CC BY
62
Генетика
Генетика
Сахарный диабет. 2015;18(3):46-50
Полиморфизм гена UBE2E2 и риск развития сахарного диабета 2 типа
Казакова Е.В., Wu Y., Chen M., Wang T., Sun L., Qiao H.
Харбинский медицинский университет, г. Харбин, пров. Хэйлунцзян, Китай U
В последние годы убиквитин-протеасомный путь стал рассматриваться в качестве ключевого механизма белкового обмена. Ученые установили, что данный механизм играет важную роль в синтезе инсулина, имеет огромное значение для ¡З-клеток поджелудочной железы и связан с возникновением инсулино-зависимых заболеваний, наиболее значимым из которых является сахарный диабет 2 типа (СД2), а также такими метаболическими заболеваниями, как ожирение и атеросклероз. Ген UBE2E2 кодирует убиквитин-связанный белок E2E2, который играет важную роль в синтезе и секреции инсулина. Ген UBE2E2 экспрессируется в поджелудочной железе, печени, жировой ткани и в инсулин-секретирующих клетках. Согласно ряду исследований, однонуклеотидные полиморфизмы гена UBE2E2 (rs6780569, rs7612463, rs9812056) связаны с повышенным риском развития СД2 у жителей Японии, Кореи и Китая. Интерес ученых к гену UBE2E2 обусловлен недавними результатами исследований, свидетельствующими о его взаимосвязи с различными заболеваниями.
Ключевые слова: сахарный диабет 2 типа; UBE2E; однонуклеотидный полиморфизм; генетическая предрасположенность
Polymorphism of gene UBE2E2 and the risk of developing T2DM
Kazakova E.V., Wu Y., Chen M., Wang T., Sun L., Qiao H.
Harbin Medical University, Harbin, Heilongjiang, China
College of International Education (Harbin Medical University), Harbin, Heilongjiang, China.
During the past years, the ubiquitin-proteasome pathway has emerged as crucial machinery for protein turnover. It has been identified as an important factor for insulin synthesis. It plays a critical role inside the ft-cell and naturally has been linked with various insulin-related diseases, most notably T2DM, but also with other metabolic diseases and symptoms such as obesity and atherosclerotic plaque. UBE2E2gene encodes an ubiquitin-conjugating enzyme E2E2, which plays an important role in the synthesis and secretion of insulin. UBE2E2 is a protein that is expressed in pancreas, liver and adipose tissue, as well as in an insulin-secreting cell line. Some studies have indicated that SNPs on UBE2E2 (rs6780569, rs7612463, rs9812056) were associated with the risk of T2DMin Japanese, Korean and Chinese populations. UBE2E2 gene is beginning to draw interest from researchers due to its newly discovered relations with various diseases.
Keywords: type 2 diabetes mellitus; UBE2E2; single nucleotide polymorphism; genetic predisposition
DOI: 10.14341/DM2015346-50
В последнее время сахарный диабет 2 типа (СД2) приобретает все большую медицинскую и социальную значимость [1]. Высокие смертность и нетрудоспособность среди больных СД2 сделали это заболевание приоритетной проблемой здравоохранения всех стран мира.
Согласно статистическим данным, в 2011 г. в мире насчитывалось 366 млн больных СД2, при этом к 2030 г. прогнозируется рост числа больных до 552 млн [2]. Данное заболевание является причиной 4,6 млн ежегодных смертей в мире, что составляет 8,2% от общей смертности (International Diabetes Federation, 2011 г.).
Хотя механизм развития СД2 досконально не изучен, многие исследования свидетельствуют о том, что это генетическое заболевание, и его возникновение связано не только с влиянием факторов окружающей среды [3].
Общеизвестно, что отягощенный семейный анамнез — основной фактор риска развития СД2. В кли-
нической практике часто встречаются больные СД2 с отягощенной наследственностью. При наличии СД2 у одного из родителей риск развития данного заболевания на протяжении всей жизни у потомка составляет около 30—40%, у обоих родителей — 70% [4, 5, 6]. Более того, риск возникновения СД2 у лица, брат или сестра которого больны данным заболеванием, возрастает в 2—4 раза по сравнению с нормальной популяцией [7]. Полученные данные способствовали проведению большого количества исследований для выявления генетических факторов риска СД2.
