Tyypin 2 diabeteksen genetiikka selviämässä

Transkriptio

1 Aikuisten diabetes Leif Groop, Valeriya Lyssenko ja Tiinamaija Tuomi Tyypin 2 diabeteksen genetiikka selviämässä Taustalla monen heikkotehoisen alttiusgeenin yhteispeli Tyypin 2 diabetes syntyy monigeenisen perimän ja epäedullisten ympäristötekijöiden yhteisvaikutuksesta. Yhteisvaikutukseltaan voimakkaita diabetekselle altistavia geenejä ei liene olemassa, vaan alttius perustuu useiden heikkojen geenien yhteisvaikutukseen. Toiseksi alttiusgeenit toimivat yhdessä ympäristötekijöiden kanssa, joten niiden merkityksen arvioiminen edellyttää runsasta fenotyyppitietoa tutkittavista ja mahdollisesti koeasetelmia, joissa esimerkiksi ruokavalion rasvasisältöä pystytään muuntelemaan. Kytkentäanalyysit ovat tuottaneet useita diabetekseen tai sen syytekijöihin (kuten ylipaino) kytkeytyneitä kromosomialueita, mutta ainoastaan yksi geeni on identifioitu varmasti (kalpaiini 10). Meta-analyyseissä on saatu vakuuttavaa näyttöä muutamista yhteyksistä: insuliinineritykseen vaikuttavasta transkriptiotekijästä TCF7L2:sta, aineenvaihdunnan pääsäätelijästä PPARG:stä ja saarekesolujen kaliumkanavaproteiinista KCNJ11:stä. Maalis huhtikuussa 2007 julkaistiin viisi tyypin 2 diabeteksen geenikarttaa, joiden laatimiseksi on kartoitettu kymmenientuhansien ihmisten genomi puolen miljoonan markkerin avulla. Näissä tunnistettiin viisi muuta diabetekseen liittyvää geeniä. T yypin 2 diabetes on maailman nopeimmin lisääntyvä sairaus: potilasmäärän arvioidaan kasvavan nykyisestä 246 miljoonasta 380 miljoonaan vuoteen 2025 mennessä ( Sairauden esiintyvyys suurenee nopeasti 40 ikävuoden jälkeen ja ylittää Suomessakin 10 %. Diabetesta voidaan pitää monigeenisen monitekijäisen sairauden prototyyppinä: lopputuloksen saavat aikaan useat yksittäisvaikutukseltaan heikot geenimuunnokset ja epäedulliset ympäristötekijät, kuten liikunnan vähäisyys ja runsasenergiainen ruokavalio. On selvää, että diabeteksen nopean lisääntymisen syynä on ensisijaisesti yltäkylläisten länsimaisten elämäntapojen maailmanlaajuinen leviäminen viimeisten 50 vuoden aikana. On myös Duodecim 2007;123: selvää, että vaikkei geenipoolimme ole muuttunut tänä aikana, perimämme kuitenkin määrää, miten reagoimme elämäntapamuutoksiin. Monien ikivanhojen geenivarianttien ajatellaan kertyneen väestöön, koska niistä on evoluution aikana ollut hyötyä eloonjäämisen kannalta esimerkiksi energian tehokkaan varastoimiskyvyn kautta. Samat ominaisuudet tekevät niistä tuhoisia yltäkylläisyyden vallitessa (Groop ja Tuomi 1997). Perimän merkitystä tyypin 2 diabeteksessa tukee moni seikka: diabeteksen periytyvyys on suurempi monotsygoottisilla kuin ditsygoottisilla kaksosilla, diabetes kasautuu perheisiin, ja tietyissä etnisissä ryhmissä esiintyvyys on erityisen suuri (Groop ja Tuomi 1997, Poulsen ym. 1449

2 1999). Yhdessä suuren painoindeksin (vähintään 30 kg/m 2 ) ja lievästi suurentuneen paastoglukoosiarvon (vähintään 5,5 mmol/l) kanssa diabeteksen esiintyminen suvussa lisäsi tyypin 2 diabeteksen kehittymisen vaaran 16-kertaiseksi suomalaisen Botnia-tutkimuksen aineistossa (Lyssenko ym. 2005). Diabeetikkojen ensimmäisen asteen sukulaisilla on todettavissa häiriöitä sekä insuliinin erityksessä että insuliinivälitteisessä glukoosinkäytössä vaikka glukoosiarvot ovat viitealueella (Eriksson ym. 1989). Toisaalta perheenjäsenillä on yleensä samanlaiset elintavat, mikä vaikuttaa osaltaan diabeteksen