diabètes monogéniques - diabète de type 2 déterminants génétiques
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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. Le diabète sucré. Définition - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Diabètes monogéniques - Diabète de type 2
Déterminants Génétiques
Inserm
Institut national
de la santé et de la recherche médicale
Gilberto Velho
Inserm U695Déterminants Génétiques du Diabète de Type 2 et de ses Complications Vasculaires
Faculté de Médecine Xavier Bichat, Paris
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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
WHO 2004 - http://www.who.int/entity/diabetes/actionnow/en/mapdiabprev.pdf
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sont requis pour visionner cette image.+ 102 %
+ 160 %
+ 180 %
+ 44 %
+ 130 %
Global2000: 171 million2030: 366 million
+ 114 %
Le diabète sucré, problème majeur de santé publique
WHO 2004 - http://www.who.int/entity/diabetes/actionnow/en/diabprev.pdf
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Nombre estimé de personnes diabétiques
Diabète
Le diabète sucré, problème majeur de santé publique
Antidiabétiques oraux, insuline, régime ...
TraitementsNon curatifs
Coûts importants+ de 2000 $ + de 1000 €/ patient / an
Complications micro- et macro-vasculaires
Cécité, insuffisance rénale, amputations membres inférieurs,
maladies cardio-vasculaires ...
151 millions en 2000221 millions en 2010 ?
+ de 1.2 millions en France
Fréquent et en augmentation
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
DietPhysical Activity
ObesityStress
GENES
Interaction of genes and environment in T2DM
Obésité : problème majeur de santé publique
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MICROALBUMINURIEMICROALBUMINURIE
Lien épidémiologique(physiopathologie en grande
partie méconnue)
Lien épidémiologique(physiopathologie en grande
partie méconnue)
GLYCÉMIEGLYCÉMIE HÉMOSTASEHÉMOSTASEOBÉSITÉOBÉSITÉ
PRESSION ARTÉRIELLEPRESSION
ARTÉRIELLE LIPIDESLIPIDES
Le DT2 et les autres facteurs de risque cardiovasculaires sont intimement liées
Hyperglycémie du DT2 : physiopathologie complexe
Diminution de la sensibilité à l’insuline- muscles, foie, adipocytes, cellule bêta
Défaut insulino-sécrétoire (absolu ou relatif) Défauts primaires inconnus Hyperglycémie chronique : 60 syndromes
Insulino-sécrétio
n
Insulino-résistance
DT2
GÉNÉTIQUE
ENVIRONNEMENT
Variabilité de la sécrétion d’insuline chez l’homme
Facteurs génétiques Facteurs d’environnement
alimentation, état nutritionnel
Sensibilité à l’insuline Facteurs génétiques Facteurs d’environnement
activité physique corpulence
Facteurs génétiques Facteurs d’environnement
12011010090807060504030200
10
20
30
40
50
60
70
80
90
TIME (min)
INS
ULI
N (
mU
/L)
HYPERGLYCEMIC CLAMP
[10 mM glucose]
Normal OGTT; 20-35 yr; 19.7-24.6 kg/m2
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
Diabète de Type 2
OneGene
Rare mutations with major effects
Diabetes
A
A
C
C T
G
Monogenic forms of type 2 diabetes