На данный момент преимущественно с помощью полногеномного исследования (GWAS — genome-wide association study) выявлено более 75 генов предрасположенности к СД2 [8, 9]. Большинство первичных исследований данного рода было проведено среди европейцев. Тем не менее, недавно начали появляться исследования риска развития СД2 среди японцев, корейцев и китайцев. Взаимосвязь между риском развития сахарного диабета
5
46
Сахарный диабет
Генетика
и локусом гена иВЕ2Е2 была впервые выявлена в полногеномном исследованиинаселения Японии.
Убиквитин
В последние годы убиквитин-протеасомный путь стал рассматриваться в качестве ключевого механизма белкового обмена. Данный путь участвует в регуляции различных клеточных процессов, таких как пролиферация, дифференцировка, передача сигналов, регуляция транскрипции и ответ на воздействие стрессовых факторов [10, 11].
Убиквитин — небольшой белок, связывающийся ко-валентными связями с другими клеточными белками, что вызывает их деградацию протеасомами [12, 13]. Убиквитинирование считается посттрансляционной модификацией белка, как и фосфорилирование [14, 15]. Процесс убиквитинирования включает в себя последовательное участие трех типов белков: убиквитин-ак-тивирующего белка (Е1), убиквитин-конъюгирующего белка, или белка-переносчика убиквитина (иСВ или Е2) и убиквитинпротеинлигазы (Е3) [16].
Недавние исследования показали, что ингибирова-ние активности протеасом может опосредованно снижать синтез инсулина [12] (Рис.1).
Сахарный диабет. 2015;18(3):46-50
Убиквитин-протеасомная система регулирует мембранные каналы, например активные каналы прямого тока и К-АТФ-азные каналы (I), а также участвует в регуляции транскрипции проинсулина (II), однако эти механизмы досконально не изучены [13]. Более того, убиквитин-протеасомная система входит в состав системы белковой деградации в эндоплазматическом ретикулуме (система ERAD) (III) и разрушает белки неправильной структуры. Убиквитин-протеасомная система также снижает содержание амилоида в ß-клетках поджелудочной железы, который обычно накапливается в островковом аппарате поджелудочной железы у пациентов с СД2 и является следствием депонирования островкового амилоидного полипептида (IV) [14, 15].
Ученые установили, что в панкреатических ß-клетках мышей, характеризующихся патологией секреции инсулина, отмечается снижение активности ряда генов убик-витин-протеасомной системы. Эти данные позволяют предположить, что дефекты данной системы способны нарушать секрецию инсулина [16].
Ген UBE2E2 экспрессируется в поджелудочной железе, печени, жировой ткани и в инсулин-секретирую-щих клетках [9, 17].
Ген UBE2E2 кодирует убиквитин-конъюгирующий белок E2E, который играет важную роль в синтезе и се-
Рис. 1. Роль убиквитин-протеасомной системы в функционировании р-клеток поджелудочной железы.
