CC BY
137
Моногенный сахарный диабет, обусловленный мутацией в гене инсулина (INS)
Ю.В. ТИХОНОВИЧ1*, д.м.н. Е.Е. ПЕТРЯЙКИНА2, И.Г. РЫБКИНА2, И.В. ГАРЯЕВА2, д.м.н. А.Н. ТЮЛЬПАКОВ1
Monogenic diabetes mellitus associated with a mutation in the insulin gene (INS)
YU.V. TIKHONOVICH, E.E. PETRYAIKINA, I.G. RYBKINA, I.V. GARYAEVA, A.N. TYULPAKOV
'ФГБУ «Эндокринологический научный центр» Минздрава РФ; 2Морозовская ДГКБ Департамента здравоохранения Москвы
Дефекты гена инсулина (INS) являются одной из причин возникновения перманентного или (в единичных случаях) тран-зиторного сахарного диабета (СД) у детей первого года жизни. Описаны как аутосомно-доминантные, так и аутосомно-рецессивные мутации в данном гене. Доминантные мутации в нем приводят к возникновению абсолютного дефицита инсулина в результате преждевременного апоптоза панкреатических Р-клеток и развитию симптомокомплекса, клинически идентичного СД 1-го типа. Рецессивные мутации вызывают нарушение биосинтеза инсулина и манифестацию СД в течение первых недель жизни ребенка. Приводим описание первого в России случая манифестации СД у 7-месячной пациентки в результате новой гетерозиготной миссенс-мутации в гене INS.
Ключевые слова: моногенный сахарный диабет, мутации в гене инсулина.
Defects in the insulin gene (INS) are one of the causes responsible for the development of permanent and sometimes transient diabetes mellitus (DM) in the children during the first year of life. Both autosomal dominant and autosomal recessive mutations in the INS gene have been described. Dominant mutations are responsible for the development of absolute insulin deficiency due to precocious apoptosis of pancreatic beta-cells and the formation of the symptomocomplex clinically identical with type 1 diabetes mellitus. Recessive mutations affect insulin biosynthesis and cause DM manifestations within a few first weeks of life of the child. The first case of DM manifestation in a 7-month old girl in Russia is described; it is attributable to a new heterozygous mutation in the insulin gene.
Key words: monogenic diabetes mellitus, mutations in the insulin gene.
Сахарный диабет (СД) у детей 1-го года жизни представлен гетерогенной группой заболеваний, включающей СД 1-го типа (СД1) в результате аутоиммунного поражения поджелудочной железы и ряд моногенных форм, ассоциированных с мутациями в генах, обеспечивающих нормальное развитие и функцию панкреатических ß-клеток.
Для большинства моногенных форм СД характерно изолированное нарушение глюкозостимули-рованной секреции инсулина (мутации в генах KCNJ11, ABCC8, GCK, INS) [1, 2]. В ряде случаев, СД, дебютирующий на первом году жизни ребенка, является частью синдрома, вовлекающего в патологический процесс другие органы и системы (мутации в генах IPF1, EIF2AK3, FOXP3, PTF1A, GLIS3, NEUROD1) [1, 2].
Мутации в гене инсулина занимают второе по частоте место (15—20%) среди причин развития СД у детей первых 6 мес жизни [1—3]. Гораздо реже данные мутации встречаются в возрастной группе 6—12 мес. Впервые мутации в гене инсулина были описаны более 20 лет назад у пациентов с семейной
гиперпроинсулинемией, клинически проявляющейся эпизодическими гипогликемиями, нарушением толерантности к углеводам или СД с легким течением у взрослых пациентов [4, 5]. В 2007 г. J. Stoy и соавт. [6] описали группу пациентов с перманентным неонатальным СД (НСД) в результате гетерозиготных мутаций в гене INS, нарушающих конформацию и секрецию молекулы проинсулина и приводящих к преждевременному апоптозу панкреатических ß-клеток.
В настоящее время мутации в гене инсулина описаны у пациентов с перманентным и транзитор-ным НСД, СД у детей раннего возраста, СД типа MODY и рано диагностированным СД 2-го типа [2, 7—10]. Разный возраст манифестации заболевания при идентичной мутации в гене INS авторы связывают с индивидуальной скоростью ß-клеточного апоптоза и частичной способностью панкреатических ß-клеток к регенерации [8].
До настоящего времени в отечественной литературе не описаны случаи СД, связанные с мутациями в гене INS. В данном сообщении мы приводим кли-
© Коллектив авторов, 2013 ПРОБЛЕМЫ ЭНДОКРИНОЛОГИИ, 2, 2013
*e-mail: yuliatihonovich@mail.ru
нический случай инсулинзависимого неиммунного СД, обусловленного гетерозиготной мутацией в гене INS, у девочки в возрасте 7 мес.
