Autentificare

Dacă ești abonat medichub.ro, autentificarea se face cu adresa de E-mail și parola pe care le utilizezi pentru a intra în platformă.
Abonează-te la „Viața medicală” ca să ai acces la întreg conținutul săptămânalului adresat profesioniștilor din Sănătate!
#DinRecunostinta

Căutare:

Căutare:

Acasă  »  EDUCAȚIE  »  Ars Medici

Genomica diabetului zaharat tip 1 – soluţia predicţiei şi prevenţiei eficace a bolii

Viața Medicală
Prof. dr. Mircea COVIC vineri, 14 septembrie 2012

Boală cronică multifactorială cu prevalenţă crescută şi complicaţii redutabile, diabetul zaharat de tip 1 constituie o serioasă problemă de sănătate publică. În consecinţă, predicţia şi prevenirea sa reprezintă o prioritate importantă. Ce rol are predispoziţia genetică în producerea DZ 1? Despre acesta, dar şi despre screeningul genetic al persoanelor vulnerabile la DZ 1, pe larg, în articolul semnat de dl prof. dr. Mircea Covic în cadrul rubricii Medicina genomică.

 

   Diabetul zaharat de tip 1 (DZ1) este o boală cronică, cu etiologie multifactorială, produsă prin distrugerea autoimună a celulelor beta (din insulele Langerhans ale pancreasului), producătoare de insulină, care determină deficienţă de insulină şi hiperglicemie (5). Prevalenţa crescută a DZ1 în întreaga lume (aproximativ 1 la 300 persoane în SUA) (1) şi complicaţiile sale pe termen lung (cetoacidoză, insuficienţă renală, boală cardiacă, accidente vasculare, neuropatie, cecitate) fac din DZ1 o serioasă problemă de sănătate publică şi o cauză majoră de dizabilitate şi de scurtare a duratei de viaţă (4).
   Deoarece „în momentul apariţiei primelor manifestări clinice, masa de celule beta a fost aproape complet distrusă, predicţia şi prevenirea DZ1 reprezintă o prioritate importantă“ (4). Realizarea acestui deziderat major necesită însă elucidarea cauzelor şi mecanismelor de producere a bolii. Se ştie cu certitudine că autoimunitatea este mecanismul efector principal în DZ1 şi că boala apare numai la anumite persoane, cu o susceptibilitate genetică la autoimunitate, sub acţiunea unor factori de mediu declanşatori (cel mai frecvent enterovirusuri, în special virusul Coxsackie B4)1 (1, 5). În aceste condiţii, identificarea genelor de susceptibilitate (de risc) şi a acţiunii lor este baza predicţiei, iar eficienţa prevenţiei DZ1 implică detecţia markerilor moleculari ce caracterizează primele evenimente patogenice, care au loc înainte de apariţia simptomelor clinice.
   Rolul major al predispoziţiei genetice în producerea DZ1 a fost demonstrat de concordanţa mare la gemenii monozigoţi, cu aceeaşi ereditate (66% până la vârsta de 40 ani) şi de agregarea familială crescută (riscul relativ2 la fraţi: ls = 15) – valori care sunt printre cele mai mari dintre toate bolile comune, demonstrând rolul determinant al eredităţii (2, 4). Totuşi, factorii de mediu sunt importanţi pentru declanşarea DZ1 la indivizii susceptibili; mai mult, studiile epidemiologice au evidenţiat, în multe ţări, o creştere a incidenţei DZ1 în ultimele două-trei decenii (5,3% pe an, în SUA), explicată prin modificarea tipului şi/sau agresivităţii factorilor de mediu (2). În acest context, identificarea factorilor cauzali – genetici şi ecologici – precum şi elucidarea mecanismelor patogenice rămân cruciale, atât pentru predicţie şi pre­venţie, cât şi pentru identificarea unor noi ţinte terapeutice.
   Natura autoimună a DZ1 este recunoscută de câteva decenii. Se ştie că această afecţiune autoimună esteadaptativă sau antigen-specifică, faţă de celulele beta care produc insulină (autoantigen), şi este mediată celular, implicând activarea limfo­citelor T care infiltrează insulele Langerhans. Fără a intra în detalii, accesibile în diferite manuale sau articole de sinteză (5), vom preciza doar câteva elemente necesare înţelegerii acţiunii genelor de susceptibilitate.
   Toleranţa imunologică naturală este procesul prin care sistemul imun nu atacă antigenele proprii („self“). Pentru limfocitele T, acest proces se realizează în special în timus („toleranţă centrală“), în cursul dezvoltării sistemului imun, unde celulele T sunt expuse la antigenele proprii exprimate în timus3 (de exemplu, insulina timică) şi/sau importate din circulaţie. Limfocitele „naive“ (în curs de maturare), care, prin receptorii TCR („T Cell Receptor“) recunosc cu mare afinitate complexele formate între moleculele HLA şi antigenele proprii (v. figura), sunt eliminate prin apoptoză („selecţie negativă“) din repertoriul celulelor T, înainte ca ele să devină celule imunocompetente mature, prevenind astfel autoimunitatea. Dacă prin intervenţia unor „alele de risc“ ale genelor implicate în susceptibilitatea la DZ1 (v. mai jos) se produce o pierdere parţială a semnalizării celulelor T (deci o atenuare a activării TCR de către autoantigene şi/sau inhibiţia unor evenimente „în aval“ de TCR; v. figura) – o parte din limfocitele T (ce nu recunosc insulina ca self) „scapă“ eliminării impuse de mecanismele de toleranţă şi participă la fenomene autoimune (4).
   În aceste condiţii de toleranţă incompletă la self (faţă de antigenele celulelor beta), se pune firesc întrebarea: dacă semnalizarea celulelor T este diminuată (prin acţiunea alelelor de risc), cum pot aceste limfocite să realizeze „atacul autoimun“? În prezenţa inflamaţiei („insulită activă“ – iniţiată de imunitatea înnăscută ca răspuns la agresiunea enterovirusurilor) (5) şi creşterea abundentă a autoantigenelor (prin distrugerea celulelor beta din insulele Langerhans, produsă de infecţia virală) – deficienţa parţială a celulelor T este depăşită prin aceste semnale mai puternice; limfocitele T CD8 citotoxice şi autoreactive (cu specificitate pentru autoantigene) atacă şi distrug celulele beta (v. figura). În plus, se produce o perturbare a semnalizării prin interleukina 2 (IL-2), care compromite funcţia celulelor T re­glatoare – Treg (numite, până nu de mult, şi celule T supresoare), rolul acestora fiind de a reprima imunitatea mediată celular şi, mai ales, de a suprima celulele T autoreactive (care scapă proceselor de selecţie negativă din timus) şi fenomenele autoimune (4).