Insulin mRNA - инсулиновая мРНК; Insuline gene - ген инсулина; ERAD - белковая деградация в эндоплазматическом ретикулуме; Ubiquitin-Proteasome - убиквитин-протеасомы; IAPP - островковый амилоидный полипептид; Insulin granules - гранулы инсулина; VDC-channel - потенциал-зависимый кальциевый канал; KATP-channel - К+-АТФ-азный канал
47 Щз/2015^-
Генетика
Сахарный диабет
Таблица 2
Сахарный диабет. 2015;18(3):46-50
Таблица 1
Варианты сплайсинга гена UBE2E2
Название Идентификационный номер транскрипта Пары нуклеотидных оснований Белок Биотип Кодирующая последовательность по системе CCDS Последовательность по базе RefSeq Маркер
UBE2E2-001 ENST00000396703 2748 201 аа Кодирующий белок CCDS2637 NM 152653 NP_689866 Уровень поддержки транскрипта (TSL):1GENCODE основной
UBE2E2-003 ENST00000425792 1248 201 аа Кодирующий белок CCDS2637 - Уровень поддержки транскрипта (TSL):2GENCODE основной
UBE2E2-004 ENST00000452894 665 164 аа Кодирующий белок - - Кодирующая последовательность CDS 3' незавершенная. Уровень поддержки транскрипта (TSL): 3
UBE2E2-201 ENST00000613545 282 94 аа Кодирующий белок - - Уровень поддержки транскрипта (TSL):5'GENCODE основной
UBE2E2-002 ENST00000335798 1330 92 аа Нонсенс-опосредованная деградация - - Уровень поддержки транскрипта (TSL):1
UBE2E2-005 ENST00000427371 579 89 аа Нонсенс-опосредованная деградация - - Уровень поддержки транскрипта (TSL):3
Экзоны и интроны гена UBE2E2
No. Экзон / Интрон Начало Конец Пусковая фаза Завершающая фаза Длина
5' - обратная транскрипция
1 ENSE00001525976 23,203,293 23,203,464 - - 172
Интрон 1-2 23,203,465 23,208,691 5,227
2 ENSE00001525974 23,208,692 23,208,875 - 2 184
Интрон 2-3 23,208,876 23,217,261 8,386
3 ENSE00001648562 23,217,262 23,217,312 2 2 51
Интрон 3-4 23,217,313 23,499,607 282,295
4 ENSE00001730682 23,499,608 23,499,740 2 0 133
Интрон 4-5 23,499,741 23,532,553 32,813
5 ENSE00003670823 23,532,554 23,532,701 0 1 148
Интрон 5-6 23,532,702 23,589,733 57,032
6 ENSE00001525971 23,589,734 23,591,793 1 - 2,060
3'-прямая транскрипция
креции инсулина. С помощью убиквитин-протеасомной системы происходит выявление белковых субстратов и последующее каталитическое разрушение белков. Данная система осуществляет контроль над качеством белков, транскрипцией генов и функционированием клеток [11].
Функции гена иВЕ2Е2 в в-клетках поджелудочной железы стали изучаться лишь недавно. Вероятно, что многие функции в-клеток находятся в тесной взаимосвязи с убиквитин-протеасомной системой.
Строение гена иВЕ2Е2
Ютига и соавт. (1997 г.) из В-клеток человека выделили ранее неизвестный человеческий белок Е2 (ЛВЕ2Е2)
с уникальной N-терминальной последовательностью. Исследования с применением флуоресцентной гибридизации in situ показали, что ген, ответственный за синтез данного белка, локализуется на хромосоме 3p24.2 [18].
Согласно современным данным, ген UBE2E2 имеет следующую локализацию — хромосома 3: 23,203,020— 23,591,793. Ген UBE2E2 (Homo sapiens) характеризуется
23130314 23965187
SALL4 RPL24P7 LOC100420471 '
UBE2E2-AS1 UBE2E1
UBE2E2-► NKIRAS1
RPL15
Рис. 2. Хромосома 3 - NC_000003.11.
'5
48
Сахарный диабет
Генетика
наличием 17 246 однонуклеотидных полиморфизмов. Ген имеет 6 транскриптов (вариантов сплайсинга). В табл. 1 представлены последовательности экзонов и интронов данного гена.
В табл. 2 представлена информация об экзонах и интро-нах данного гена.
Связь гена UBE2E2 с различными заболеваниями
Интересно, что специфические варианты строения гена UBE2E2 связаны с повышенным риском развития немел-коклеточного рака легкого и СД2 (ге 6780569 и ге 7612463, гу 9812056). А.А. БтИпеу и соавт. показали, что ген UBE2E2 участвует в процессе канцерогенеза (р<0,05). Также было предложено использовать иВЕ2Е2 в качестве одного из биомаркеров метастазов аденокарциномы легких. Наряду с иВЕ2Е2 было выделено 19 маркеров, позволяющих диагностировать немелкоклеточный рак легкого, при этом чувствительность и специфичность методики оценивались более чем в 80% (до 100%) [19].