Polygenic forms of type 2 diabetes
Several frequent gene variants
contributing small individual
effects
expressionof diabetes
environmental factors
Les formes monogéniques représentent ~5% des diabètes
Quelques résultats (1)
• 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%
A10fsIVS1A+1G>T
Q26XL30PV33_K39dupR36WQ38PE40KR43HG44SG44DG44fsH50YH50RA53S
V62MV62AE70K
G72RD73GD78HD78EG80SG80AG81SV89fsE93del10
Q98XW99XV101MT103NK104fsY108HY108CY108FY108XI110TP111LA119DIVS3+1G>AIVS3+1G>T
G162fsL164PT168PK169fsK169NF171LA173SG175R
G175EG175VG178RN180KV181AV182MR186XA188TA188ER191WR191QG193RIVS5+1del33
V203AT206MT206RT209MM210KM210TC213RY215XE216XE220XE221KG223SM224T
I225FI225MV226MV226fsG227CIVS6+2T>A
IVS6-2A>TT228AT228RT228MN231fsM235TM238fsQ239RE248XM251VM251IC252RC252YE256K
W257RG258CA259TG261RG261ES263PG264SE265XE268XL271del22R275CD278EE279QE279XS281F
IVS7-1G>AQ286XG294DG295fsM298KG299RE300QE300KL304PL309PV310fs
G318RF334fsS336LE339GIVS8+2T>G
T342PR358XS360XV367MR369PR377CA378VH380Q
C382YS383fsS383LS383XA384TG385VA387TA387VR392CE395_R403delV401fsI404fsI404SG407SS411FK414EL415VIVS9+1G>CIVS9+1G>T
IVS9-7del11IVS9-1G>CV427fsS433_I436delC434YS441WS445fsG446RR447fsR447Q
S453LS453XA454VA460fs
IVS3-2A>GIVS3-1G>TL122VY125delY125_D132dupC129YI130TS131PL134PH137RQ138PL146RT149P
T149IF150delF150SF150LS151fsV154fsH156YE157KK161NIVS4+2del10IVS4+2del15
-cellpromoter
Liverpromoter
1a 1b 1c 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Glucokinase mutations associated with hyperglycemia
Velho et al. 2004
Glucokinase and glucose metabolism
glucoseATP sensitive K+ channels
voltage sensitive Ca++ channel
insulin
GLUT2
ATPG-6-P
glucose
K+
X
Ca++
GLUT2
G-6-P
glucose
glucokinase
glycogen pyruvate
+
hepatocytes
glucokinase
pancreatic beta-cells
plus effects in pancreatic alpha-cells and glucose-sensing cells of the CNS
• Heterozygous mutations: mody type 2
• Homozygous or double heterozygous mutations: permanent neonatal diabetes
• Heterozygous activating mutation: hyperinsulinemic hypoglycemia
Clinical phenotypes associated with glucokinase
mutations
GLUCOSE
Voltage-dependentCa++ channel
insulin
ATP
G-6-P
GLUCOSE
K+
Ca++
pyruvate
ATP-sensitiveK+ channel
K’
SUR1
Kir6.2K+
tolbutamide
diazoxideglucokinase
GLUCOKINASEGLUCOKINASE
glucose
G-6-P
Insulin release
glycolysis
ATP
K’
Km glucose
enzymatic activity
metabolic flux
ATP production
insulin release
[ glucose ]
Glucokinase activity and regulation of insulin secretion
EFFECT OF GLUCOKINASE MUTATIONS ON INSULIN RELEASE
Fajans et al.: N Engl J Med 345: 971-980, 2001
Peak insulin release
Threshold for insulin release
WT / WT
E70K / WT
V203A / WT
Plasma Glucose (mM)
Rel
ativ
e G
luco
se-P
ho
sph
ory
lati
on
Cap
acit
y (%
)
Glaser et al.: N Engl J Med 338: 226-230, 1998
V445M / WT
Graded glucose infusion in glucokinase-deficient (Mody2) subjects
Byrne et al.: J Clin Invest 93:1120-1130, 1994
controls
mody2
1413121110987654
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
INS
UL
IN S
EC
RE
TIO
N R
AT
E (
pm
ol/
min
)
PLASMA GLUCOSE (mM)
Dose-response curve
