Regulación epigenética y el efecto del ambiente en el riesgo para el desarrollo de la DM2 - Dra....
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Regulación epigenética y el efecto del ambiente en el riesgo para el
desarrollo de DMT2
MC. Paola Vázquez CárdenasDra. Ma. Teresa Tusié Luna
Agosto 15, 2013
Epidemiología de la Diabetes
Factores de riesgo modificables
• Sobrepeso u obesidad• Inactividad física• Sedentarismo• Dieta• Tabaquismo• Hiperlipidemia• Hipertensión• Ambiente intrauterino*
Factores de riesgo no modificables
• Edad• Sexo• Etnicidad• Historia familiar de DT2• Historia de GDM
Chen, et al., Nature Reviews, 2012
Fisiopatología de la DT2
Insulina
Páncreas
Tejido adiposoHígado Músculo
2. Producciónde glucosa
1. Lipólisis3. Incorporación
de glucosa
Disfuncióncélula β
DIABETESMELLITUS
Resistenciaa la insulina
Ácidos grasos Glucosa sanguínea
Genética de la DT2
Voight, et al., Nature, 2012
Genética de la DT2
Loci asociados a DT2 en población mestiza mexicana
Gamboa, et al., Diabetes, 2012
Odds Ratio1.0 1.5
UBQLNLTSPAN/LGR5
TCF7L2SLC30A8
RORARALGPS2
PPARGNXPH1
NOTCH2KCNQ1KCNJ11
JAZF1IGF2BP2
HHEXFTO
CDKN2A/2BCDKAL1
CDC123/CAMK1DARHGEF11ADAMTS9
Genética de la DT2
Gráfico QQ residual para loci asociados a DT2 en población mestiza mexicana
SIGMA consortium 2012, confidencial
~60 SNPs asociados a DT2Efectos modestos: TCF7L2 (OR=1.7)
10% de la variabilidad explicada
No más SNPs por descubrir
Ubicados en secuencias no codificantes, muchos son factores de transcripción
No son los alelos causales
Ambiente
Resistencia a la insulina
Secreción de
insulina
Componente genético de las enfermedades complejas
¿?
Waki, et al. Curr Diab Rep, 2012Burdge GC. Annu Rev Nutr., 2010
Intrauterino Estilo de vida
Epigenética• Definición:
– Cambios heredables de la expresión génica que ocurren sin que se presenten modificaciones en la secuencia de DNA
DNA
Histonas
Otras proteínas
CromatinaInformación que regula la expresión génica en respuesta a señales ambientales
Rodríguez-Dorantes M, et al. Rev Invest Clin (2004) 1: 56-71
Un genoma
Epigenomas
DNA
Cromatina
Información almacenada
Información organizada
Patrones epigenéticos tejido-específicos
Modificables
Mecanismos epigenéticos
Mecanismos
1. Metilación de DNA
2. Modificación de histonas:AcetilaciónMetilaciónFosforilaciónOtras
3. Complejos remodeladores de la cromatina ATP dependientes
4. Polycomb y Trithorax5. RNAs no codificantes (lncRNA,
miRNAs, siRNA)6. Dinámica nuclear
The American Association for Cancer Research Human Epigenome Task Force. Nature 2008;454:711-715Matouk, C. C. et al. Circ Res 2008;102:873-887
Metilación del DNAMetilación de CpG en la posición 5 de la C
+ SAM DNMT
DNA no metilado Expresión génica
Expresión génicaDNA metilado
Gluckman PD. Nature Reviews Endocrinol. 2009, 5:401-408Nafee TM: BJOG 2008, 115:158-168.