kehittymiseen. Geneettinen vaihtelu Perinnöllisen sairauden kartoittaminen edellyttää sairauteen vaikuttavan geneettisen vaihtelun tuntemista. Ihmisen kolme miljardia emäsparia käsittävä genomi sisältää noin kymmenen miljoonaa yksittäisen emäksen muutosta eli snippiä (single nucleotide polymorphism, SNP), yhden snipin noin 300 emäsparin välein. Geenejä koodaavissa sekvensseissä eli eksoneissa snippejä on noin emäsparin välein. Tietyt snipit voivat muuttaa geenin tai sen koodaaman valkuaisaineen rakennetta niin, että ne aiheuttavat sairauden (coding SNP). Lisäksi snippejä käytetään geenitutkimuksessa sairauden tai ominaisuuden merkkinä (markkerina). Tämä on mahdollista, kun sairausalleeli ja markkerialleeli sijaitsevat kromosomissa niin lähellä toisiaan, että ne periytyvät yhdessä eikä väliin osu rekombinaatioita, mitä kutsutaan kytkentäepätasapainoksi (linkage disequilibrium). Saman kromosomin tiukasti yhteen kytkeytyneiden alleelien yhdistelmää nimitetään haplotyypiksi. Genomissa on alueita, joissa ei juuri tapahdu rekombinaatioita (haplotyyppiblokit), mutta yleensä haplotyyppiblokkien välissä on alueita, joissa rekombinaatiovilkkaus on suuri. Kansainvälisessä HapMap-projektissa pyritään luomaan koko genomin kattava kytkentäepätasapainoa ja haplotyyppiblokkeja kuvaava kartta ( On hyviä toiveita siitä, että genomin haplotyyppiblokkirakenteen selvittyä yksittäisen ihmisen genomin rakenne saataisiin selville tyypittämällä vain muutamia edustavia snippejä kustakin haplotyyppiblokista (tag SNPs). Kytkentätutkimukset Tyypin 2 diabeteksen perimää on yritetty kartoittaa monella tavalla. Alkuun diabetesperheissä tehtiin monogeenisten sairauksien tapaan kytkentätutkimuksia mikrosatellittimarkkerien avulla eli käytännössä tutkittiin, periytyvätkö perheiden sisällä jonkin kromosomialueen markkerit yhdessä diabeteksen kanssa. Vaikka useat kromosomialueet kytkeytyvät tutkimuksissa tehtyjen havaintojen perusteella tyypin 2 diabetekseen, kalpaiini 10 on ainoa varma alttiusgeeni, joka on löytynyt kytkentäanalyysiin perustuvalla paikantamisella (Hanis ym. 1996, Horikawa ym. 2000). Tosin biokemiallisella tasolla on edelleen epäselvää, miten tämän geenin variantit lisäävät tyypin 2 diabeteksen riskiä. Useat tutkimusryhmät ovat myös osoittaneet kytkennän kromosomiin 1q, mutta tämän takana olevat geneettiset variantit ovat yhä hämärän peitossa (Florez ym. 2003). Suomalaisessa Botnia-tutkimuksessakin on tehty useita genomikartoituksia ja kytkentätutkimuksia (Mahtani ym. 1996, Parker ym. 2001, Lindgren ym. 2002). Ensimmäisessä 217 henkilöä ja 387 mikrosatellittimarkkeria käsittävässä tutkimuksessa todettiin kytkentä kromosomialueelle 12q24 (NIDDM2) perheissä, joilla insuliinivaste glukoosirasituksen aikana oli heikko (Mahtani ym. 1996). Tällä alueella on useita ehdokasgeenejä, joista kiinnostavin on monogeenisen insuliininpuutteisen MODY3-diabeteksen aiheuttava HNF-1α (hepatic nuclear factor 1α), mutta tyypin 2 diabeteksen ei ole voitu osoittaa olevan yhteydessä mihinkään alueen geeneistä. Toisessa kartoituksessa genotyypitettiin 480 sisarusparia 316 perheestä (1 488 henkilöä). Merkittävä kytkentä kromosomialueelle 18p11.31 tuli esiin ylipainoisimmassa potilasryhmässä (painoindeksin ylin kvintiili) (Parker ym. 2001). Tämän kromosomi 18 alueen yhteys ylipainoon liittyvään diabetekseen on yksi parhaiten toistettuja kytkentälöydöksiä. Vaikka usean geenin varianttien on esitetty vaikutta L. Groop ym.