За последние годы было проведено несколько исследований по оценке взаимосвязи между полиморфизмами иВЕ2Е2 и СД2. В некоторых исследованиях было доказано наличие связи между однонуклеотидными полиморфизмами иВЕ2Е2 (га 6780569, к 7612463, к 9812056) и риском развития СД2 среди японцев и корейцев [20, 21].
ТоБЫтаБа ^&таисЫ и соавт. не выявили статистически значимой взаимосвязи между указанными полиморфизмами гена и СД2 среди европейцев (р>0,05). В данной работе европейская популяция была разделена на исследуемую группу (6980 человек) и контрольную группу (8615 человек). Однако ввиду того, что среди исследуемых европейцев не было выявлено выраженных изменений гена иВЕ2Е2, ученым не удалось полностью исключить вероятность того, что иВЕ2Е2 может быть связан с СД2 у жителей Европы. Причина данного несоответствия в европейской популяции может быть следствием генетической разнородности и неравновесного распределения аллелей вследствие различного географического расселения и генетического происхождения различных представителей популяции [21]. Выявление взаимосвязи не означает, что замещение нуклео-тидов, характерных для специфического полиморфизма, будет оказывать непосредственное влияние на фенотип. Таким образом, вероятно, что некоторые причинные варианты полиморфизма могут присутствовать в каких-либо соседних генах. Ученые также доказали, что наличие полиморфизма ^7612463 в гене иВЕ2Е2 связано с возникновением СД2 у японцев (3622 человека в исследуемой группе, 2356 человек — в контрольной). Более того, полногеномное исследование показало, что при наличии рискового аллеля ^7612463 (СС+СА) отмечалось существенное снижение гомеостаза в оценочной модели в-клеток поджелудочной железы (НОМА-в) по сравнению с клетками без рисковых аллелей (АА). Таким образом, было предположено, что аллель ^7612463 связан со снижением секреции инсулина [21].
Тем не менее, Мтоги ^а!а и соавт., исследуя 14 полиморфизмов гена иВЕ2Е2, включая ^7612463 (724 больных
Сахарный диабет. 2015;18(3):46-50
СД2 и 763 контрольных участника), не выявили ни одного однонуклеотидного полиморфизма, который значимо коррелировал с риском развития СД2 у японцев (p=0,207). Данное различие по сравнению с предшествующими исследованиями было объяснено недостаточной мощностью исследования [22].
В недавно опубликованном исследовании Alharbi K. и соавт. (2014 г.) не было обнаружено значимой взаимосвязи между полиморфизмом rs7612463 и риском развития СД2 в популяции из Саудовской Аравии (376 человек в исследуемой группе, 380 контрольных участников) [23].
Мы также провели исследование типа случай-контроль для оценки роли однонуклеотидных полиморфизмов гена UBE2E2 на риск возникновения СД2 среди населения Хань на северо-востоке Китая. В исследование были включены 1957 испытуемых, включая 964 больных СД2 и 993 испытуемых контрольной группы. Мы показали, что генотип AC был связан с повышенным риском увеличения общего содержания холестерина (p=0,031) и триглицеридов (p=0,039). Полученные результаты свидетельствуют о том, что полиморфизм rs7612463 связан с СД2, при этом наличие гомозиготного генотипа AA снижает риск возникновения заболевания в китайской популяции. Кроме того, гетерозиготный генотип может снижать риск развития СД2, обусловленного инсулинорезистентностью[24].
На сегодняшний день проведено несколько исследований для оценки взаимосвязи между генетическими изменениями и гестационным сахарным диабетом (ГСД). Kim J. и соавт. представили результаты изучения связи между вариантами гена UBE2E2 (полиморфизмы rs6780569 и rs7612463) и риском развития ГСД у жительниц Кореи (1104 женщины в исследуемой группе, 967 в контрольной) [25]. Несмотря на имеющиеся доказательства того, что убиквитин-про-теасомный путь контролирует инсулиновые сигнальные пути, ученые обнаружили, что полиморфизмы гена UBE2E2 не оказывали влияния на клетки HOMA-B или HOMA-IR и могли приводить только к изменению концентрации глюкозы крови натощак. Это может быть следствием патогенетических различий между ГСД и СД2. Тем не менее, для установления причины необходимы дополнительные исследования [26].
