Untersuchung von Varianten in der kodierenden sowie angrenzenden Sequenz von Adipositas-relevanten Genen

Abstract

Im Rahmen von genomweiten Assoziationsstudien (GWAS) wurden bisher 32 Genorte identifiziert, für die eine Assoziation mit Adipositas nachgewiesen werden konnte, darunter MC4R (Melanocortin-4-Rezeptor) und GIPR (gastric inhibitory polypeptide receptor). Der MC4R ist an der hypothalamischen Gewichtsregulation und der GIPR an der Insulinsekretion in Reaktion auf orale Aufnahme glukosehaltiger Nahrung beteiligt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden genetische Varianten (Single-Nukleotid-Polymorphismen (SNPs) und Mutationen) in der kodierenden sowie angrenzenden Sequenz dieser beiden Gene im Hinblick auf folgende Aspekte untersucht: a) auf ihren Einfluss auf das Auftreten von Adipositas sowie möglichen Komorbiditäten, b) auf die Bedeutung positiver Assoziationssignale, c) auf ihre Verbreitung und d) auf mögliche zukünftige Therapieansätze. Für die von uns analysierten SNPs im Bereich des GIPR konnte keine Assoziation mit Adipositas bestätigt werden, jedoch zeigte sich eine Assoziation mit erhöhten HOMA-IR-Werten (Homeostatic Model Assessment of Insulin Resistance). Für den MC4R konnte ein SNP-Haplotyp identifiziert werden, der mit erhöhtem BMI assoziiert ist. Diese Assoziation ist unabhängig von möglichen MC4R-Mutationen im kodierenden Bereich. Zusätzlich konnten wir erste Hinweise auf einen Haplotyp feststellen, der sowohl zwischen übergewichtigen MC4R-Mutationsträgern und Nichtträgern, als auch zwischen Trägern funktionell relevanter und nicht relevanter Mutationen unterscheidet. Dabei wurde der Einfluss von „cryptic relatedness“ deutlich, da eine größere Anzahl an Studienteilnehmern Träger der häufigen europäischen Doppelmutation [p.Tyr35Stop; c.110 C>T] war. Eine zusätzliche Haplotypanalyse bei den Familien der Doppelmutationsträger und unabhängigen Kontroll-Trios ergab, dass ein „Common-Founder-Effekt“ als sehr wahrscheinlich angenommen werden kann. Da MC4R-Nonsense-Mutationen wie die [p.Tyr35Stop; c.110 C>T] in der Regel mit schwerer, frühmanifester Adipositas einhergehen, wurde schließlich die Möglichkeit eines pharmakologischen Therapieansatzes untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Aminoglykosid-vermittelte Überleseeffekt bei MC4R- Nonsense-Mutationen in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren eine (teilweise) Wiederherstellung der Proteinexpression bzw. Rezeptorfunktion bewirkt. In Zukunft sind weitere Analysen, auch im Hinblick auf polygene Effekte notwendig, um die Zusammenhänge bei genetisch bedingter Adipositas zu verstehen und um weitere Diagnosemethoden und Therapieansätze entwickeln zu können.

To date, genome-wide association studies (GWAS) identified 32 genetic loci to be associated with obesity, including MC4R (melanocortin 4 receptor) and GIPR (gastric inhibitory polypeptide receptor). The MC4R plays an important role in the hypothalamic regulation of body weight, and the GIPR is involved in insulin secretion in response to oral glucose uptake. Within the scope of my work, I analyzed genetic variants - single nucleotide polymorphisms (SNPs) and mutations - located in the coding sequences and adjacent regions of MC4R and GIPR with regard to the following aspects: a) their influence on obesity and possible comorbidities, b) the impact of positive association signals, c) their prevalence, and d) possible future treatment approaches. We could not confirm an association between the analyzed SNPs within the GIPR region and obesity. Nevertheless, we detected an association with increased HOMA-IR (homeostatic model assessment of insulin resistance) values. We identified a haplotype of non-coding SNPs near the MC4R to be associated with increased BMI. Possible mutations in the MC4R coding region showed no impact on this association signal. In addition, we found first evidence for a haplotype discriminating between obese mutation carriers and non-carriers, as well as between carriers of functionally relevant and non-relevant mutations. In this context, the influence of “cryptic relatedness” was revealed, since a majority of study participants carried the frequent northern European haplotype [p.Tyr35Stop; c.110 C>T]. An additional haplotype analysis in the families of carriers of the [p.Tyr35Stop; c.110 C>T] mutational haplotype and in independent control trios showed evidence for a common founder effect. Since MC4R nonsense mutations like the [p.Tyr35Stop; c.110 C>T] are, for the most part, associated with severe early onset obesity, we explored possible pharmaceutical treatment approaches. We revealed that the aminoglycoside- mediated read-through of MC4R nonsense mutations induces a (party) restoration of the protein expression and receptor function in vitro, depending on several different factors. For further understanding of genetically determined obesity and for the development of new diagnostics and treatment, additional analyses, including polygenic effects, are necessary.