9.08.58.07.57.06.56.05.55.04.50
20
40
60
80
100
GLUCOSE (mM)
Glucose sensitivity of -cells
RE
LA
TIV
E S
LO
PE
OF
CU
RV
E (
% /
mM
)
3'5'
CIS elements
Nuclear Factors
Expression of Target Genes:
Glucose transportGlucose metabolismInsulin secretionIslet development
insulin release
Glucose
Transcription factors and beta-cell function
Hepatocyte nuclear factor-1a
• Homeodomain-containing transcription factor
• Encoded by TCF1 gene (chromosome 12q)
• Structurally related to HNF-1 (MODY5)
• Function as a homodimer or as a heterodimer with HNF-1
• Expressed in liver, pancreatic -cells, kidney
dimerisationdomain(1-31)
DNA-binding domain(184-280)
POU motif Homeodomain
proline richactivationdomain II(281-318)
serine richactivationdomain I(547-628)
21 aa loop
Mutations and polymorphisms in HNF-1 (Mody3) gene
7 8 9 10Exon 1 2 3 4 5 6
IVS5nt-2A>GP379fsdelCTP379fsdelTP379fsinsCT392fsdelAQ401fsdelCI414G415fsTCG>CCG415RS432CT433I
IVS7nt-6G>AH514RP519LR537T
S594II618ME619KT620IM626K
Promoter
C241GC241RS247fsinCL254MV259DT260MR263CW267XR271WR272HR272CR272fsdelGCP291fsinsCP291fsdelCG292fsdelGA301TA301fsinsA
W113XK117ES121fsdelCY122CDN127I128NP129TR131QR131WG132KV133MS142FH143YK158NR159QR159WA161TR171XV173fsdelTG
T547E548fsdelTGA559fsinsAG/S574R583QR583GL584S585fsinsTCIVS9nt+1G>A
Q7XL12HG20RI/L27G31DG42P43fs CC>AR55G56fsdel GAGGGA/V98L107R
IVS2nt-1 G>AG191DR200WR200QR203HR203CK205QR229QR229X
A443fsdelCAP447LS/N487T492IS498R
IVS5nt+2T>A
-267G>AHNF-4a siteHNF-3 siteC/EBP site
Graded glucose infusion in Mody subjects
Byrne et al. 1994, 1996
1413121110987654
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
controls
nondiabetic MODY3
Insu
lin s
ecr
etio
n r
ate
(pm
ol/m
in)
Plasma glucose (mM)
MODY-2
Pontoglio et al. J Clin Invest 101: 2215-2222, 1998
glucose perfusion
3025201510500
300
600
900
PERFUSATE GLUCOSE CONCENTRATION (mM)
INS
UL
IN (
pM
)
-/-
+ / -
+ / +
26260
5000
10000
15000
PERFUSATE GLUCOSECONCENTRATION (mM)
+ / ++ / -
- / -
20 mM arginine
INS
UL
IN (
pM
)
In situ perfused pancreas
Insulin secretion in response to glucose and arginine in HNF-1 deficient mice
mRNA level of target genes in islets of HNF-1 deficient mice
Shih et al. Diabetes 2001
Hprt +RT
Hprt -RT
HNF-1
HNF-1
HNF-4
SHP-1
DCOH
PDX-1
Neuro-D1
GCK
GLUT2
NBAT
L-PK
M2-PK
Glucagon
INS-1
INS-2
+/+ +/- -/-wt / mut0.7
1.0
3.9 *
1.3
1.6 *
2.4 *2.5 *
0.7
3.9 *1.4 *3.4 *
0.9
0.7
1.7 *
1.3
+/+ +/- -/-wt / mut
0.9
1.0
11.5 *1.9 *
1.7 *
2.9 *2.1 *1.8 *
17.6 *
3.9 **31.6 *
1.1
1.8 *2.5 *
1.5
newborn pancreas adult pancreas
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
• 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– Mody 2: Les 3/4 des patients sont traités par un régime seul– Mody 3: 70 % des patients aux anti-diabétiques oraux, 20% à l’insuline
• Complications (microangiopathie)– Mody 2: rares, moins de 5% des patients– Mody 3: fréquence comparable à celle dans le diabète de type 2
Différences entre les deux formes les plus fréquentes de MODY
cytoplasm
nucleus
HNF-4
Ligand: long-chainFatty acyl-CoAThioesters ?
