондарь И.А., Шабельникова О.Ю. Генетические основы сахарного диабета 2-го типа. // Сахарный диабет. — 2013. — Т. 16. — № 4. — С. 11—16. [Bondar’ IA, Shabel’nikova OYu. Genetic framework of type 2 diabetes mellitus. Diabetes Mellitus. 2013;16(4):11-16. (In Russ.)]. doi: 10.14341/Dm2013411—16
  4. Singh S. Genetics of type 2 diabetes: advances and future prospect. J Diabetes Metab. 2015;6(4):518. doi: 10.4172/2155—6156.1000518
  5. Ходырев Д.С., Никитин А.Г., Бровкин А.Н., и др. Анализ ассоциации полиморфных маркеров генов ADIPOQ, ADIPOR1 и ADIPOR2 с сахарным диабетом 2-го типа. // Сахарный диабет. — 2015. — Т. 18. — № 2. — С. 5—11. [Khodyrev DS, Nikitin AG, Brovkin AN, et al. Association of polymorphisms of the ADIPOQ, ADIPO1 and ADIPOR2 genes with type 2 diabetes mellitus. Diabetes Mellitus. 2015;18(2):5-11. (In Russ.)].doi: 10.14341/Dm201525—11
  6. Potapov VA, Chistiakov DA, Dubinina A, et al. Adiponectin and Adiponectin receptor gene variants in relation to type 2 diabetes and insulin resistance—related phenotypes. Rev Diabet Stud. 2008; 5(1):28-37. doi: 10.1900/Rds.2008.5.28
  7. Li Q, Chen M, Zhang R, et al. KCNJ11 E23K variant is associated with the therapeutic effect of sulphonylureas in chinese type 2 diabetic patients. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2014;41(10):748-754. doi: 10.1111/1440—1681.12280
  8. Schwanstecher C, Meyer U, Schwanstecher M. Kir6.2 polymorphism predisposes to type 2 diabetes by inducing overactivity of pancreatic — cell Atp—Sensitive K+ Channels. Diabetes. 2002;51(3):875-879. doi: 10.2337/Diabetes.51.3.875
  9. Zhou D, Zhang D, Liu Y, et al. The E23K variation in the KCNJ11 gene is associated with type 2 diabetes in Chinese and East Asian population. J Hum Genet. 2009;54(7):433-435.doi: 10.1038/Jhg.2009.54
  10. Sakamoto Y, Inoue H, Keshavarz P, et al. SNPS in the KCNJ11—ABCC8 gene locus are associated with type 2 diabetes and blood pressure levels in the Japanese population. J Hum Genet. 2007;52(10):781-793. doi: 10.1007/S10038—007—0190—X
  11. Koo BK, Cho YM, Park BL, et al. Polymorphisms of KCNJ11 (Kir6.2 gene) are associated with type 2 diabetes and hypertension in the Korean population. Diabet Med. 2007;24(2):178-186. doi: 10.1111/J.1464—5491.2006.02050.X
  12. Потапов В.А. Поиск генетических маркеров, определяющих предрасположенность к сахарному диабету 2-го типа: Дис. ... канд. биол. наук. — M. 2010. [Potapov VA. Poisk geneticheskikh markerov, opredelyayushchikh predraspolozhennost’ k sakharnomu diabetu 2 tipa: Diss. Moscow. 2010. (In Russ.)].
  13. Gloyn AL, Weedon MN, Owen KR, et al. Large-scale association studies of variants in genes encoding the pancreatic — cell KATP channel subunits Kir 6.2 (KCNJ11) and Sur1 (AbCC8) confirm that the KCNJ11 E23K variant is associated with type 2 diabetes. Diabetes. 2003;52(2):568-572. doi: 10.2337/Diabetes.52.2.568
  14. Ezzidi I, Mtiraoui N, Cauchi S, et al. Contribution of type 2 diabetes associated loci in the Arabic population from Tunisia: a case control study. BMC Med Genet. 2009;10:33.doi: 10.1186/1471—2350—10—33
  15. Jiang YD, Chuang LM, Pei D, et al. Genetic variations in the Kir6.2 subunit (KCNJ11) of pancreatic ATP—Sensitive potassium channel gene are associated with insulin response to glucose loading and early onset of type 2 diabetes in childhood and adolescence in Taiwan. Int J Endocrinol. 2014;2014:983016.doi: 10.1155/2014/983016
  16. Rastegari A, Rabbani M, Sadeghi HM, et al. Association of KCNJ11 (E23K) gene polymorphism with susceptibility to type 2 diabetes in Iranian patients. Adv Biomed Res. 2015;4:1.doi: 10.4103/2277—9175.148256
  17. Gu HF, Abulaiti A, Ostenson CG, et al. Single nucleotide polymorphisms in the proximal promoter region of the adiponectin (APM1) gene are associated with type 2 diabetes in Swedish caucasians. Diabetes. 2004;53(Supplement 1):S31-S35.doi: 10.2337/diabetes.53.2007.S31
  18. Hara K, Boutin P, Mori Y, et al. Genetic variation in the gene encoding adiponectin is associated with an increased risk of type 2 diabetes in the Japanese population. Diabetes. 2002;51(2):536-540.doi: 10.2337/diabetes.51.2.536
  19. Schaffler A, Zeitoun M, Wobser H, et al. Frequency and significance of the novel single nucleotide missense polymorphism Val109Asp in the human gene encoding omentin in caucasian patients with type 2 diabetes mellitus or chronic inflammatory bowel diseases. Cardiovasc Diabetol. 2007;6:3. doi: 10.1186/1475—2840—6—3
  20. Pan HY, Guo L, Li Q. Changes of serum omentin-1 levels in normal subjects and in patients with impaired glucose regulation and with newly diagnosed and untreated type 2 diabetes. Diabetes Res Clin Pract. 2010;88(1):29-33. doi: 10.1016/j.diabres.2010.01.013
  21. Исакова Ж.Т., Талайбекова Э.Т., Асамбаева Д.А., и др. Ассоциация полиморфного маркера Val109Asp гена оментина с абдоминальным ожирением в кыргызской популяции. // Проблемы эндокринологии. — 2016. — Т. 62. — № 3. — С. 4—8. [Isakova ZT, Talaibekova EТ, Asambaeva DA, et al. A polymorphic marker Val109Asp in the omentin gene are associated with abdominal obesity in the kyrgyz population. Problems of endocrinology. 2016;62(3):4-8. (In Russ.)]. doi: 10.14341/probl20166234—8