Клинический случай. Пациентка Т. от здоровых родителей, физиологической беременности, срочных, самостоятельных родов. Наследственность по СД не отягощена. Масса тела при рождении 3000 г (SDS: -1,06), длина тела 50 см (SDS: 0,06). В возрасте 7 мес у ребенка появились жажда, полиурия, снижение аппетита, выраженная вялость, потеря массы тела, запах ацетона в выдыхаемом воздухе. В связи с ухудшающимся состоянием девочка была госпитализирована в отделение реанимации МДГКБ. При поступлении: масса тела — 8600 г, рост — 68 см (SDS роста: +0,22), ИМТ 18,6 кг/м2 (SDS ИМТ: 0,69). Отмечались выраженная сухость кожных покровов, снижение тургора тканей, патологическое дыхание по типу Куссмауля с частотой до 60 в минуту, тахикардия до 167 уд/мин. Уровень сознания — сопор. Выявлены метаболический ацидоз: рН крови — 6,84 (норма 7,36—7,42), ВЕ— (-29,3); гипергликемия — 39—41 ммоль/л, кетонемия 5 ммоль/л. В ходе комплексных реанимационных мероприятий кетоаци-доз был купирован. На фоне назначения инсулино-терапии по интенсифицированной схеме (актра-пид, протафан) в дозе 1,3 ед/кг/сут была достигнута субкомпенсация углеводного обмена. В ходе дальнейшего обследования были выявлены низкий уровень С-пептида (0,04 пмоль/л; норма 100—1010), отсутствие повышения титра аутоантител к инсулину, ß-клеткам, GAD; HLA — низкий генетический риск развития СД1.
Учитывая ранний возраст ребенка и неиммунный характер заболевания, пациентке было проведено молекулярно-генетическое исследование гена INS. В результате ПЦР и последующего секвениро-вания экзонов 2 и 3 гена выявлена миссенс-мутация — трансверсия c. 89T>G (референсная последовательность GenBank J00265.1) в экзоне 2, что приводило к замене кодона лейцина на аргинин в положении 30 (p.L30R). Данная мутация описывается впервые. У родителей ребенка изменений в гене INS выявлено не было, что указывает на возникновение мутации de novo.
Обсуждение
Биосинтез инсулина осуществляется в ß-клетках поджелудочной железы из высокомолекулярных предшественников: препроинсулина и проинсули-на. Синтез препроинсулина происходит на полирибосомах шероховатого эндоплазматического рети-кулума (ШЭР). Молекула препроинсулина состоит из 110 аминокислотных остатков с молекулярной массой 11 500 Да. После отщепления сигнального пептида, состоящего из 24 аминокислот, молекула препроинсулина преобразуется в молекулу проин-
сулина, включающую 86 аминокислотных остатков с молекулярной массой 9000 Да. Молекула проин-сулина состоит из С-пептида и А- и В-цепей, соединенных двумя парами оснований: аргинин-аргинин и аргинин-лизин. В дальнейшем происходит процесс спонтанной укладки полипептидной цепи про-инсулина в уникальную третичную структуру, поддерживаемую двумя дисульфидными связями между А- и В-цепями и внутренней дисульфидной связью в А-цепи в положении А6—А11. Образование третичной структуры проинсулина является обязательным условием его транспортировки через цистер-ные пространства эндоплазматического ретикулума (ЭР) к комплексу Гольджи, где происходит его «упаковка» в секреторные гранулы.
В комплексе Гольджи происходит завершающий этап синтеза зрелого инсулина путем отщепления С-пептида (полипептидной цепи, включающей 31 аминокислоту) под влиянием группы кальцийза-висимых эндопротеаз. После этого образуются кристаллы активного инсулина, имеющего в своем составе 51 аминокислотный остаток, и состоящего из двух полипептидных цепей (А и В), соединенных дисульфидными связями. Инсулин и С-пептид хранятся в зрелых секреторных гранулах и выделяются в эквимолярных количествах в ответ на повышение уровня гликемии.
Нуклеотидная последовательность гена INS впервые была расшифрована G. Bell и соавт. [12] в 1980 г. Ген INS картирован на коротком плече хромосомы 11p15.5 и состоит из 3 экзонов (экзон 1 — некодирующий) и двух интронов. Второй экзон кодирует сигнальный пептид, В-цепь и часть С-пептида; третий экзон кодирует остаток С-пептида и А-цепь.
Большинство описанных мутаций в гене INS относятся к миссенс-мутациям, в единичных случаях встречаются делеция гена или образование стоп-кодона [13].