Перспективы
Изучение гена UBE2E2 представляет огромный интерес для различных стран. Тем не менее, ученым не всегда удается установить статистически значимую взаимосвязь между однонуклеотидными полиморфизмами и риском развития СД2 (исследования проводились среди японцев, корейцев, китайцев, европейцев и жителей Саудовской Аравии). Противоречивость данных может быть связана с гетерогенностью однонуклеотидных полиморфизмов гена и рядом патогенетических различий сахарного диабета (ГСД и СД2), при этом некоторые варианты полиморфизмов, по всей видимости, могут встречаться в различных участках одного и того же гена или в соседних генах.
Роль убиквитина в передаче инсулиновых сигналов досконально не изучена, поэтому требуются дополнительные
Генетика
Сахарный диабет
Сахарный диабет. 2015;18(3):46-50
исследования для изучения механизмов влияния иВЕ2Е2 и его однонуклеотидных полиморфизмов на риск развития СД2 и атеросклероза.
Информация о финансировании и конфликте интересов
Авторы заявляют об отсутствии явного и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Данное исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (National Natural Science Foundation of China) (81172742 и 81473053) и в рамках проекта 937 (2014 CB542401) Фонда естественных наук провинции Хэйлунцзян (Natural Science Foundation of Heilongjiang Province) (ZD201220).
Спонсоры не участвовали в разработке дизайна исследования, сборе и анализе информации, в публикации и подготовке статьи.
Список литературы
1. Zimmet P, Alberti KGMM, Shaw J. Global and societal implications of the diabetes epidemic. Nature. 2001 ;41 4(6865):782-787. doi: 10.1038/414782a
2. Wild S, Roglic G, Green A, et al. Global Prevalence of Diabetes: Estimates for the year 2000 and projections for 2030. Diabetes care. 2004;27(5):1047-1053. doi: 10.2337/diacare.27.5.104
3. Stumvoll M, Goldstein BJ, van Haeften TW. Type 2 diabetes: principles of pathogenesis and therapy. The Lancet. 2005;365(9467):1333-1346. doi: 10.1016/S0140-6736(05)61032-X
4. Kobberling J, Tillil H. Empirical risk figures for first degree relatives of noninsulin dependent diabetics. The Genetics of Diabetes Mellitus. 1 982; 201-209.
5. Rich SS. Mapping Genes in Diabetes: Genetic Epidemiological Perspective. Diabetes. 1990;39(11):1315-1319. doi: 10.2337/diab.39.11.1315
6. Meigs JB, Cupples LA, Wilson PW. Parental transmission of type 2 diabetes: the Framingham Offspring Study. Diabetes. 2000;49(12):2201-2207. doi: 10.2337/diabetes.49.12.2201
7. Hemminki K, Forsti A, Bermejo JL. Re: "Underlying genetic models of inheritance in established type 2 diabetes associations". American Journal of Epidemiology. 2010;171(10):1153-1154. doi: 10.1093/aje/kwq058
8. Billings LK, Florez JC. The genetics of type 2 diabetes: what have we learned from GWAS? Annals of the New York Academy of Sciences. 2010;1212:59-77. doi: 10.1111/j.1749-6632.2010.05838.x
9. Sanghera DK, Blackett PR. Type 2 Diabetes Genetics: Beyond GWAS. Journal of diabetes & metabolism. 2012;3(198):6948. doi: 10.4172/21556156.1000198
10. Hershko A., Ciechanover A. The ubiquitin system. Annual Review of Biochemistry. 1998;67:425-479. doi: 10.1146/annurev.biochem.67.1.425
11. Weissman AM. Themes and variations on ubiquitylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2001;2(3):169-178. doi: 10.1038/35056563
12. Hicke L. Gettin' down with ubiquitin: turning off cell-surface receptors, transporters and channels. Trends in Cell Biology. 1 999;9(3):1 07-1 1 2. doi: 10.1016/S0962-8924(98)01491-3
13. Strous GJ, Govers R. The ubiquitin-proteasome system and endocytosis. Journal of Cell Science. 1999;112(10):1417-1423.
