GENES Y OBESIDAD ES HORA DE COMENZAR SU DIAGNOSTICO? CONGRESO INTERNACIONAL DE QUIMICO FARMACEUTICO BIOLOGO 2010 UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NL, MEXICO

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1 CONGRESO INTERNACIONAL DE QUIMICO FARMACEUTICO BIOLOGO 2010 UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NL, MEXICO GENES Y OBESIDAD ES HORA DE COMENZAR SU DIAGNOSTICO? Dra. Natalia Ulloa M., PhD FACULTAD DE MEDICINA FACULTAD DE FARMACIA UNIVERSIDAD DE CONCEPCION

2 OBESIDAD: DEFINICION La obesidad se define como una enfermedad crónica que se caracteriza por una acumulación anormal o excesiva de grasa Y que se asocia con mayor riesgo de mortalidad y morbilidad.

3 LA OBESIDAD: BALANCE POSITIVO DE LARGO PLAZO, ENTRE INGESTA Y GASTO DE ENERGIA Ingesta energética Depósito de grasas Gasto energético

4 OBESIDAD: ENFERMEDAD COMPLEJA Genes x Genes Genes x Medioambiente Fenotipo Obeso

5 CLASIFICACIONES GENETICAS DE LA OBESIDAD Obesidad Monogénica Obesidad Poligénica u Obesidad Común

6 IDENTIFICACION VARIACIONES GENETICAS ASOCIADAS CON OBESIDAD 150 genes Identificación 6 nuevos loci asociados a obesidad común y de alta prevelencia Muchos Identificación el 1 gen ampliamente asociado a obesidad común ( FTO ) Obesidad Monogénica MC4R / Leptina Identificación de otros genes asociados a obesidades monogénica AÑO

7 OBESIDAD MONOGENICA RUTA SACIEDAD Y GASTO DE ENERGÍA HIPOTALAMO LepR leptin receptor, POMC proopiomelanocortin, amsh (alpha melanin stimulating hor), PC1 proconvertase 1, CPE carboxypeptidase E, MC4R melanocortin-4 receptor..

8 MUTACIONES OBESIDAD MONOGENICA RUTA LEPTINA MELANOCORTINA Clément C.R. Biologies 329, 2006.

9 PREVALENCIA DEFECTOS MONOGENICOS QUE CAUSAN OBESIDAD SEVERA LEP : 0.5% LEPR : 0.5% POMC : 0.8% PCSK1 : 0.4% MC4R : 2 to 5% From S O Rahilly and S Farooqi

10 Homozygous G del codon 133 Nature, 387, pp June 26, q31 cebpα ( 300) * kb 1.9kb Gene= 18kb * cdna= 3.5 kb AAAA Leptin 167 aa Leptin* * 133aa

11 DEFICIENCIA CONGENITA DE LEPTINA

12 RECEPTOR MCR4 29 mutaciones en los 500 sujetos. 3 sin efecto patógeno. Sadaf Farooqi, NEJM, Vol. 348 no. 12.

13 DEFICIENCIA EXTREMA DE LA FUNCIÓN DE MC4R Severa obesidad y altura. Aumento masa grasa, magra y en densidad ósea. Izquierda: Niño 9 años. Mutante homocigoto. Derecha: Hermano de 16 años. Genotipo normal. Clinical Spectrum of Obesity and Mutations in the Melanocortin 4 Receptor Gene. I. Sadaf Farooqi et al.the New England Journal of Medicine. March 20, Vol. 348 no. 12.

14 EVALUACION DE ACTIVIDAD Assay of camp activity stimulated DE MC4R by α-msh 1. Cell culture: Human embryonic kidney (HEK 293) cell line; 2. Transfection of HEK293 cells with MC4R plasmid: - Lipofectamine with Plus reagent; - Transfection with Flag-GFP chimerical wild-type MC4R: Transfección de células HEK 293 con plasmideo conteniendo la información génica de GFP-MC4R α MSH Producción de AMPc

15 EFECTOS FUNCIONALES DE MUTACIONES DE MC4R Functional effects of obesity associated Melanocortin-4 Receptor Mutations Base Change Effect on amino acid sequence Membrane expression Basal Act ivity EC50 for αmsh stimu lation A-307-G Val103 Ile Nle Nle Nle A-751-C Ile251 Leu Nle Nle Nle 47-48insG ami no-acids ins GATT Frames hift at 6th TM A-31-G Thr11Ser Nle Nle C-52-T Arg18Cys Nle Nle C-449 -T Thr150I le Nle A-508-G Ile170Va l Nle C-493 -T Arg165T rp T-7 49-A Leu250G ln Nle Nle/ T-9 02-C Ile301 Thr Vaisse C, UCSF, 2002 NIe = normal C Vaisse, NAASO, 2001