Впервые гетерозиготные миссенс-мутации в кодирующем регионе гена INS были описаны J. Stoy и соавт. [6] в 2007 г. Эти мутации наследовались по ауто-сомно-доминантному типу и вызывали развитие инсулинзависимого перманентного НСД (средний возраст манифестации — 9 нед) в результате кон-формационных изменений молекулы проинсулина, что приводило к накоплению неактивного белка с измененными свойствами, развитию стресса ЭР и преждевременному апоптозу ß-клеток.
В 2010 г. I. Garin и соавт. [10] описали принципиально новый механизм развития СД у детей первых 6 мес жизни в результате гомозиготных и компаунд-гетерозиготных мутаций в гене INS. Данный тип мутаций вызывал нарушение биосинтеза инсулина различными механизмами, включая делецию гена, потерю инициирующего сигнала трансляции, и повреждение стабильности мРНК. В отличие от
Рис. 1. Схематическое строение молекулы инсулина с указанием локализации мутации L30R.
пациентов с гетерозиготными мутациями, у части пациентов с гомозиготными и компаунд-гетерозиготными мутациями в гене инсулина отмечалось транзиторное течение НСД.
Клинические проявления СД, ассоциированного с мутациями в гене INS, во многом зависят от локализации мутации. Большинство гомозиготных и компаунд-гетерозиготных мутаций в этом гене расположены в зоне промотора и сигнальном пептиде. Они нарушают биосинтез инсулина и ассоциированы как с перманентным, так и с транзиторным НСД.
По сравнению с гетерозиготными мутациями в гене INS, манифестирующими в среднем на 9-й неделе жизни, для пациентов с гомозиготными и компаунд-гетерозиготными мутациями характерны раннее начало заболевания (1—24-й день жизни) и низкие массо-ростовые показатели при рождении, свидетельствующие о внутриутробном дефиците инсулина.
Гетерозиготная миссенс-мутация L30R, выявленная у нашей пациентки, находится в критическом регионе В-цепи, в районе образования В7—А7 дисульфидной связи (рис. 1, 2). Данная мутация ранее не была описана, однако известны две миссенс-мутации L30P и L30V, затрагивающие тот же кодон и ассоциированные с перманентным НСД [11].
Гетерозиготные мутации, расположенные подобно мутации L30R в районах формирования дисульфидных связей, а также в районе соединения С-пептида и А-цепи, нарушают пространственную структуру молекулы проинсулина и являются причиной развития перманентного СД у детей первых 6 мес (реже первого года) жизни. Пациенты не испытывают внутриутробного дефицита инсулина и рождаются с нормальным весом и ростом. СД в подобной ситуации дебютирует
Рис. 2. Фрагмент последовательности экзона 2 гена INS у пациентки T.
Гетерозиготная трансверсия c. 89T>G, приводящая к замене кодона лейцина (CTG) на кодон аргинина (CGG) в положении 30 (c.89T>G p.L30R).
выраженной кетотической гипергликемией в отсутствие маркеров аутоиммунного поражения поджелудочной железы и характеризуется значительной потребностью в инсулине. Базальный уровень С-пептида и инсулина в большинстве случаев СД, обусловленного мутациями в гене INS, как правило, значительно снижен, что мы и наблюдали у нашей пациентки. В то же время описаны пациенты с нормальным уровнем инсулина в начале заболевания при отсутствии инсу-линорезистентности с последующим снижением уровня гормона до неопределяемых значений [11].
Заключение
Таким образом, на примере нашего клинического случая мы продемонстрировали особенности течения СД у пациентов с гетерозиготными мутациями в гене INS. Полученные данные подчеркивают необходимость проведения молекулярно-генетиче-
ского анализа у пациентов с неиммунными формами СД, манифестировавшего в течение 1-го года жизни. Генетическая верификация диагноза в данном случае необходима для прогнозирования дальнейшего течения заболевания, выбора оптимальной тактики ведения пациентов и проведения медико-генетического консультирования по вопросам дальнейшего планирования семьи.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Ю.В. Тихонович, И.Г. Рыбкина, Е.Е. Петряйкина, А.Н. Тюль-паков
Сбор и обработка материала — Ю.В. Тихонович, И.Г. Рыбкина, И.В. Гаряева
Написание текста — Ю.В. Тихонович Редактирование — ЕЕ. Петряйкина, И.Г. Рыбкина, А.Н. Тюльпаков
Конфликт интересов и финансовая заинтересованность авторов отсутствуют.
ЛИТЕРАТУРА
1. Aguilar-Bryan L, Bryan J. Neonatal diabetes mellitus. Endocrin Rev 2008; 29: 3: 265—291.
2. Rubio-Cabezas O., Klupa T., MaleckiM.T. Permanent neonatal diabetes mellitus — the importance of diabetes differential diagnosis in neonates in infants. Eur J Clin Invest 2011; 41: 3: 323—333.