   În concluzie, o coincidenţă nefericită între creşterea susceptibilităţii la boli autoimune şi acţiunea unui agent declanşator din mediu determină apariţia DZ1 la un individ vulnerabil. Acest mecanism evidenţiază importanţa identificării genelor de susceptibilitate la DZ1, baza fundamentală a predicţiei şi prevenţiei acestei boli multifactoriale.
   Studiul geneticii DZ14 a început în 1970, prin analizele de înlănţuire genică, care au evidenţiat o puternică înlănţuire cu anumite variante ale genelor HLA („Human Leukocyte Antigen“) din complexul major de histocompatibilitate (MHC), de pe cromozomul 6p, care au o contribuţie majoră la susceptibilitatea bolii; ele au continuat cu studiile de asociere caz-control ale unor „gene candidat“, implicate în funcţia celulelor beta şi sistemului imun (4); variantele alelice identificate mai frecvent la bolnavii de DZ1 fiind „variante de risc“ iar cele prezente mai frecvent la sănătoşi – „variante protective“. Astfel, s-au descoperit variante ale altor gene asociate cu riscul la DZ1: INS – ce codifică insulina, PTPN22 – codifică protein-tirozin fosfataza non-receptor tipul 22, CTLA4 – codifică un co-receptor (proteina 4) asociată cu limfocitele T citotoxice, IL2RA – pentru subunitatea alfa a receptorului interleukinei 2; toate aceste variante genice conferă însă un risc mult mai mic la DZ1 comparativ cu variantele HLA. Interesant de semnalat este faptul că variantele de risc ale acestor gene au fost identificate şi în alte boli autoimune, sugerând posibilitatea unor căi şi mecanisme comune.
   După 2007, prin folosirea unor tehnici genomice noi şi performante, s-au realizat (pe cohorte mari de bolnavi şi martori) studii de asociere la nivelul întregului genom (GWAS – „genome wide association studies“), bazate pe ipoteza „boala comună – variantă comună“ – descrise într-un articol anterior (2). Astfel, cunoaşterea geneticii DZ1 a progresat rapid şi semnificativ, fiind identificate peste 50 de regiuni genomice/loci non-HLA (inclusiv cele descrise mai sus) asociate cu un risc crescut la DZ1 (deşi relativ modest) (5). Dintre genele noi identificate până în prezent în aceste regiuni genomice, vom menţiona doar genele IFIH1care codifică proteina 1 indusă de interferon, ce conţine un domeniu de helicază c, şi gena UBASH3A (numită şi STH2) – care codifică o proteină nucleară ce conţine un domeniu SH3 şi este asociată cu ubiquitina. Toate aceste rezultate foarte recente reprezintă un progres important în descifrarea geneticii DZ1; ele demonstrează că DZ1 este o boală poligenică foarte complexă, cu un locus major de susceptibilitate în regiunea HLA şi alţi loci cu efecte mai mici, situaţi înafara HLA; ei explică împreună 2/3 – 3/4 din riscul genetic la DZ1 (4). Cu certitudine, arhitectura alelică a genelor de susceptibilitate va conduce la aplicaţii practice în predicţia bolii, prin stabilirea unor scoruri de risc, precum şi la înţelegerea mai profundă şi mai deplină a patogeniei sale moleculare, care va face posibilă descoperirea unor noi ţinte terapeutice pentru indivizii cu risc la DZ1. În sprijinul acestei aserţiuni, vom prezenta succint rolul celor mai importante gene implicate în susceptibilitate la DZ1.
   Circa 50% din riscul genetic la DZ1 este atribuit  complexului major de histocompatibilitate (MHC) (1), situat într-o mică regiune (de 4 Mb) pe braţul scurt al cromozomului 6 (6p21.3) (numită şi locusul IDDM1 – de la insulin-dependent diabetes mellitus 1); această regiune conţine peste 200 de gene (40% fiind implicate în imunitate), foarte polimorfice (alcătuind un veritabil „buletin de identitate molecular“) şi strâns înlănţuite (1). Cele mai importante pentru susceptibilitatea la DZ1 sunt genele HLA de clasă II (DP, DR şi DQ) şi de clasă I (A, B şi C) – o familie de gene omoloage care codifică proteine de suprafaţă ce prezintă antigenele limfocitelor T (v. figura). Cele mai multe alele de susceptibilitate la DZ1 se află în genele HLA de clasă II DR şi DQ (în special în genele DRB şi DQB ce codifică catenele b) dispuse foarte aproape una de alta (ceea ce face imposibil de „disecat“ rolul lor individual), formând haplotipul DR-DQ. Cel mai mare risc la DZ1 este atribuit haplotipurilor DR3-DQ2 şi DR4-DQ85, care determină scăderea fixării antigenelor, toleranţă ineficientă la self şi inducţia autoimunităţii (4). Cele două haplotipuri prezente împreună (constituind genotipul DR3-DQ2/DR4-DQ8) se găsesc la 30–50% din bolnavii cu DZ1 (comparativ cu 2–3% în populaţia generală); nou-născuţii cu acest genotip au un risc de 55% de a dezvolta DZ1 până la vârsta de 12 ani (5). Spre deosebire de haplotipurile menţionate, unele variante alelice ale genelor HLA de clasă II (de exemplu, DQ6 sau DP4) conferă, dimpotrivă, o protecţie importantă la DZ1. În final, menţionăm că şi unele alele ale genelor HLA de clasă I (în special HLA-B18 sau B39 şi HLA-A1 sau A30) joacă un rol în susceptibilitatea la DZ1, însă mult mai redus comparativ cu genele HLA de clasă II (1).
   Pe locul secund, după genele HLA de clasă II, privind mărimea riscului de DZ1 se plasează genele INS şi PTPN2. Gena INS (sau locusul IDDM2), situată pe cromozomul 11p15.5, codifică peptidul proinsulină; prezintă o variantă alelică care reduce expresia genei INS6 în cursul dezvoltării timusului şi determină astfel toleranţă imună incompletă la insulină (4, 5) şi dezvoltarea autoimunităţii pentru DZ1. O altă variantă a genei INS are însă un efect protector. Se speră că elucidarea mecanismelor acestor procese va conduce la descoperirea unor mijloace terapeutice pentru prevenţia DZ1, prin creşterea expresiei genei în timus.