GRE / Enhancer Promoter
transcription
Hertz et al.: Nature 392:512-516, 1998
Known target genes:- HNF-1HNF- Aldolase B- Glyceraldehyde-3-P dehydrogenase- L-Piruvate kinase- Kir6.2 Stoffel et al.: PNAS 1997
Gupta et al.: JCI 2005
HNF-4 (Mody1)
Endoderm
IPF1
Endocrine progenitor
NeuroD/BETA2IPF1
Pax6
Cdx2
Cells Cells glucagon insulin
Isl-1
Pax4Nkx2.2
Nkx6.1
Pax6
CommittedCells
Transcription factors and endocrine pancreas differentiation
HNF-1(MODY5)
HNF-4(MODY1)
HNF-1(MODY3)
IPF-1(MODY4)
NEURO-D1(MODY6)
HNF-3
GCK(MODY2)
Transcription factors associated with MODY and their target genes
SHP-1(small heterodimer partner 1)
Aldolase-B
L-Piruvate Kinase
PCD/DCoH(pterin-4-carbinolamine
dehydratase)
IAPP
GLUT-2
INS-2
INS-1
Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase
NBAT(neutral and basic amino acid transporter)
Other unknown target genes
Kir6.2
Transactivation
domain (315-557)
POU-Motif
1 32 88 178 231 315 557
Homeodomain
DNA-Binding domain (88-315)Dimerisation
domain (1-32)
Hepatocyte nuclear factor-1
• 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
1 2 3 4 5 6 7 8 9
L48fsG76CR112P
Q136E
Q136X
G157fs
K164Q
R165H
R181X
Q192X
IVS2+1G>T
R235Q
R276G
G285D
R295H
R295C
G370S
Del P-9 (>1mb)
Del 5Bellanné-Chantelot et al. Diabetes 2005
Mody5: heterogeneous molecular
alterations• 40 patients with "Mody5" phenotype
– DNA sequencing: 18 (45%) pacients with point mutations
– QMPSF: 10 (25%) pacients with large deletions
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. 2004Bellanné-Chantelot et al. Diabetes 2005
Normal control pancreasF3-II/2 (Lys 164 Gln):
diffuse pancreas atrophy in a 38 year-old man with diabetes
and renal failure
Abdominal CT-Scan
Bellanné-Chantelot et al. Ann Intern Med 2004
• 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
mody5 : atteinte rénale
Mitochondrial DNA
Complex I genes (NADH-ubiquinone dehydrogenase)
Complex III genes (ubiquinol-cytochrome c oxireductase)
Complex IV genes (cytochrome c oxidase)
Complex V genes (ATP synthase)
Transfer RNA genes
Ribosomal RNA genes
Displacement loop
TCyt b
PE
ND6
ND5
HSL
ND4
ND4LR
ND3GCOX IIIATPase 8
ATPase 6KCOX II
D
SCOX I
YC
NAW
ND2
M
I
Q
16S RNA
L
V12S RNA F D-loop
PL
PH
16568 bp
OH
OL
Q Q Cyt c
NADH+H+ NAD
e-
e-
FADH2 FAD
e-
H2O1/2O2+2H+
H+
ADP + P ATP
H+ H+
H+
matrix
intermembranespace
-0.32V +0.82V
Complex
III
III IV Vinnermembrane
Point mutations in mtDNA manifesting primarily as diabetes
tRNA Leu (UUR): 3243A>G, 3252A>G, 3256C>T, 3271T>C, 3290T>C, 3291T>C
Mathews et al.: Proc Soc Exp Biol Med 219: 97-108, 1998
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
Maternally Inherited Diabetes and Deafness
MUTATION WILD TYPE HYPERGLYCEMIAUNTESTED
F254
N
D N D D
D
F190
N N D D D
D D
F551
N D
N
F66
F303
Velho et al.: Diabetes 45: 478-487, 1996
Entrainment by glucose of insulin secretion oscillations in nondiabetic carriers of mtDNA 3243A>G mutation