3. Rubio-Cabezas O., Flanagan S.E., Damhuis A., Hattersley A.T., Ellard S. Monogenic diabetes in infants: time to extend genetic testing beyond the first 6 months of life? Pediatr Diabet 2010; 11: Suppl 14: 17—34.
4. Gabbay K.H., DeLuca K., Fisher J.N., Mako M.E., Rubenstein A.H. Familial hyperproinsulinemia. An autosomal dominant defect. N Engl J Med 1976; 294: 911—915.
5. Barbetti F., Raben N., Kadowaki T., Cama A., Accili D., Gabbay K.H., Merenich J.A., Taylor S.I., Roth J. Two unrelated patients with familial hyperproinsulinemia due to a mutation substituting histidine for arginine at position 65 in the proinsulin molecule: identification of the mutation by direct sequencing of genomic DNA amplified by polymerase chain reaction. J Clin Endocrinol Metabol 1990; 71: 164—169.
6. Stoy J., Edghill E.L., Flanagan S.E., Ye H., Paz V.P., Pluzhnikov A., Below J.E., Hayes M.G., Cox N.J., Lipkind G.M., Lipton R.B., Greeley S.A., Patch A.M., Ellard S., Steiner D.F., Hattersley A.T., Philipson L.H., Bell G.I. Neonatal Diabetes International Collaborative Group. Insulin gene mutations as a cause of permanent neonatal diabetes. Proc Natl Acad Sci USA 2007; 104: 15040— 15044.
7. Edghill E.L., Flanagan S.E., Patch A.M., Boustred C., Parrish A., Shields B., Shepherd M.H., Hussain K., Kapoor R.R., Malecki M., MacDonald M.J., St0y J., Steiner D.F., Philipson L.H., Bell G.I., Neonatal Diabetes International Collaborative Group, Hattersley A. T., Ellard S. Insulin mutation screening in 1,044 patients with diabetes: mutations in the INS gene are a common cause of neonatal diabetes but a rare cause of diabetes diagnosed in childhood or adulthood. Diabetes 2008; 57: 1034—1042.
8. Bonfanti R., Colombo C., Nocerino V., Massa O., Lampasona V., Iafusco D., Viscardi M., Chiumello G., Meschi F., Barbetti F. Insulin
Gene Mutations as Cause of Diabetes in Children Negative for Five Type 1 Diabetes Autoantibodies. Diabetes Care 2009; 32: 1: 123—125.
9. Molven A., Ringdal M., Nordb0 A.M., Raeder H., St0y J., Lipkind G.M., Steiner D.F., Philipson L.H., Bergmann I., Aarskog D., Und-lien D.E., Joner G., S0vik O., Norwegian Childhood Diabetes Study Group, Bell G.I., Nj0lstad P.R. Mutations in the insulin gene can cause MODY and autoantibody-negative type 1 diabetes. Diabetes 2008; 57: 1131 — 1135.
10. Garin I., EdghillE.L., Akerman I., Rubio-Cabezas O., Rica I., Locke J.M., Maestro M.A., Alshaikh A., Bundak R., del Castillo G., Deeb A., Deiss D., Fernandez J.M., Godbole K., Hussain K., O'Connell M., Klupa T., Kolouskova S., Mohsin F., Perlman K., Sumnik Z., Rial J.M., Ugarte E., Vasanthi T., Neonatal Diabetes International Group, Johnstone K., Flanagan S.E., Martínez R., Castaño C., Patch A.M., Fernández-Rebollo E., Raile K., Morgan N., Harries L.W., Castaño L., Ellard S., Ferrer J., Perez de Nanclares G., Hattersley A. T. Recessive mutations in the INS gene result in neonatal diabetes through reduced insulin biosynthesis. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 7: 3105—3110.
11. Colombo C., Porzio O., Liu M., Massa O., Vasta M., Salardi S., Beccaria L., Monciotti C., Toni S., Pedersen O., Hansen T., Federici L., Pesavento R., Cadario F., Federici G., Ghirri P., Arvan P., Iafusco D., Barbetti F., Early Onset Diabetes Study Group of the Italian Society of Pediatric Endocrinology and Diabetes (SIEDP). Seven mutations in the human insulin gene linked to permanent neonatal/infancy-onset diabetes mellitus. J Clin Invest 2008; 118: 6: 2148—2156.
12. Bell G.I., Pictet R.L., Rutter W.J., Cordell B., Tischer E., Goodman H.M. Sequence of the human insulin gene. Nature 1980; 284: 26—32.
13. St0y J., Steiner D.F., Park S.Y., Ye H., Philipson L.H., Bell G.I. Clinical and molecular genetics of neonatal diabetes due to mutations in the insulin gene. Rev Endocrinol Metabol Dis 2010; 11: 3: 205—215.