   Gena PTPN22, localizată pe cromozomul 1p13, codifică proteina LYP – o tirozin-fosfatază specifică limfocitelor – care este un reglator negativ (prin defosforilarea kinazelor) al „cascadei de semnalizare“ ce produce răspunsul imun, declanşată de fixarea antigenului la receptorii limfocitelor T (TCR) (v. figura); LYP joacă, astfel, un rol important în echilibrul dintre toleranţa la self şi atacul imun. O variantă comună a genei (un SNP nesinonim în poziţia 1858) produce o modificare a proteinei LYP (620Arg Æ Trp) care scade puternic semnalizarea iniţiată de receptorii TCR la insulină în cursul dezvoltării timice şi permite celulelor T autoreactive să scape selecţiei negative, favorizând autoimunitatea. Această alelă creşte riscul la DZ1 dar şi la alte boli autoimune, care au, probabil, un mecanism comun. În prezent, se studiază utilizarea unor inhibitori ai LYP ca terapie potenţială a autoimunităţii (4).
   Dintre celelalte gene identificate (prin GWAS) a fi asociate cu DZ1, vom preciza că geneleIL2RA, CTLA4 şi UBASH3A sunt implicate în reglarea funcţiilor limfocitelor T şi că variantele lor asociate cu riscul la DZ1 produc – ca şi alela de risc PTPN22 (menţionată mai sus) – o atenuare a semnalizării TCR la autoantigene, compromiţând toleranţa la self şi favorizând autoimunitatea, în general. O menţiune specială pentru gena IFIH1 (situată în regiunea cromozomială 2p24.4), care codifică o helicază ce induce producţia de interferon; această proteină este un veritabil senzor al infecţiei cu enterovirusuri ARN, în special virusul Coxsackie B4 (VCB). Polimorfismele genei IFIH1 modifică expresia genei şi răspunsul la agenţii virali din mediu, fiind asociate fie cu un risc crescut la DZ1 (în cazul unui alele cu câştig de funcţie şi sinteză crescută a proteinei IFIH1), fie – invers – cu protecţia puternică la DZ1 (în cazul unei alele cu pierdere de funcţie şi deci nivel scăzut al sintezei de IFIH1) (1, 5). Vom sublinia, din nou, că infecţia cu VCB în absenţa predispoziţiei la autoimunitate nu provoacă DZ1, precum şi faptul că VCB nu este singura cauză declanşatoare din mediu.
   Genele/locii asociaţi cu susceptibilitatea la DZ1 confirmaţi până în prezent explică 2/3 – 3/4 din riscul relativ la boală, mult mai mult decât în alte boli comune (4); acest fapt permite utili­zarea practică a unor „scoruri de risc“, care facilitează predicţia genetică a persoanelor vulnerabile (v. mai jos). Există însă şi în cazul DZ1 „o heritabilitate lipsă“ reprezentată de variante genetice necunoscute (care, probabil, fie au efecte foarte mici, fie sunt foarte rare) sau de interacţiuni (efecte epigenetice) între factori de mediu si factori genetici. Identificarea lor va fi posibilă prin utilizarea unor noi tehnologii, inclusiv de secvenţiere a întregului genom (cu metode mai rapide şi cu costuri mici) la sute de bolnavi cu DZ1. Se estimează că în heritabilitatea DZ1 ar putea fi implicate peste 1.000 gene ce codifică proteine şi circa 500 gene ce codifică ARN (3).
   În final, se pune firesc întrebarea: la ce sunt utile, în medicina practică, recentele studii genetice în DZ1? Răspunsul poate fi simplu: identificarea şi studiul acţiunii genelor de susceptibilitate la DZ1 poate contribui decisiv la predicţia şi prevenţia bolii (depistarea precoce va permite prezervarea celulelor beta rămase nealterate), precum şi la elaborarea unor noi ţinte şi strategii terapeutice în stadiul preclinic al bolii şi/sau„personalizarea“ intervenţiilor în funcţie de profilul lor genetic.
   Screeningul genetic al indivizilor vulnerabili la DZ1 se bazează pe anamneza familială şi vizează rudele de gradul I ale bolnavilor (cu risc de 10–15 ori mai mare decât populaţia generală), la care se va determina riscul genetic, în special genotipul DR3/4-DQ2/8 (folosind tehnicile moderne de stabilire a profilului HLA). Recent, The Sanger Center (Marea Britanie) a iniţiat realizarea şi dezvoltarea unui imunocip care evaluează ţintit variantele genelor care s-au dovedit (prin studiile GWA) a fi implicate în multiple boli autoimune (DZ1, tiroidită autoimună, boala celiacă, boala Addison etc.); această abordare genomică „bazată pe boală“ va permite aplicarea unor scoruri de risc, pentru identificarea indivizilor vulnerabili la DZ1 (4, 5).
   La nou-născuţii selectaţi prin screening genetic se vor aplica teste serologice pentru identificarea precoce a indivizilor prediabetici. Biomarkerii serici vizează cele mai precoce evenimente patogenice (înainte de distrugerea completă a celulelor beta): prezenţa şi titrul autoanticorpilor asociaţi cu celulele beta insulare, dozarea peptidului C (prima fază în producerea insulinei) – ambele teste accesibile în practica actuală – sau, mai recent, studiul metabolomului (de exemplu, creşterea lipofosfatidilcolinei care precede apariţia autoanticorpilor) şi a limfocitelor T autoreactive (5). În această „fereastră îngustă de timp“, progresia spre DZ1 poate fi blocată – prin stimularea activă a toleranţei la self (imunizare cu autoantigeni specifici pentru a genera producţia de celule Treg, care suprimă celule T autoreactive), imunoterapie antigen specifică sau nespecifică (vitamina D, acizi graşi omega 3) şi, eventual, restaurarea celulelor beta afectate (prin transplant de insule Langerhans, neogeneză sau regenerare) (5). Toate aceste acţiuni fac obiectul unor programe de studiu (am menţionat anterior programele DAISY şi TEDDY) şi a unor trialuri preventive sau terapeutice precoce care reprezintă nu numai „luminiţa de la capătul tunelului“, ci şi o autentică speranţă.
 