300
400
500ISR
(pM/min)
300
400
500ISR
(pM/min)
TIME (hours)Velho et al.: Diabetes 45: 478-487, 1996
5
10
15GLYCEMIA
(mM)
100
150
200GIR
(ml/h)
Wild type
5
10
15
0 2 4 6 8 10 12 14 16
GLYCEMIA(mM)
3243A>G
GLUCOSE
Voltage-dependentCa++ channel
insulin
ATP
G-6-P
GLUCOSE
K+
Ca++
pyruvate
ATP-dependentK+ channel
K’
SUR1
Kir6.2K+
tolbutamide
diazoxide
mtDNA
Polygenic forms of type 2 diabetes
Several frequent gene variants
contributing small individual
effects
expressionof diabetes
environmental factors
Des variants dans des gènes régulateurs de la sécrétion d'insuline modulent la susceptibilité au diabète de type 2
Quelques résultats (2)
Bell et al. Nature, 2001
Pancreatic -cell genes and diabetes
• 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…
• ………….
Insulin secretion in response to glucose
PANCREATIC -CELL KATP
S S
S S
K K
K K
NBD2NBD1
SUR1 Kir6.2
Ashcroft and Gribble, 1999
outside
inside
GLUCOSE
Voltage-dependentCa++ channel
insulin
ATP
G-6-P
GLUCOSE
K+
Ca++
pyruvate
ATP-dependentK+ channel
K’
SUR1
Kir6.2K+
tolbutamide
diazoxide
Closing of ATP-sensitive K+ channels (IKATP) is a key step in the insulin exocytosis pathway
IKATP is composed of two subunits: 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
Pancreatic beta-cell ATP-sensitive K+ channel
GLUCOSE
Voltage-dependentCa++ channel
insulin
ATP
G-6-P
GLUCOSE
K+
Ca++
pyruvate
ATP-sensitiveK+ channel
K’
SUR1
Kir6.2K+
tolbutamide
diazoxide
• Polymorphismes (fréquents)• DT2 polygénique• Obésité• HTA chez les diabétiques de type 2
• Mutation E1506K
• Hyperinsulinisme Hypoglycémie et/ou diabète autosomique dominant
• Mutations activatrices (rares)• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie néonatal persistent. Transmission autosomique
récessive. Hyperplasie diffuse des cellules pancréatiques.
• Mutations activatrices dans l'allèle paterne + perte focale de l'allèle materne• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie néonatal persistent. Forme sporadique. Hyperplasie
focale des cellules pancréatiques.
Phénotypes associés aux variants moléculaires de
SUR1 (ABCC8)
GLUCOSE
Voltage-dependentCa++ channel
insulin
ATP
G-6-P
GLUCOSE
K+
Ca++
pyruvate
ATP-sensitiveK+ channel
K’
SUR1
Kir6.2K+
tolbutamide
diazoxide
A-allele
Chi-square:
p:
Odds ratio:95% CI:
37.1%
7.9
0.005
1.51.1 - 2.1
ABCC8 Exon 31: AGG>AGA (Arg 1272 Arg)
Reis et al.: Hum Genet 107:138-144, 2000
27.6% 43.2%
12.9
0.0003
2.01.4 - 2.9
T2DMAll subjects
(308)
Controls(143)
T2DMage of diagnosis ≤45 years
(103)
A-allele frequency
SUR1 gene and type 2 diabetes
ABCC8 exon 18 :ABCC8 exon 18 :ACC>ACTACC>ACTThr775ThrThr775Thr
Reis et al. 2002
Graded glucose infusion in non diabetic subjects
0
2
4
6
8
0 60 100 140 180 220 260 300
TEMPS (min)G
luco
se(m
g/k
g/m
in)
450400350300250200150100500
1
2
3
4
5
INSULIN (pM)
GL
UC
OS
E C
LE
AR
AN
CE
(ml
/ K
g b
.w.
