Risikofaktor Fett welche Rolle spielen die Gene im Fettstoffwechsel?

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1 Risikofaktor Fett welche Rolle spielen die Gene im Fettstoffwechsel? Dipl.Biol. Inka Lindner und Prof. Dr. Frank Döring Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde Abteilung Molekulare Ernährung

2 Quelle: US Department of Energy ( Human Genome Program, U.S. Department of Energy, Primer on Molecular Genetics, Washington, D.C., 1992.

3 Das menschliche Genom Das menschliche Genom besteht aus ca. 3x109 Nukleotidpaaren (3 Milliarden oder ) pro Zellkern, die aneinandergereiht eine DNA-Schnur von 2m ergeben. Das Genom zweier Menschen ist zu etwa 99,9% identisch! Einen Großteil der Unterschiede zwischen Individuen machen Einzelnukleotidpolymorphismen (single nucleotide polymorphisms = SNP, wie snip ausgesprochen) aus. Etwa (3 Millionen) SNPs unterscheiden das Genom zweier Menschen voneinander. Abbildung - US Department of Energy ( Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

4 Das menschliche Genom besteht aus 22 Chromosomen, die jeweils zwei Mal vorhanden sind (ein väterliches und ein mütterliches) und den beiden Geschlechtschromosomen (X und Y). SNPs können daher in verschiedenen Kombinationen bei jedem Menschen vorkommen, man spricht von Allelen: beide Chromosomen tragen die gleiche Form eines SNPs = homozygot, dargestellt durch A/A beide Chromosomen tragen unterschiedliche Formen eines SNPs = heterozygot, dargestellt durch A/B (auch A/a)

5 Welche Rolle spielen SNPs als Faktoren für Gesundheitsrisiken?

6 Der Kandidatengen -Ansatz Aufgrund bestehender Erkenntnisse werden Gene ausgewählt, die für bestimmte Risikofaktoren eine Rolle spielen könnten. Wie zum Beispiel Gene des Fettstoffwechsels für Übergewicht: Lipasen zur Fettverdauung Fettsäuretransporter Fettsäurebindende Proteine Fettsäure-aktivierende Proteine Acyl-CoA bindende Proteine usw.

7 SNP-Auswahl Für die Kandidatengene werden durch Sequenzierung einer kleinen Gruppe von Probanden und Informationen aus frei verfügbaren Datenbanken SNPs ausgewählt, die einen Einfluss auf die Funktion des Gens oder Genproduktes haben könnten. Wie zum Beispiel: ein SNP, der zu einem Aminosäureaustausch im Protein führt ein SNP in einer regulatorischen Region des Gens

8 Kohorten Um den Einfluss eines SNP auf bestimmte Risikofaktoren aufzudecken ist es nötig, eine große Gruppe von Personen zu untersuchen. Dies ermöglicht es, auch schwache Einflüsse eines SNP zu erkennen. MICK EPIC KORA Metabolic Intervention Cohort Kiel >700 Männer aus der Region Kiel European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition es wurden 192 Diabetiker und 384 ausgewählte Kontrollpersonen untersucht Kooperative Gesundheitsforschung in der Region Augsburg 226 Diabetiker, 239 Personen mit gestörter Glucosetoleranz (IGT) und 863 Kontrollen

9 Untersuchungsprinzip Fall-Kontroll-Studie für einen SNP mit den Allelen C und T 100 Kontrollen 10 T/T 30 T/T 100 Fälle 60 C/C 40 C/C 30 C/T 30 C/T C = 150 (75%) T = 50 (25%) C = 110 (55%) T = 90 (45%) Allel T kommt fast doppelt so häufig bei Fällen vor