1Alţi factori incriminaţi, dar fără dovezi directe, sunt: flora bacteriană intestinală, albumina din laptele de vacă, glutenul din grâu şi, mai ales, deficienţa în vitamina D (factor important pentru menţinerea toleranţei faţă de propriile celule – self şi protecţia contra autoimunităţii). Cauzele potenţiale din mediu în declanşarea DZ1 sunt studiate în prezent prin programele DAISY(Diabetes and AutoImmunity Study in the Young) şi TEDDY (The Environmental Determinate of Diabetes in Young) la copii din SUA, Europa de Nord şi Germania (5).
2Riscul relativ (ls) este raportul dintre prevalenţa bolii la rudele pacientului şi prevalenţa ei în populaţia generală.
3Factorul de transcripţie AIRE („AutoImmune REgulators“) determină expresia în timus a antigenelor specifice de organ, de exemplu insulina. Mutaţiile genei AIRE determină sindromul APS1 (poliendocrinopatie autoimună de tip 1).
4Ca şi în alte boli comune, există câteva forme monogenice rare de DZ1 – ce asociază şi alte boli autoimune: sindromul APS1, menţionat mai sus, şi sindromul IPEX (dereglare imună, poliendocrinopatie şi enteropatie legată de X).
5Denumirea completă a acestor haplotipuri este DRB1*0301-DQB1*0201 şi DRB1*04-DQB1*0302 (numărul alelei fiind indicat după asterisc). Circa 90% din bolnavii cu DZ1 au cel puţin o copie a acestor haplotipuri, comparativ cu aproximativ 20% în populaţia generală de origine europeană. Frecvenţa mare a alelelor de risc pentru DZ1, o boală gravă, este contrabalansată de eficienţa excepţională a acestor alele faţă de patogeni (4).
6În regiunea promotor a genei INS există o secvenţă cu un număr variabil de repetiţii în tandem (VNTR); alela „scurtă“ (26–63 de repetiţii), ce conferă riscul la DZ1, reduce fixarea factorului de transcripţie AIRE la promotorul genei INS, prin modificări specifice ale histonelor la acest nivel (1, 4); alela „lungă“ (140–230 de repetiţii) are un efect invers şi protejează persoanele la DZ1.