16

17 Alimentos de Alta Densidad Energética - Sedentarismo

18 2007 DIVERSOS GENES CANDIDATOS Ahorro de gasto energético: Hiperfagia: Baja oxidation de lípidos Hiperplasia del tejido adiposo ADRB2, ADRB3, UCP1, UCP2, UCP3 DRD2, HTR2C, LEP, LEPR, MC4R, NR3C1 ACE, ADIPOQ, GNB3, IL6, INS, LDLR, LIPE, RETN, TNFA PPARG, VDR FTO: Fat mass and obesity associated Adapted from Bouchard and Rankinen, 2007

19 FTO: Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol : R1185 FAT MASS AND OBESITY ASSOCIATED (6 variantes SNP)

20 FTO : BMC Biochemistry 2007, 8:23 DEMETILASA DE ACIDOS NUCLEICOS DEPENDIENTE 2-OXOGLUTARATE Superfamilia de no-heme dioxigenasas (dioxygenasas Fe(II)- y 2- oxoglutarato-dependientes).

21 ASOCIACION DE VARIANTE RS S DEL GEN FTO CON SOBREPESO Y OBESIDAD SNP rs en gen FTO, tipificado en 38,759 sujetos de 13 estudios. Frayling TM et al, Science, 2007.

22 SNP rs en el gen FTO Riesgo de Obesidad Type 2 diabetes cases Non-diabetic controls Population-based WTCCC Cases UK T2D Cases UK T2D Genetics Consortium Cases EFSOCH Controls UK T2D Genetics Consortium Controls ALSPAC Mothers NFBC1966 Oxford Biobank Caerphilly EPIC-Norfolk BWHHS InCHIANTI OR alelo A, Obeso vs Normal 1.32 ( ) OR Homocigoto AA 1.67

23 UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN EN CAMPAÑA CONTRA LA OBESIDAD Jorge G onzález Cam arena

24 OBESIDAD GENES Y SUS IMPLICANCIAS METABOLICAS ESTRATEGIA TERRITORIAL INTEGRADA PARA INTERVENIR LA OBESIDAD ESCOLAR

25 EVALUACION DEL ESTADO NUTRICIONAL n = 2918 escolares de 6 a 11 años de edad Obeso 18% Bajo-peso 3% Sobrepeso 22% Normal 57%

26 PORCENTAJE DE GRASA CORPORAL VS PUNTAJE Z IMC 60 P< Porcentaje de Grasa Corporal n = 2918 escolares 50 Obeso Sobrepeso 20 Normopeso 10 Bajo peso 0-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,5 0,0 0,5 IMC Z-score 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

27 Genotipificación del SNP rs del Gen FTO mediante Hight resolution melting EXTRAER DNA GENOMICO DESDE LEUCOCITOS AMPLIFICAR MEDIANTE PCR EN TIEMPO REAL EN UN EQUIPO DE HIGHT RESOLUTION MELTING USANDO EL FLUOROFORO EVA GREEN ANALIZAR CURVAS DE MELTING DIFERENCIALES GENOTIPO ANCESTRAL GENOTIPO HETEROCIGOTO GENOTIPO HOMOCIGOTO

28 CURVAS DE MELTING NORMALIZADAS 100 o r e s c e n c e N o r m a lis e d F lu Asignar valor cero Obtener familias de curvas diferenciales 75,10 75,15 75,20 75,25 75,30 75,35 75,40 75,45 75,50 75,55 75,60 75,65 75,70 75,75 75,80 TEMPERATURA deg.

29 CURVAS DIFERENCIALES 5 ANCESTRAL homocigoto ancestral rocigoto heterocigoto heterocigoto FLOORESCENCIA Normalised minus heter 0-5 HETEROCIGOTO heterocigoto heterocigoto homocigoto heterocigoto homocigoto heterocigoto HOMOCIGOTO heterocigoto ancestral -10 ancestral 75,10 75,15 75,20 75,25 75,30 75,35 75,40 75,45 75,50 75,55 75,60 ancestral 75,65 75,70 75,75 75,80 deg. TEMPERATURA C ancestral

30 PREVALENCIA DEL POLIMORFISMO RS DEL GEN FTO EN 366 ESCOLARES DE HUALPEN. 20% 30% Homocigoto (AA) Heterocigoto (AT) 50% Sin polimorfismo (TT)

31 PREVALENCIA DEL POLIMORFISMO RS DEL GEN FTO ESCOLARES SEGUN ESTADO NUTRICIONAL. Homocigoto Heterocigoto 15% 27% 22% 29% Riesgo Relativo IC: 95% p OR AA 2,08 ( 1,15 3,74) < 0,01 OR AT 1,33 (0,88 2,21) ns Sin polimorfismo 58% 45% Normopeso Obeso

32 Frayling (adultos) Riffo, Ulloa, Asenjo, Aguayo (niños) Prevalencia AA 16% 20% Odd Ratio obesidad de sujeto AA Odd Ratio obesidad de sujeto TA 1,67 2,08 1,32 1,33 Etnia Caucásica 90% (Amerindio)