10 Ergebnisse allgemein Colipase (CLPS) Aminosäure-Austausch (Arg109Cys) IGT, Typ 2 Diabetes Mellitus (T2DM) Fettsäurebindendes Protein 2 (FABP2) Promotor und AS-Austausch T2DM mikrosomales Triglycerid Transferprotein (MTTP) Promotor und AS-Austausch T2DM Prostaglandin E 2 Synthase 2 (PTGES2) AS-Austausch T2DM Lindner et al (2005) Mol Nut Food Res, Li et al (2006) Horm Metab Res, Fisher et al (2006) Horm Metab Res, Rubin et al (2006) J Hum Mut, Helwig et al (2006) Metabolism Clinical and Experimental, Klapper et al (2007) BBRC

11 Wirkungen von Prostaglandin E 2 Broncho- und Vasodilatation Entzündungsreaktionen und -schmerz Prostaglandin E 2 Fieberentstehung Hemmung der Lipolyse im Fettgewebe Hemmung der Glucose-induzierten Insulinsekretion in β-zellen

12 PTGES2 (Prostaglandin E 2 Synthase 2) Phospholipide der Zellmembran Phospholipase A2 Arachidonsäure Cyclooxygenase Prostaglandin H 2 Isomerasen PGE 2 Prostaglandine Quelle: Arachidonic Acid Cascade

13 Der SNP C/T (1371) im PTGES2-Gen führt zu dem Aminosäureaustausch Arg298His Quelle: NCBI Structure Database (Eintrag 1Z9H), Yamada T et al. (2005) J. Mol. Biol. v348, p

14 Ergebnisse der Assoziationsstudien EPIC + KORA Nitz et al. (2007): Association of Prostaglandin E Synthase 2 (PTGES2) Arg298His Polymorphism with Type 2 Diabetes in two German Study Populations. J Clin Endocrinol Metab. 92(8):

15 Ergebnisse der Assoziationsstudien - MICK Arg/Arg Arg/His + His/His p Subjects [n] Age [years] a) (0.252) (0.362) BMI [kg*m -2 ] a.d) (0.192) (0.261) Waist circumference [cm] a,d) (0.54) 99.1 (0.77) Fasting Insulin [µu*ml -1 ] b,e,f) 13.0 ( ) 11.8 ( ) 0.023* ppinsulin AUC ogtt [µu*h*ml -1 ] b,e) 81.2 ( ) 77.2 ( ) 0.023* HOMA IR [µu*ml -1 *mmol*l -1 ] b,e) ( ) ( ) 0.041* HOMA BCF [µu*l*mmol -1 *ml -1 ] b,e) ( ) ( ) 0.019* Lindner et al. (2007) Prostaglandin E synthase 2 (PTGES2) Arg298His polymorphism and parameters of the metabolic syndrome. Mol. Nutr. Food Res. 51(12):

16 Funktionelle Untersuchung ex vivo - Ansatz Homozygote Arg/Arg (n= 12) und His/His (n=10) Träger + LPS (Lipopolysaccharide) 24h Bestimmung der PGE 2 -Spiegel

17 Ergebnisse BISHER UNVERÖFFENTLICHTE DATEN KÖNNEN AN DIESER STELLE LEIDER NICHT GEZEIGT WERDEN

18 Zusammenfassung und Ausblick Auswahl eines Kandidatengens und funktionell relevanter SNPs PTGES2 Arg298His Untersuchung des SNPs in verschiedenen Kohorten T2DM in EPIC und KORA Insulinspiegel und Insulinresistenz in MICK erste funktionelle Charakterisierung des SNP ex vivo Studie weitergehende Charakterisierung im ernährungsrelevantem Kontext, zum Beispiel durch Interventionsstudien weitergehende Charakterisierung mit molekularbiologischen und biochemischen Methoden

19 Wir danken: Institut für Physiologie und Biochemie der Ernährung Prof. Schrezenmeir, Dr. Rubin, Dr. Helwig Prof. Boeing, Dr. Fisher Prof. Wichmann, Dr. Illig Institut für Klinische Molekularbiologie Prof. Schreiber Institut für Humanernährung - Prof. Müller, Dr. Bosy- Westphal den Mitarbeitern der Abteilung Molekulare Ernährung Die Arbeit wurde gefördert durch das BMBF Projekt: Krankheitsprävention durch Ernährung: Nahrungsfette und Stoffwechsel