14. Koepp DM, Harper JW, Elledge SJ. How the cyclin became a cyclin. Cell. 1999;97(4):431-434. doi: 10.1016/S0092-8674(00)80753-9
15. Laney JD, Hochstrasser M. Substrate Targeting in the ubiquitin system. Cell. !999;97(4):427-430. doi: 10.1016/S0092-8674(00)80752-7
16. Löpez-Avalos MD, Duvivier-Kali VF, Xu G, et al. Evidence for a role of the ubiquitin-proteasome pathway in pancreatic islets. Diabetes. 2006;55(5):1223-1231. doi: 10.2337/db05-0450
17. Goldstein G, Scheid M, Hammerling U, et al. Isolation of a polypeptide that has lymphocyte-differentiating properties and is probably represented universally in living cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1975;72(1):11-15. doi: 10.1073/pnas.72.1.11
18. Kimura M, Hattori T, Matsuda Y, et al. cDNA cloning, characterization, and chromosome mapping of UBE2E2 encoding a human ubiquitin-conjugating E2 enzyme. Cytogenetic and Genome Research. 1 997;78(2):1 07-1 1 1. doi: 10.1159/000134639
19. Dmitriev AA, Kashuba VI, Haraldson K, et al. Geneticandepigenetica nalysisofnon-smallcelllungcancerwithNotl-microarrays. Epigenetics. 2012;7(5):502-513. doi: 10.4161/epi.19801
20. Park KS. The search for genetic risk factors of type 2 diabetes mellitus. Diabetes & Metabolism Journal. 2011;35(1):12-22. doi: 10.4093/dmj.2011.35.1.12
21. Yamauchi T, Hara K, Maeda S, et al. A genome-wide association study in the Japanese population identifies susceptibility loci for type 2 diabetes at UBE2E2 and C2CD4A-C2CD4B. Nature genetics. 2010;42(10):864-868. doi: 10.1038/ng.660
22. Iwata M, Maeda S, Kamura Y, et al. Genetic risk score constructed using 14 susceptibility alleles for type 2 diabetes is associated with the early onset of diabetes and may predict the future requirement of insulin injections among Japanese individuals. Diabetes care. 201 2;35(8):1 763-1 770. doi: 10.2337/dc11-2006
23. Alharbi KK, Khan IA, Al-Sheikh YA, et al. Lack of association between UBE2E2 gene polymorphism (rs7612463) and type 2 diabetes mellitus in a Saudi population. Acta Biochimica Polomica. 2013;61(4):769-772.
24. Kazakova EV, Wu YH, Zhou ZY, et al. Association between UBE2E2 variant rs7612463 and type 2 diabetes mellitus in a Chinese Han Population. Acta Biochimica Polomica. 2015;62(2):241-245. doi: 10.18388/abp.2014_936
25. Kim JY, Cheong HS, Park B-L, et al. Putative association between UBE2E2 polymorphisms and the risk of gestational diabetes mellitus. Gynecological Endocrinology. 2013;29(10):904-908. doi: 10.3109/09513590.2013.813465
26. Rome S, Meugnier E, Vidal H. The ubiquitin-proteasome pathway is a new partner for the control of insulin signaling. Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic Care. 2004;7(3):249-254. doi: 10.1097/00075197-200405000-00002
Елена Владимировна Казакова
Yanhui Wu
Meijun Chen
Tongtong Wang
Lulu Sun
Hong Qiao
сотрудник отделения эндокринологии, Вторая больница при Харбинском медицинском университете, Китай
MD, сотрудник отделения эндокринологии, Вторая больница при Харбинском медицинском университете, Китай
MD, сотрудник отделения эндокринологии, Вторая больница при Харбинском медицинском университете, Китай
MD, сотрудник отделения эндокринологии, Вторая больница при Харбинском медицинском университете, Китай
MD, сотрудник отделения эндокринологии, Вторая больница при Харбинском медицинском университете, Китай
MD, PhD, сотрудник отделения эндемических заболеваний, Вторая больница при Харбинском медицинском университете, Китай E-mail: qiaoh0823@sina.com
50
5