  22. Yoruk U, Yaykasli KO, Ozhan H, et al. Association of omentin Val109Asp polymorphism with coronary artery disease. Anadolu Kardiyol Derg. 2014;14(6):511-514. doi: 10.5152/akd.2013.4932
  23. Bahadori M, Kohan L, Farzan M, et al. An increased risk of breast cancer associated with Val109Asp polymorphism in omentin gene. Int J Biosci. 2014;5(1):429-434. doi: 10.12692/ijb/5.1.429—434
  24. Zhang Y, Proenca R, Maffei M, et al. Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue. Nature. 1994; 372(6505):425-432. doi: 10.1038/372425a0
  25. Trakovická A, Moravčíková N, Candráková K, Kasarda R. Associations between LEP G2548A polymorphisms and lipids metabolism. Acta fytotechn zootechn. 2016;19(Special issue):75-79.doi: 10.15414/afz.2016.19.si.75—79
  26. Cao L, Mou S, Fang W, et al. Correlational studies on insulin resistance and leptin gene polymorphisms in peritoneal dialysis patients. Iran J Basic Med Sci. 2015;18(9):878-886.
  27. Kohan L, Nasiri M, Habib A, Bolhasani A. Association of G-2548A polymorphism in the promoter of leptin gene with plasma leptin level and risk of type 2 diabetes. JSSU. 2013;21(1):70-77.
  28. Motawi T, Salman T, Shaker O, Abdelhamid A. Association of polymorphism in adiponectin (+45 T/G) and leptin (–2548 G/A) genes with type 2 diabetes mellitus in male Egyptians. Arch Med Sci. 2015;11(5):937-944. doi: 10.5114/aoms.2015.54848
  29. Loder MK, da Silva Xavier G, Mcdonald A, Rutter GA. TCF7L2 controls insulin gene expression and insulin secretion in mature pancreatic β-cells. Biochem Soc Trans. 2008;36(Pt 3):357-359.doi: 10.1042/BST0360357
  30. Cauchi S, El Achhab Y, Choquet H, et al. TCF7L2 is reproducibly associated with type 2 diabetes in various ethnic groups: a global metaanalysis. J Mol Med (Berl). 2007;85(7):777-782.doi: 10.1007/s00109—007—0203—4
  31. Никитин А.Г., Потапов В.А., Бровкин А.Н., и др. Ассоциация полиморфных маркеров гена TCF7L2 с сахарным диабетом 2-го типа. // Клиническая практика. — 2014. — № 1. — C. 4—11. [Nikitin AG, Potapov VA, Brovkin AN, et al. Association of the polymorphisms of the TCF7l2 genes with type 2 diabetes. Klinicheskaya Praktika. 2014;(1):4-11. (In Russ.)].
  32. Peng S, Zhu Y, Lu B, et al. TCF7L2 gene polymorphisms and type 2 diabetes risk: a comprehensive and updated metaanalysis involving 121,174 subjects. Mutagenesis. 2013;28(1):25-37.doi: 10.1093/mutage/ges048
  33. Guinan KJ. Worldwide distribution of type ii diabetes associated TCF7L2 SNPs: evidence for stratification in Europe. Biochem Genet. 2012;50(3-4):159-179. doi: 10.1007/s10528—011—9456—2
  34. Dou H, Ma E, Yin L, et al. The association between gene polymorphism of TCF7L2 and type 2 diabetes in Chinese HAN population: a metaanalysis. PLoS One. 2013;8(3):e59495.doi: 10.1371/journal.pone.0059495
  35. Wang J, Hu F, Feng T, et al. Metaanalysis of associations between TCF7L2 polymorphisms and risk of type 2 diabetes mellitus in the Chinese population. BMC Med Genet. 2013;14:8.doi: 10.1186/1471—2350—14—8
  36. Guo T, Hanson RL, Traurig M, et al. TCF7L2 is not a major susceptibility gene for type 2 diabetes in pima indians: analysis of 3,501 individuals. Diabetes. 2007;56(12):3082-3088.doi: 10.2337/db07—0621
  37. Alsmadi O, Al-Rubeaan K, Mohamed G, et al. Weak or no association of TCF7L2 variants with type 2 diabetes risk in an Arab population. BMC Med Genet. 2008;9:72. doi: 10.1186/1471—2350—9—72
  38. Vaccaro O, Lapice E, Monticelli A, et al. Pro12Ala PPARgamma2 locus modulates the relationship between energy intake and body weight in type 2 diabetic patients. Diabetes Care. 2007;30(5):1156-1161. doi: 10.2337/dc06—1153
  39. Tripathi AK, Shukla S, Dwivedi Mk, et al. Type 2 diabetes in a central indian population: association with PPARG2 P121A allele but not ENPP1 K121Q. Adv Genomics Genet. 2013:1.doi: 10.2147/agg.s42936
  40. Бондарь И.А., Филипенко М.Л., Шабельникова О.Ю., Соколова Е.А. Ассоциация полиморфных маркеров Rs7903146 гена TCF7l2 и Rs1801282 гена PPARG (Pro12Ala) с сахарным диабетом 2 типа в Новосибирской области. // Сахарный диабет. — 2013. — Т. 16. — № 4. — С. 17—22. [Bondar’ IA, Filipenko ML, Shabel’nikova OYu, Sokolova EA. Rs7903146 variant of TCF7L2 gene and rs18012824 variant of PPARG2 gene (Pro12Ala) are associated with type 2 diabetes mellitus in novosibirsk population. Diabetes mellitus. 2013;16(4):17-22. (In Russ.)]doi: 10.14341/DM2013417—22
  41. Fu M, Chen H, Li X, et al. Association of Pro12Ala variant in peroxisome proliferator — activated receptor — gamma2 gene with type 2 diabetes mellitus. Zhonghua Yi Xue Yi Chuan Xue Za Zhi. 2002;19(3):234-238.
  42. Pattanayak AK, Bankura B, Balmiki N, et al. Role of peroxisome proliferator—activated receptor gamma gene polymorphisms in type 2 diabetes mellitus patients of West Bengal (India). J Diabetes Investig. 2014;5(2):188-191. doi: 10.1111/jdi.12130