P Exon 1 Exon 2 Exon 3
FT Pol
Transcripción
P Exon 1 Exon 2 Exon 3
Transcripción
MeCP2
HMTHDACHistona
Ac
HistonaMe
Metilación del DNA
Estado dinámico de metilación global del DNA durante el desarrollo
Trofoectodermo
Placenta
Especialización de tejidos de capas germinales del embrión
Mayor influencia del desarrollo placentario y nutrición materna
Genes de imprinting
Efecto dinámico de la dieta sobre la metilación del DNA
+ SAM DNMT
MTHFR SNP 677C>TEfecto funcional:
677CT 35%677TT 50-70%
Alelo T en población mexicana: 36% - 48%Los portadores de la mutación C677T requieren 20% más ácido fólico que los sujetos normales
Donadores de metilo• Ácido Fólico• Metionina
Cofactores• B2,B6,B12• Zinc
MTHFR
El ácido fólico participa como donador de grupos metilo en la reacción de metilación del DNA
Feil,R. Nature Reviews Genetics, 2012
Evidencias de influencias nutricionales sobre la metilación del DNA en el ratón agoutí
• La alteración de la alimentación materna durante el embarazo afecta el fenotipo observado
• Ingestas altas de donadores de metilo (ácido fólico, vitamina B12, colina y betaína) la metilación
Dieta control
Suplementación con donadores de metilo o genisteina
Exposición a Bisfenol A (BPA)
Exposición a Bisfenol A (BPA) + suplementación con donadores de metilo o genisteína http://www.geneimprint.com
Dolinoy et al., PNAS 104: 13056-13061, 2007
El efecto del consumo de nutrimentos relacionados con el metabolismo de un solo carbono
DG PP
• Suplementación con ácido
fólico
• Suplementación con ácido
fólico
Insulina β 0.58 p 0.030
Glucosa β -0.085 p 0.055
HOMA-IR β 0.178 p 0.203
HOMA-B β 83.29 p 0.225HOMA-S β -42.56 p 0.039
HOMA-S Β 1.702 p 0.04
Efecto dosis x tiempo. Mayor efecto observado en la dosis de 401 a 999 mcg
**multivitamínico: efecto conjunto de ácido fólico con cofactores (vitamina B12)
Suplementación temprana
Suplementación tardíaInsulina β -0.15 p 0.924
Glucosa β 0.22 p 0.073
Asociación del SNP C677T con parámetros de sensibilidad y resistencia a la insulina
Variable
Todos Dosis <1mg Dosis >1mgrs1801133
prs1801133
prs1801133
pAditivo Aditivo AditivoOR/B coef. OR/B coef. OR/B coef.
Glucosa en ayuno (sdg 24-28) 0.55 0.39 0.38 0.09 0.38 0.09
Glucosa postprandial 2 horas (sdg 24-28) -5.06 0.03* 2.54 0.02* -4.39 0.01*
Insulina en ayuno (sdg 24-28) 0.43 0.33 -0.02 0.03* 0.41 0.02*Log Aditive Model ajustado por IMC pregestacional, hospital de referencia, inicio de suplementación.
El efecto del consumo de nutrimentos relacionados con el metabolismo de un solo carbono
Pourghassem B. Diabetes research and clinical practice 94 (2011) 33–38
1000 mcg
16 donadores cadavéricos5 casos DT2 11 controles
Similar grupo étnico, edad e IMC
Volkmar, M. EMBO. 2012
Estrés del retículo endoplásmico
Regulación de la cromatina en células β expuestas a IUGR: PDX1
PDX1 Factor de transcripción:• Desarrollo temprano del páncreas
endocrino y exocrino• Diferenciación tardía de células β• Adecuada función de la célula β
USF1 Factor de transcripción:• Activador de la transcripción de Pdx1
Ratas IUGR • 50% los niveles de mRNA de Pdx1• Disminución persistente después del
nacimiento
In utero Nacimiento 2 semanas Adulto
Acetilación de H3 y H4 en promotor de Pdx1
Pérdida de unión de USF1al promotor de Pdx1 mRNA de Pdx1
Progresión de desacetilaciónde histonas
Trimetilación de H3K4Dimetilación de H3K9
mRNA de Pdx1Alteraciones en niveles glucosa
Estrés oxidante
Posible reversiónde la desacetilación
Normalización permanentede niveles de mRNA de Pdx1
Dimetilación H3K9Metilación de DNA de novoCierre/Silenciamiento de la
región del promotor de Pdx1Diabetes
HiperglucemiaEstrés oxidante
Diabetes
Rata Knock out de Pdx1: agenesia pancreáticaPdx +/-: desarrollo normal de masa β pancreática, desacople en GSIS
Humano Mutaciones homocigas: agenesia pancreáticaDiabetes, ¿cómo?
Exendina-4 Factor de transcripción:• expresión de Pdx1 en recién nacido previniendo desarrollo de
DM en rata IUGR
• Islotes de ratas IUGR con tx exendina-4 fosforilación de USF1 asociación USF1-PCAF en promotor de Pdx1 actividad acetiltransferasa de histonas (HAT)Permanente aumento en acetilación de H3Permanente trimetilación de H3K4Previene metilación de DNA
Reversión, ¿cómo?
Pinney, et al., Curr Diab Rep, 2012
Remodelamiento de cromatina en locus de riesgo: TCF7L2
Desacople en la secreción de la insulina, mediado por hormonas intestinales (GLP-1)Loci más consistente y con mayor significancia estadística en estudios caso/control:
• rs7903146 (C/T)• Intrón 3, ningún otro SNP en LD• Portadores: mRNA TCF7L2 en islotes pancreáticos
Portadores del alelo T de riesgo presentan una cromatina más abierta Ganancia de función asociada al alelo de riesgo T, aumento de la actividad transcripcional de TCF7L2
Groop, et al., Nature Genetics, 2010
RNAs no codificantes
ncRNAs pequeños(18-200 nt)
ncRNAs largos(200 nt-1000 kb)
miRNAsTamaño: 18-24 nt
Transcritos por RNA Pol II y III
siRNAsTamaño: 20-24 nt
Transcritos por RNA Pol II
piRNAsTamaño: 24-30 nt
Transcritos por RNA Pol II
IntrónicosTranscripción
Pri-miRNA
procesamiento
NÚ
CLEO
CITO
PLAS
MA
Pre-miRNA
Dicer
miRNA
5’
RISC
Represión traduccional o
activación de mRNA
Transcripción Bi-direccional
ó
ó
siRNA
5’PTGS:
Degradación de mRNA
DRC1
RITSTGS:
Modificaciones en cromatina
Transcripción Bidireccional en cluster
¿procesamiento?
piRNAs
PIWI
Regulación epigenética
Control de transposones
Dicer
Drosha
Mutación en un gen codificante de proteína que modifique el marco de lectura
Rearreglos cromosómicos
DuplicacionesncRNA pequeño ncRNA largo
Inserción de transposon que contiene un sitio de inicio de la transcripciión
Ponting CP. 2009
Posibles orígenes de los lncRNAs
lncRNAsTamaño: >200nt
Transcritos por RNA Pol II y III
Mecanismos de acción descritos para los lncRNAsRegulación en cis Regulación en trans
Guttman M, Rinn J. 2012
Anzuelo
Modificación Alostérica
Collins L, 2011 Collins L, 2011 Collins L, 2011
miRNAs Diabetes y Obesidad
Dieta baja en proteínas
Metilación del DNA
Receptor de angiotensina (glándula adrenal; ratón)Npy, Cart, Pomc (cerebro; rata)Leptina (tejido adiposo; ratón)PPARa, LXRa (hígado; ratón) *Revierte con ácido fólico
Dieta alta en grasasMetilación del DNA
Genes asociados a dopamina y opioides (cerebro; ratón)Cdkn1a (hígado; rata)
Consumo inadecuado de energíaMetilación del DNA
IL10, LEP, ABCA1, GNASAS, MEG3, IGF2 (humano)HNF4A (humano)BOLA3, FLJ20433, PAX8, SLITRK1, ZFYVE28 (humano)RXRa, eNOS (humano)
Modificaciones de histonas
Pdx1 (célula beta; rata)Glut4 (músculo esquelético; rata)Dusp5, IGF1 (hígado, hipocampo; rata)11-b-DH (riñón; rata)PPARg (pulmón; rata)
Exceso de alimentación neonatalMetilación del DNA
POMC (hipotálamo; rata)Receptor de insulina (cerebro; rata)TACSTD2 (humano)
Dieta alta en grasa
Metilación del DNA
Sistema de neurotransmisores (cerebro; rata)Múltiples genes en F2 (células b; rata)
Restricción calórica
Metilación del DNA
H-ras (rata)RUNX (humano)P16 (humano)ATP10A, WT1, TNFa (tejido adiposo; humano)
Modificaciones de histonas
p16INK4 (humano)hTERT (humano)Cambios mediados por SIRT1 (FOXO, PGC1A, HDAC1, etc; ratón, rata).
Crecimiento fetal Crecimiento Neonatal
Nacimiento Ablactación Lactancia
Adulto
Consumo de ácido fólico
Metilación del DNA
IGF2 (humano)
Evidencia de la influencia de factores dietarios involucrados en la regulación epigenética del metabolismo en distintas etapas de la vida en mamíferos