33 ASPECTOS ANTROPOMETRICOS SEGUN POLIMORFISMO DEL GEN FTO, EN ESCOLARES Valores relativ vos a polimorfismo an ncestral 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 Ancestral Heterocigoto Homocigoto 0,2 BMIz Cintura Porcentaje grasa

34 OBESIDAD GENES Y SUS IMPLICANCIAS METABOLICAS

35 OBESIDAD SE ASOCIA CON RESISTENCIA A LA INSULINA Valor Relativo a Géner ro Femenino Normopeso o Indicadores Asociados a Resistencia a la Insulina ** ** 2,25 **** **** **** **** **** **** 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 Insulina HOMA TG/HDL Fem Normopeso Fem Obesa Masc Normopeso Masc Obeso

36 INDICADORES ASOCIADOS A RESISTENCIA A LA INSULINA SEGUN ESTADO NUTRICIONAL Y POLIMORFISMO DEL GEN FTO. Concentración relativa a escolares normo pe eso sin SNP 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Normopeso sin mutación Obeso sin mutación * Obeso homocigoto *** *** *** * *** ** C-HDL Triglicéridos HOMA-IR TG/C-HDL Adiponectina

37 Conclusiones En población chilena el polimorfismo rs rs del gen FTO tiene una prevalencia de un 20% a la forma homocigota y 30 % a la forma heterocigota. Los niños homocigotos para el SNP FTO tienen un porcentaje de grasa corporal 10% superior comparado con los portadores de la forma ancestral del gen. La asociación obesidad con polimorfismo del gen FTO aumenta la resistencia a la insulina

38 CUALES SON LOS MECANISMOS MEDIANTE LOS CUALES EL POLIMORFISMO FTO SE ASOCIA A OBESIDAD?

39 FTO PARTICIPARÍA EN EL CONTROL CENTRAL DEL APETITO ASÍ COMO TAMBIEN, TENDRIA UN ROL EN LOS TEJIDOS PERIFERICOS

40 SNC: EL FTO ES SOBRE-EXPRESADO EN EL HIPOTALAMO POR DEPRIVACION DE ALIMENTOS EN MODELO MURINO (+41%)

41 EFECTO DE LA MANIPULACION DE LA EXPRESIO HIPOTALAMICA DEL GEN FTO EN MODELO MURINO PLoS ONE January 2010 Volume 5 Issue 1 e8771

42 SNP RS DEL GEN FTO SE ASOCIA CON INCREMENTO DE INGESTA DE ALIMENTOS EN NIÑOS ** ** N = TT TA AA International Journal of Obesity (2009) 33, 42 45;

43 Meta-análisis de datos GWAS (Genoma Wide association studies) de un total de 32,387 sujetos de ancestro Europeo. Se incluyeron 15 estudios que analizaban entre 1,094 a 5,433 individuos.

44 IDENTIFICACION DE NUEVOS LOCUS ASOCIADOS CON OBESIDAD Y CONFIRMACION DE LOCUS PREVIAMENTE COMUNICADOS Nat Genet January ; 41(1):

45 LOCUS ASOCIADOS CON OBESIDAD Y SU EFECTO SOBRE EL INDICE DE MASA CORPORAL SNP Gen Cromosona Frecuencia de efecto del alelo % Cambio IMC por allelo (kg/m2) Rs FTO ,33 rs TMEM ,26 rs MC4R ,2 rs GNPDA ,19 rs SH2B ,15 rs MTCH ,07 rs KCTD ,06 rs NEGR ,1 Nat Genet January ; 41(1):

46 EFECTO ADITIVO DE ALELOS (INTERACCION: GEN X GEN) + 5 Kg (1,60 m) Nat Genet January ; 41(1):

47 INTERACCION GEN X MEDIOAMBIENTE IMPACTO ACTIVIDAD FISICA EN BMI, SEGUN GENOTIPO FTO Difference in BMI (kg/m 2 ) AT vs TT AA vs TT Physically passive Light or medium active Hard or very hard active N= 4,861 non-diabetic adults and 3,3856 diabetic adults. Andreasen CH et al Diabetes. 2008

48 GENES Y OBESIDAD ES HORA DE COMENZAR SU DIAGNOSTICO? El polimorfismo altamente prevalente de FTO responde al ejercicio físico, reduciendo la grasa corporal. Recientemente se han confirmado 8 locus de alta prevalencia en población caucásica. Se pudiera establecer tempranamente un score de riego genético individual, resultante de la adición de estos 8 locus. La tecnología actual lo permite de manera eficiente, con alta precisión y costo razonable.

49 MEDICINA TERCER MILENIO Predictiva Preventiva Genéticamente Personalizada

50 G R A C I A S