 

Bibliografie

1. Baker PR 2nd, Steck AK. The past, present, and future of genetic associations in type 1 diabetes. Curr Diab Rep. 2011 Oct;11(5):445-53

2. Covic M. Genomica bolilor comune ale adultului. Viaţa medicală nr. 24, 15 iunie 2012

3. Pociot F, Akolkar B, Concannon P, Erlich HA, Julier C, Morahan G, Nierras CR, Todd JA, Rich SS, Nerup J. Genetics of type 1 diabetes: what’s next? Diabetes. 2010 Jul;59(7):1561-71

4. Polychronakos C, Li Q. Understanding type 1 diabetes through genetics: advances and prospects. Nat Rev Genet. 2011 Oct 18;12(11):781-92

5. van Belle TL, Coppieters KT, von Herrath MG. Type 1 diabetes: etiology, immunology, and therapeutic strategies. Physiol Rev. 2011 Jan;91(1):79-118

Abonează-te la Viața Medicală

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața medicală”, săptămânalul profesional, social și cultural al medicilor și asistenților din România!
Avem două tipuri de abonamente anuale:
• Tipărit + digital – 200 de lei
• Digital – 129 lei

Prețul include TVA și taxele poștale de expediere a ziarului.
Titularii abonamentelor pe 12 luni sunt creditați astfel de:
• Colegiul Medicilor Dentiști din România – 5 ore de EMC
• Colegiul Farmaciștilor din România – 10 ore de EFC
• OBBCSSR – 7 ore de formare profesională continuă
• OAMGMAMR – 5 ore de EMC