Supplementary files

Supplementary Files Action
1.
Сопроводительное письмо_2017_Бишкек

View (180KB) Indexing metadata
2.
Fig. 1. Electrophoregram of the Glu23Lys polymorphism of the KCNJ11 gene.

View (31KB) Indexing metadata
3.
Fig. 2. Electrophoregram of the G276T polymorphism of the ADIPOQ gene.

View (37KB) Indexing metadata
4.
Fig. 3. Electrophoregram of Val109Asp polymorphism of omentin gene.

View (39KB) Indexing metadata
5.
Fig. 4. Electrophoregram locus G2548A leptin gene.

View (32KB) Indexing metadata
6.
Fig. 5. Electrophoretic separation of genotypes of the IVS3C / T polymorphic locus of the TCF7L2 gene after restriction.

View (33KB) Indexing metadata
7.
Fig. 6. Electrophoretic separation of the genotypes of the polymorphic locus Pro12Ala PPARg gene after restriction.

View (35KB) Indexing metadata
8.
Fig. 7. Intergenic interactions of polymorphic loci of KCNJ11 (Glu23Lys) genes, ADIPOQ (G276T), romentina (Val109Asp), leptin (G2548A), TCF7L2 (IVS3C / T) and the PPARg (Pro12Ala) gene in the formation of predisposition SD2 in the Kyrgyz population. Red indicates a high degree of synergistic interaction, orange indicates a lower degree of interaction; brown the second is an intermediate stage between joint actions and antagonism (lack of communication or independence of the effects of individual loci); green and blue - antagonism of effects with lesser and greater degree.

View (1MB) Indexing metadata

Statistics

Views

Abstract - 702

PDF (Russian) - 41

Remote (Russian) - 84

Remote (English) - 109

PDF (English) - 40

Cited-By


PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2018 Isakova Z.T., Talaibekova E.T., Zhyrgalbekova B.Z., Mirrakhimov E.M., Aldasheva N.M., Aldashev A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies