Рецептор меланокортину 4 (MC4R) варіанти генів у дітей та підлітків, які мають сімейне ожиріння на ранніх стадіях: генетичні та клінічні характеристики

Анотація

Висновок: Варіанти гена MC4R досить поширені при ожирінні серед дітей у турецькій популяції. Скринінг варіантів в MC4R цей ген необхідний пацієнтам із важким ожирінням у дитинстві. У таких пацієнтів супутні захворювання ожиріння можна спостерігати з ранніх років.

Що відомо
• Частота мутацій MC4R у пацієнтів із ожирінням становила приблизно 0–6,3%.
Що нового
• У турецької педіатричної популяції із ожирінням, на відміну від інших європейських країн, варіанти гена MC4R є досить поширеними, оскільки ми виявили частоту варіантів 8,6%
• Ми вважаємо, що необхідно проаналізувати варіанти гена MC4R у пацієнтів з важким ожирінням у дитячому віці і які мали ожиріння на ранніх стадіях щонайменше у одного зі своїх родичів першого ступеня в турецькій популяції.

Вступ

Ожиріння - це всесвітня епідемія, за останні 30 років показники майже подвоїлися [1]. Хоча основною причиною ожиріння є завищення, є значні докази значного генетичного внеску в регулювання маси тіла. У 1998р, MC4R повідомлялося, що варіанти асоціюються з ожирінням людини, яке успадковується переважно [2].

MC4R кодує білок, який називається рецептором меланокортину 4, який в основному знаходиться в гіпоталамусі і відповідає за контроль апетиту та ситості. Він кодує білок MC4R, зв’язаний з білком G рецептор, який пов'язує α-меланоцитостимулюючий гормон (α-MSH). На мишачих моделях було встановлено, що рецептори MC4 беруть участь у харчовій поведінці, регуляції обміну речовин, статевій поведінці та еректильній функції чоловіків [3]. У тваринних моделях видалення MC4R також призводить до гіперфагії та збільшення жиру в організмі, що в кінцевому підсумку призводить до стеатозу печінки без атерогенної дієти [4].

З перших варіантів в MC4R у людей з ожирінням повідомлялося більше 20 років тому, кілька груп повідомляли про варіанти послідовності в MC4R в різних популяціях. На основі досліджень та спостережень, MC4R варіанти, здається, мають неповну пенетрантність та певний ступінь кодомінності. Особи, які носять патогенні варіанти, мають у 4,5 рази підвищений ризик розвитку ожиріння порівняно з неносіями [5].

Існує значна різниця у частоті варіантів між різними дослідженнями, коливаючись від 0,5 до 8,5% [2, 6]. На сьогоднішній день ідентифіковано понад 200 варіантів, переважно гетерозиготних варіантів домінуючого діючого міссенсу [7]. Гетерозиготні варіанти виявляються також у 2–5% пацієнтів з екстремальним дитячим ожирінням, що робить це найпоширенішою генетичною формою ожиріння у дитячій віковій групі [8, 9]. Гомозиготний MC4R варіанти також виявлені у нащадків із споріднених сімей [9, 10].

У цьому дослідженні проводиться скринінг MC4R була описана послідовність кодування турецьких ожирілих дітей та підлітків, які страждають ожирінням на ранніх стадіях. Цілями цього дослідження було (i) визначити частоту MC4R варіантів у когорті турецьких дітей та підлітків із клінічним ожирінням та (ii) пошук варіантів у промоутерському регіоні MC4R. Крім того, був наданий перелік усіх варіантів, описаних у літературі, які допоможуть інтерпретувати варіанти, знайдені в діагностичній обстановці.

Матеріал і метод

Сто тридцять дев'ять дітей та підлітків (57 дівчаток/82 хлопчики), збільшення ваги яких розпочалося до досягнення 5-річного віку, які були представлені на кафедрі дитячої ендокринології та медичної генетики факультету медицини університету Еге і які мали історію раннього початку ожиріння як мінімум у одного з їхніх родичів першого ступеня були включені в дослідження. Ожиріння визначається як індекс маси тіла (ІМТ) ≥ 95-го перцентиля, і як надзвичайно ожиріння визначається, якщо ІМТ ≥ 120% від 95-го перцентиля або ≥ 35 кг/м 2 [11]. Діти, які мають генетичні синдроми, пов’язані з ожирінням та розумовою відсталістю або приймають наркотики, що сприяють зміні харчової поведінки або ваги, були виключені з дослідження. Область кодування MC4R ген секвенували за допомогою системи секвенування наступного покоління Illumina MiSeq.

Фізичне обстеження випадків проводив досвідчений дитячий ендокринолог і реєструвало у формі даних про пацієнта. Зріст вимірювали як найближчий 0,5 см за допомогою стадіометра. Вагу тіла вимірювали за допомогою електронної шкали, чутливої до найближчих 100 г. ІМТ розраховували як кг/м 2. Вага тіла, зріст та показники ІМТ були розраховані з використанням турецьких національних антропометричних посилань [12]. Значення артеріального тиску вище 95-го процентиля відповідно до віку, статі та зросту приймали як гіпертонічні [13]. Рівні глюкози, інсуліну та ліпідів у сироватці крові, виміряні під час прийому під час ранкового голодування, реєструвались із даних файлу. Оцінка моделі гомеостазу, яка показує інсулінорезистентність, обчислюється за такою формулою: значення інсулінорезистентності (HOMA-IR) = глюкоза в крові натще (мг/дл) × 0,055 × інсулін натще (мМО/мл)/22,5. У систематичному огляді, що включав 8732 дітей та підлітків, значення HOMA-IR, асоційоване з метаболічним синдромом, коливається від 2,30 до 3,54 [14]. Порогове значення 3,16 було обрано відповідно до попередніх досліджень серед дітей та підлітків із ожирінням [15,16,17,18]. Усі учасники отримали письмову інформовану згоду. Це дослідження було схвалено Комітетом з етики університету Еге.

Генетичний аналіз

Молекулярну діагностику ДНК виділяли із зразка крові на 200 мкл за допомогою набору QIAamp DNA Blood Mini QIAcube Kit та приладу QIAcube (QIAGEN, Hilden, Німеччина) відповідно до технічних вимог виробника. Повна послідовність кодування MC4R ген (NM_ * 155541) ампліфікували ПЛР та секвенували на системі Illumina MiSeq за допомогою 300-циклового реагентного набору V2. Виклик бази та вирівнювання послідовності були виконані за допомогою вбудованого програмного забезпечення MISEQ 4 REPORTER.

Праймери, які використовували, були MC4R-F (5′-ATCAATTCAGGGGGACACTG 3 ′) та MC4R-R (5′-GGCCATCAGGAACATGTGGA-3 ′) для MC4R секвенування генів.

Всі варіанти в MC4R ген із частотою менше 0,5% у відкритих базах даних (наприклад, NCBI dbSNP build141 [19], 1000 Genomes Project [20], Exome Aggregation Consortium (ExAC) [21], NHLBI Exome Sequencing Project (ESP) та Exome Variant Сервер [22]). Прогнозування потенційного згубного впливу варіантів на активність білка за допомогою різних алгоритмів було визначено за допомогою декількох інструментів передбачення silico, таких як MutationTaster [23] та SIFT [24]. Варіанти оцінювали VarSome [25], визначали бали еволюційного збереження [24], а варіанти класифікували відповідно до рекомендацій ACMG [26].

Статистичний аналіз

Статистичний аналіз даних проводили за допомогою SPSS 21.0 (Чикаго, Іллінойс, США). Манн-Вітні U-для порівняння числових та категоріальних змінних використовували відповідно тест та тест хі-квадрат. A стор значення

Результати

Середній вік прийому 139 випадків, включених у дослідження, становив 7,3 ± 3,7 року (між 1,3 і 15 роками), середній зріст SDS становив 1,4 ± 1,1, середній ІМТ був 39,2 ± 8,9 кг/м 2, а середній ІМТ ІМТ становив 3,6 ± 0,7 SD. У той час як 118 (85%) випадків були в допубертатному періоді, 21 (15%) випадків були в пубертатному періоді. Вік початку ожиріння в досліджуваній групі становив 3,2 ± 2,1 року. Середня вага при народженні становила 3546 ± 746 г.

У 12 пацієнтів було виявлено сім різних варіантів, давши 8,6% коефіцієнтів виявлення варіантів. З них 5 були ідентифіковані раніше варіанти помилок p.N274S, p.S136F, p.V166I, p.R165W та p.I291SfsX10. Раніше ідентифікований варіант p.N274S був найпоширенішим виявленим варіантом і був виявлений у 4 випадках з різних сімей. Було знайдено два нові варіанти: p.M200del і p.S188L. За допомогою програмного забезпечення для аналізу in silico ці нові варіанти, як прогнозували, викликають хвороби (табл. 1).