/ m
in)
Insulin sensitivity
CC
CT
0
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
3 5 7 9 11 13 15
GLUCOSE (mM)
INS
UL
IN S
EC
RE
TIO
N R
AT
E (
pm
ol/k
g/m
in) CC
CT
p<0.03
Allelic variation of SUR1 and insulin-secretion
0
2
4
6
8
0 60 100 140 180 220 260 300
TEMPS (min)
Mutations in the SUR1 (ABCC8) gene causing
Persistant Hyperinsulinemic Hypoglycemia of Infancy (PHHI)
Glaser et al. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2000
Huopio et al. Lancet 2003
SUR1 mutation and autosomal dominant diabetesE1506K
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
• Polymorphismes (fréquents)• DT2 polygénique
• Mutation C42RDiabète autosomique dominant
• Mutations (rares)• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie néonatal persistent. Transmission
autosomique récessive. Hyperplasie diffuse des cellules pancréatiques.• Diabète néonatal: formes transitoires et permanentes. Transmission
autosomique dominante
Phénotypes associés aux variants moléculaires de
Kir6.2 (KCNJ11)
GLUCOSE
Voltage-dependentCa++ channel
insulin
ATP
G-6-P
GLUCOSE
K+
Ca++
pyruvate
ATP-sensitiveK+ channel
K’
SUR1
Kir6.2K+
tolbutamide
diazoxide
• METHODS: direct sequencing and PCR-RFLP assays
• POPULATION: 521 French, UK and Danish type 2 diabetic subjects and 367 normoglycemic controls
PATIENTS
CONTROLS
p* (co-dominant):p* (recessive)
Glu/Glu Glu/Lys Lys/Lys
35% 45% 20%
44% 45% 11%
0.0010.01
Glu 23 Lys
Hani et al.: Diabetologia 41: 1511-1515, 1998Inoue et al.: Diabetes 46: 502-507, 1997Sakura et al.: Diabetologia 39: 1223-1236, 1996Hansen et al.: Diabetes 46: 508-512, 1997* adjusted
Kir6.2 (KCNJ11) gene and type 2 diabetes
KCNJ11: E23K
Van Dam et al. Diabetic Medicine 2005
Kir6.2 gene and type 2 diabetes
Meta-analysis: KK vs EE genotype
Yorifuji et al. JCEM 2005
Kir6.2 mutation and autosomal dominant diabetes
*C42R
6 wk22 yr
26 yr
3 yr
age at diagnosis of diabetes
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
Neonatal diabetes associated with Kir6.2 (KCNJ11) mutations
Hattersley et al. Diabetes 2005
Mutations in KCNJ11 causing neonatal diabetes
TM: transmembrane domain
Relationship between phenotype, genotype and functional severity of Kir6.2 (KCNJ11) mutations
and polymorphisms
Hattersley et al. Diabetes 2005
cytoplasm
nucleus
HNF-4
Ligand: long-chainFatty acyl-CoAThioesters ?