3 van löydökseen, yhdenkään ei ole vakuuttavasti osoitettu selittävän löydöstä. Pääasiallinen syy kytkentätutkimusten epäonnistumiseen lienee se, että niillä pystytään ainoastaan paikantamaan geenejä, joilla on suuri vaikutus tutkittavan sairauden (ominaisuuden) kehittymiseen, eikä tällaisia»vahvoja» geenejä ole tyypin 2 diabeteksen taustalla. Tilanne saattaa muuttua, kun huomattavasti laajempia, koko genomin käsittäviä SNP-assosiaatiotutkimuksia voidaan käyttää alueiden hienokartoitukseen. Ehdokasgeenit Luurankolihaksen glykogeenisyntetaasi. Jos epäillään vahvasti tietyllä geenillä olevan osuutta sairauden synnyssä, paras tapa on tutkia yhteyttä sairauden ja kyseisen ehdokasgeenin snippien välillä. Lihaksen glykogeenisyntetaasigeeni (GYS1) (Groop ym. 2003) oli ensimmäinen ehdokkaamme, koska insuliinin glykogeenisynteesiä lisäävä vaikutus oli todettu puutteelliseksi tyypin 2 diabeetikoiden ensimmäisen asteen sukulaisilla (Eriksson ym. 1989). GYS1-geenin intronissa sijaitsevan variantin havaittiinkin olevan yhteydessä heikentyneeseen glykogeenisynteesiin, insuliiniresistenssiin ja tyypin 2 diabeteksen lisääntyneeseen riskiin ja sittemmin myös lisääntyneeseen sydän- ja verisuonitautien riskiin (Orho- Melander ym. 1999). Mekanismi jäi kuitenkin avoimeksi, kunnes kanadalainen tutkimusryhmä osoitti, että riskialleelin kantajilla liikunta ei lisännyt normaalisti lihaksen glykogeenisyntetaasipitoisuutta (St-Onge ym. 2001). Niinpä tutkimme edellä mainittua GYS1A2-alleelin yhteyttä sydän- ja verisuonisairauksien riskiin selvittämällä kyseisten henkilöiden aktiivisuuden määrän. Niukka fyysinen aktiivisuus oli odotetusti yhteydessä sydänja verisuonitautikuolleisuuteen genotyypistä riippumatta. Yllättävää oli, että GYS1A2-alleeli liittyi kuolleisuuteen vain niillä, jotka liikkuivat paljon. Näytti siltä, että liikunnan sydän- ja verisuonisairauksia ehkäisevä vaikutus estyi tässä geneettisessä riskiryhmässä. Periaatteessa tämä sopii aiemmin mainittuun havaintoon, että kantajat eivät pystyneet lisäämään lihasten glykogeenisyntetaasipitoisuutta liikunnan avulla (Fredriksson ym. 2007). Tutkimuksen myönteinen viesti on, että valtaosalla ihmisistä (85 % on A1-alleelin kantajia) sydänja verisuonisairaudet ovat osittain ehkäistävissä liikunnalla. Kolikon kääntöpuoli on se, että niille 15 %:lle, joilla on A2-alleeli, ei liikunnasta näytä olevan tässä suhteessa hyötyä. Peroksomin proliferaattorilla aktivoituva reseptori gamma (PPARG). Vääriä assosiaatiotuloksia syntyy tapaus-verrokkitutkimuksissa helposti, jos tapaukset ja verrokit eivät täysin vastaa toisiaan etniseltä taustaltaan. Ongelma voidaan kiertää perhepohjaisilla tutkimusasetelmilla, esimerkiksi TDT-testillä (transmission disequlibrium test). Tällä testillä tutkitaan, periytyvätkö vanhempien tietyt alleellit useammin sairastuneille kuin terveille sisaruksille. TDT-testillä