Встановлено, що вік початку ожиріння нижчий у випадках варіанта носії (2,2 ± 1,1 проти 4,7 ± 2,9 року, стор = 0,01). Не виявлено статистично значущої різниці між випадками із варіантом та без нього щодо віку, зросту SDS, ІМТ, ІМТ SDS, артеріального тиску, рівня глюкози натще та сироватки крові. Значення HOMA-IR було вищим у групі носіїв варіантів (5,4 ± 1,8 проти 3,9 ± 2,6, стор = 0,04) (таблиця 2). Істотної різниці між групами щодо артеріального тиску та рівня ліпідів у сироватці крові не виявлено.

У варіанті групи-носія середній показник ІМТ ІМС був встановлений як 3,8 ± 1,5 SDS. Хоча інсулінорезистентність була виявлена у 11 (91,6%) випадків, acanthosis nigricans - у 3 (25%), стеатоз печінки - у 5 (41,6%), психічний розлад - у 2 (16,6%) випадках та підвищення рівня ТТГ у 2 (16,6%) випадків. Підвищений артеріальний тиск спостерігався лише в одному випадку. Діабет не виявлено у жодного пацієнта.

Гомозиготний варіант p.I291Sfs * 10, що спричиняє утворення стоп-кодону, що призводить до зміщення рамки, був виявлений у 2-річного пацієнта чоловічої статі (пацієнт 5), і він мав підвищений апетит та збільшення ваги з шостого місяця свого життя. Значення ІМТ ІДС у цьому випадку становило 7,3 SD (важке ожиріння). Було показано, що у матері пацієнта є гетерозиготний варіант (ІМТ матері ІМТ, 1,5 SD), і не вдалося взяти проби у батька. Було вирішено, що варіант є патологічним, оскільки варіант викликав стоп-кодон і мав кореляцію із захворюванням у програмах in silico.

Один пацієнт (пацієнт 12), який госпіталізувався до нас із важким ожирінням, мав варіант p.N274S, а також він мав гепатостеатоз, підвищення тиреотропного гормону (ТТГ) (5,19 мМО/л), систолічну та діастолічну непроменеву гіпертензію та інсулінорезистентність . Під час спостереження через швидкий набір ваги та серйозний депресивний розлад операцію з резекції шлунка зробили у 16 років (175 кг + 5,64 SDS; 194 см + 3,15 SDS; ІМТ, 46,5 + 3,76 SDS). У таблиці 1 наведено клінічні дані, супутні захворювання та генетичні характеристики випадків MC4R генні варіанти.

Обговорення

Бекерс С та співавт. [33] повідомили про частоту поліморфізму в когорті, що включає 123 дітей з ожирінням та підлітків, як 3,25%, і вони не виявили патогенних MC4R варіант у будь-якому випадку. Однак у їх дослідженні групу вибірки складали лише пацієнти із ожирінням, і це не виявляло жодного ожиріння, що почалося рано. Farooqi та ін. [10] дослідив нуклеотидну послідовність MC4R гена у 500 осіб з важким ожирінням у дитинстві. З них 29 осіб (5,8%) мали патогенні варіанти у MC4R: 23 були гетерозиготними, а 6 - гомозиготними. Причина цих частотних відмінностей у літературі може бути пов’язана з різними критеріями включення досліджень або різним етнічним походженням.

Гомозиготний або складений гетерозиготний MC4R варіанти асоціюються з більш важким ожирінням, ніж гетерозиготна форма, виявляючи кодомінантний спосіб успадкування [34]. Менше 20 випадків гомозигот, MC4R Варіанти повідомляються в літературі. У цьому дослідженні надзвичайне ожиріння одного пацієнта було вторинним у порівнянні з гомозиготним варіантом p.I291Sfs * 10 у MC4R ген. У дослідженні Tunç та співавт. [28], ІМТ ІМС 6-річного індексу, що має гетерозиготну форму того самого варіанта, був наданий як 3.01. З іншого боку, у цьому дослідженні випадок гомозиготного варіанту був 2 роки і страждав ожирінням із ІМТ SDS 7,3 у більш ранньому віці.