GRE / Enhancer Promoter
transcription
Hertz et al.: Nature 392:512-516, 1998
Known target genes:- HNF-1HNF- Aldolase B- Glyceraldehyde-3-P dehydrogenase- L-Piruvate kinase- Kir6.2
Stoffel et al.: PNAS 1997Gupta et al.: JCI 2005
Hepatocyte Nuclear Factor 4 alpha (Mody1)
Heike et al. Hum Mol Genet 2001; Silander et al. Diabetes 2004
HNF-4 and type 2 diabetes
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Silander et al. Diabetes 2004
HNF-4 and type 2 diabetes
Haplotype Frequencies
TCF7L2 et Diabète de type 2
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Nature Genetics 2006
TCF7L2 & T2DM
Grant et al. Nature Genetics 2006
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TCF7L2 & T2DM
Zhang et al. Diabetes 2006
TCF7L2 & T2DM
Cauchi et al. Diabetes 2006
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Groves et al. Diabetes 2006
TCF7L2 (ou TCF-4) regulates the transcription of proglucagon gene that encodes GLP-1TCF7L2 (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 GLP-1: peptide released from enteroendocrine cells of the small intestine in response to food intake.food intake.
TCF7L2 & GLP-1 (Glucagon-Like Peptide 1)
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Actions of GLP-1Actions of GLP-1
It acts on a specific receptor on pancreatic beta It acts on a specific receptor on pancreatic beta cells, stimulating insulin formation and releasecells, stimulating insulin formation and release
This action is glucose-dependent, occurring when This action is glucose-dependent, occurring when blood glucose levels are high and decreasing as blood glucose levels are high and decreasing as they dropthey drop
It inhibits the release of glucagon from alpha It inhibits the release of glucagon from alpha cells, reducing glucose output from the livercells, reducing glucose output from the liver
It It improves insulin sensitivityimproves insulin sensitivity
It slows the emptying of the stomachIt slows the emptying of the stomach and and produces a feeling of fullness, reducing the produces a feeling of fullness, reducing the desire to eat.desire to eat.
TCF7L2 variants and insulin secretion (OGTT)
Florez et al. NEJM 2006
Des variants dans des gènes modulateurs de l'action de l'insuline contribuent à la susceptibilité au diabète de type 2
Quelques résultats (3)
Glucose metabolism in the liver Signal transduction in insulin action
Saltiel et al. Nature, 2001
Insulin sensitivity genes and T2DM
+ Adiponectin, PGC1, PPAR, Resitin, TNF, Leptin, Leptin receptor, IL2, IL6, UCP2, UCP3, SREBF1, FABP2, GLR….
Adiponectin, energy expenditure and insulin sensitivity
Fasshauer et al. Biochimie 2004
Regulation of Adiponectin in adipocytes
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/T2DMFumeron et al. Diabetes 2004
Adiponectin and type 2 diabetes
Fumeron et al. Diabetes 2004
Des variants génétiques peuvent également conférer une protection contre le diabète de type 2
Quelques résultats (4)
PPAR Pro12Ala polymorphism and risk of T2DM
• PPAR
– 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)
Meta-analyses
Limites de l'approche gènes candidats
Etude systématique du génome
DMT2 •Etude d'une région restreinte
•Gènes inconnus
•Gènes à priori non candidats
•Grand nombre de genes candidats
Analyses génétiques:-Linkage-Sib-pairs-Association
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
Etude systématique du génome
Sladek et al. Nature Genetics 2007
Genome wide association study for type 2 diabetes
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Frayling TM: Nature Genetics 2007
Genome wide association studies for type 2 diabetes
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Frayling TM: Nature Genetics 2007
Genome wide association studies for type 2 diabetes
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Frayling TM:Nature Genetics 2007
Genome wide association studies for type 2 diabetes
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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 7-like 2 (T-cell specific, HMG-box); WFS1: Wolfram syndrome 1
DT2: interactions entre facteurs génétiques et d'environnement
S.I.
f_Env DT2
S.I.
DT2
S.I.
f_Env ND
Intérêts de l'étude génétique du DMT2
Dépister les sujets porteurs de la susceptibilité
génétique
Adopter précocément des mesures hygiéno-diététiques adaptées
Développer de nouvelles
thérapeutiques
Mieux comprendre les mécanismes
physiopathologiques en jeu
Mettre en œuvre des stratégies
thérapeutiques adaptées à chaque groupe étiologique
Etablir une classification plus étiologique du
DTMT2