osoitimme aiemmin kuvatun PPARG-geenin Pro12Ala-polymorfismin liity d i n a s i a t Tyypin 2 diabetes syntyy usean yksittäisvaikutukseltaan heikkotehoisen geenimuunnoksen ja epäedullisten ympäristötekijöiden yhteisvaikutuksesta. Ehdokasgeenitutkimuksissa on kolmen geenin (TCFL2, PPARG, KCNJ11) toistettavasti osoitettu yhdistyvän tyypin 2 diabeteksen riskiin. Oksidatiivista fosforylaatiota ja mitokondriotoimintaa säätelevien geenien ilmentyminen on heikentynyt tyypin 2 diabeteksessa. Äskettäin julkaistuissa koko genomin kartoituksissa tunnistettiin TCFL2:n lisäksi viisi muuta diabetekseen liittyvää geeniä. Patofysiologiset mekanismit geenimuunnelmien ja diabeteksen kehittymisen välillä ovat edelleen auki. Tyypin 2 diabeteksen genetiikka selviämässä 1451

4 tyvän tyypin 2 diabetekseen (Deeb ym. 1998, Altshuler ym. 2001). Tulos varmistettiin metaanalyysillä, jossa riskisuhteeksi (OR) tuli 1,15 (p = ). Tässä tapauksessa väestössä yleisempi alleeli (Pro) on riskialleeli, mikä merkitsee peräti 25 %:n suuruista väestöön suhteutettua riskiä (population-attributable risk, PAR). Tästä huolimatta yhteyden osoittaminen kytkentäanalyysilla olisi vaatinut miljoonan sisarusparin aineiston! Sittemmin olemme myös osoittaneet prospektiivisessa tutkimuksessa, että tämä variantti ennustaa diabeteksen kehittymistä (Lyssenko ym. 2006/2007). Diabetesriski on erityisen suuri henkilöillä, joilla on sekä PPARG- että CAPN10- geenin (kalpaiini 10) geenien riskialleeli, ylipainoa ja lievästi suurentunut paastoglukoosi (kuva 1). Esimerkkinä ympäristön ja perimän yhteisvaikutuksista totesimme lisäksi, että Proalleelin kantajien sairastumisriski näyttää liittyvän erityisesti tyydyttyneen rasvan runsaaseen kulutukseen (Ylönen ym. 2007). Tämä on sikäli loogista, että rasvahapot ovat PPARγ-reseptorin % ,6 15,0 11,5 9,2 8,6 5,9 2,6 BMI 30 3,0 BMI < 30 HR 21,2 (8,7 51,4) p < 0,0001 FPG < 5,6 PPARG- ja CAPN10-riskialleeli Ei PPARG- ja CAPN10-riskialleelia FPG 5,6 Kuva 1. Diabeteksen ilmaantuvuus (%) keskimäärin kuuden vuoden seurannan aikana jaoteltuna painoindeksin (BMI yli tai alle 30 kg/m 2 ), plasman glukoosipitoisuuden paastoarvon (FPG yli tai alle 5,6 mmol/l) ja alttiusgeenien PPARG ja CAPN riskialleellien mukaan. HR = riskisuhde Coxin regressiomallilla analysoituna, ikä ja sukupuoli huomioitu. luonnollisia ligandeja. Jää nähtäväksi, muuttaako riskialleeli PPARγ-reseptorin affiniteettia muille ligandeille, kuten diabeteslääkkeinä käytettäville glitatsoneille. Ainakin kahden muun geenivariantin on toistetusti osoitettu liittyvän tyypin 2 diabetekseen: saarekesolujen kaliumkanavan Kir 6.2 -proteiinia koodaavan geenin KCNJ11 E23K-variantin (Florez ym. 2004) ja erään transkriptiotekijä TCF7L2:n variantin (Lyssenko ym. 2007). KCJN11. KCNJ11-geenin tietyt variantit aiheuttavat insuliinipuutteisen neonataalidiabeteksen (Gloyn ym. 2004). Nämä