У хворих на MC4R варіантів, інсулінорезистентність очікується з перших років життя через гіперфагію та ожиріння, що почалося рано. У цьому дослідженні було виявлено, що 91,6% випадків з MC4R варіант мав інсулінорезистентність, що було доведено лабораторією. Значення HOMA-IR були статистично вищими у випадках із варіантом порівняно з випадками без варіантів. Хоча Tunç та ін. [31] повідомили, що у їх досліджуваній групі не було резистентності до інсуліну, показники інсуліну натще були середніми 22,4 ± 7,5 мМО/л, високими для вікових показників (0–17 мМО/л). Попередні дослідження також повідомляли про наявність інсулінорезистентності у випадках із MC4R варіанти [10, 35]. У 1362 індійських дітей поліморфізм MC4R rs12970134 також пов'язаний із підвищеною резистентністю до інсуліну [36]. У рамках цього варіанту випадків носійства резистентність до інсуліну визначали вже через 2 роки. З цієї причини випадки з MC4R Варіант слід контролювати на предмет резистентності до інсуліну та пов’язаних з ним ускладнень з більш раннього віку.

Існує обмежена кількість досліджень, що показують взаємозв'язок між MC4R і гіпоталамо-гіпофізарно-щитоподібна вісь. У той час як рівні Т4 без сироватки були нормальними у всіх випадках у групі зразків, у двох випадках спостерігалося підвищення ізольованого ТТГ, а показники ТТГ становили від 5,2 до 7,3 мМО/л під час спостереження за випадком із нормальним рівнем аутоантитіл, УЗД та виведення йоду з сечею. Зниження вільного Т4 та явного гіпотиреозу не спостерігалося. У попередньому дослідженні Farooqi S та співавт. [10], ізольоване підвищення рівня ТТГ зафіксовано у 1 з 29 пацієнтів із MC4R варіант. У дослідженні, проведеному Huszar D et al. [37] на нокаутованих мишах MC4R не було виявлено кореляції між молекулою MC4R та віссю щитовидної залози. Велла К.Р. та ін. [38] показали у своєму дослідженні, що миші з дефіцитом нейропептиду-Y та MC4R мали порушення тиреотропін-вивільняючого гормону, ТТГ та пригнічення гормону щитовидної залози в гіпоталамо-гіпофізарних зонах, а також нейропептид-Y та MC4R були необхідні для печінкового метаболізму Т4. Потрібні подальші дослідження щодо впливу молекули MC4R на вісь гіпоталамус-гіпофіз-щитовидна залоза, що також впливає на енергетичний обмін.

Повідомляється про значну кореляцію між ожирінням/надмірною вагою та деякими психічними розладами, особливо розладом уваги та гіперактивністю та депресією. Це припустило, що ці дві умови можуть мати спільні молекулярні шляхи, незважаючи на їх неоднорідність. Однак патогенез цих кореляцій невідомий чітко [39, 40]. Агранат-Мегед А та ін. [40] припустили, що розлад гіперактивності з дефіцитом уваги був статистично достовірно частішим у випадках із варіантом C271R у MC4R ген. У своєму дослідженні Mergen et al. [41] показав біполярний психічний розлад у пацієнтки жіночої статі, яка мала гетерозиготний варіант p.N274S. У поточній серії у пацієнта чоловічої статі 8,5 років анамнез проходив 1 рік спостереження за соціальною ізоляцією через діагноз депресії дитячим та підлітковим психіатром. У одного пацієнта з варіантом p.N274S та патологічним ожирінням також був великий депресивний розлад, і його госпіталізували до психіатричної клініки для підлітків через велику депресію. Чи можуть ці два стани бути вторинними щодо ожиріння, окремими клінічними ознаками чи вторинними щодо варіанта MC4R ген, він ще не був повністю пояснений [42,43,44]. Потрібні подальші дослідження в цій галузі.

Більше того, триває безліч фармакологічних досліджень з лікування ожиріння. Сетмеланотид (MC4R агоніст) лікування в MC4R варіанти носіїв досліджували у рандомізованому, подвійному сліпому, плацебо-контрольованому дослідженні фази Ib. Через 28 днів середня різниця у втраті ваги становила 0,6 кг на тиждень MC4R варіанти носіїв порівняно з групою, яка віднімається від плацебо [45]. Як результат, виявлення пацієнтів з різновидними носіями також може мати важливе значення для можливості лікування в найближчому майбутньому.

На закінчення, MC4R генні варіанти досить поширені при ожирінні серед дітей у турецькій популяції. Необхідно перевірити варіанти в MC4R ген у пацієнтів з важким ожирінням у дитинстві. Справи з MC4R Варіанти слід уважно стежити за ускладненнями ожиріння та супутніми захворюваннями з раннього віку.

Скорочення

Індекс маси тіла

Оцінка моделі гомеостазу - резистентність до інсуліну