vaikeammat variantit aiheuttavat ATP:stä riippuvan kaliumkanavan kymmenkertaisen aktivoitumisen, kun taas tyypin 2 diabetekseen liittyvä E23K-variantti vain kaksinkertaistaa aktiivisuuden. Normaalitilanteessa glukoosi inaktivoi kanavan, jolloin kalsiumia siirtyy haiman beetasolujen sisään ja tämä käynnistää insuliinin eksosytoosin. E23Kvarianttiin ja erityisesti homotsygoottiseen K23K-genotyyppiin liittyy lievästi heikentynyt insuliinineritys, joka käytännössä näkyy tyypin 2 diabeteksen lisääntyneenä riskinä ainoastaan henkilöillä, joiden insuliinintarve on kasvanut esimerkiksi ylipainon tai muun insuliiniresistenssin vuoksi. TCF7L2. TCF7L2-geenin yhteys tyypin 2 diabetekseen löydettiin vasta viime vuonna DECODE-tutkimuksessa, mutta se on jo osoittautunut tärkeimmäksi tyypin 2 diabeteksen geeniksi, ja yhteys on varmistettu kaikissa myöhemmissä tutkimuksissa. Jopa äskettäin julkaistuissa laajoissa diabeteksen geenikartoissa se oli ehdottomasti merkittävin geenilöydös (taulukko). Transkriptiotekijä TCF7L2 on osa Wnt-signalointiketjua, ja sen oletetaan osallistuvan beetasolujen replikaatioon ja proliferaatioon. Kohdegeenien luenta edellyttää, että TCF7L2 sitoutuu tumassa beetakateniiniin. Wnt-ligandin sitoutuminen ns. Frizzled/LRP-5/6-reseptorikompleksiin stabiloi beetakateniinin, joka yhdessä tuman TCF/LEF-proteiinien kanssa aktivoi transkription (kuva 2). Wnt-signaalin puuttuessa beetakateniini fosforyloituu ja hajoaa (Rulifson ym. 2007). TCF7L2-riskigenotyyppeihin liittyy heikentynyt insuliinineritys (kuva 2). Koska TCF7L2 sitoutuu myös suolen proglukagoniin, 1452 L. Groop ym.

5 Taulukko. Tyypin 2 diabetekselle altistavia geenejä (Diabetes Genetics Initiative of Broad, Lund and Novartis 2007). Geeni Kromosomi OR p-arvo TCF7L2 10 1,38 2,3 x IGFBP2 (IMP2) 3 1,17 1,3 x 10-9 CDKN2A/CDKN2B 9 1,20 5,4 x 10-8 CDKAL1 6 1,10 4,1 x.7 x 10-4 HHEX 10 1,14 1,14 x 10-4 KCNJ ,15 1,15 x 10-7 PPARG 3 1,09 10,0019 sen on arveltu vaikuttavan inkretiinihormonien kuten GLP-1:n ja GIP:n erittymiseen ja toimintaan suolessa. Näiden insuliinineritystä lisäävien hormonien erittyminen suolesta lisääntyy syömisen yhteydessä. Vaikka riskigenotyyppien ei ole voitu osoittaa muuttavan inkretiinihormonien kiertäviä pitoisuuksia, on jonkin verran näyttöä siitä, että niiden vaikutus insuliinin ja glukagonin eritykseen on poikkeava. TCF7L2:n ilmentyminen on lisääntynyt merkittävästi ihmisen saarekesoluissa tyypin 2 diabetespotilailla ja erityisesti riskigenotyyppien kantajilla. Mekanismi, joilla TCF7L2- geenin variantit lisäävät tyypin 2 diabeteksen riskiä, on kuitenkin edelleen selvittämättä. Oksidatiivista fosforylaatiota ja mitokondrioiden toimintaa säätelevät geenit Keskivartalolihavuus, rasvan kertyminen maksaan ja lihaksistoon sekä heikko aerobinen kapasiteetti liittyvät tyypin 2 diabeteksen lisääntyneeseen riskiin (Eriksson ym. 1996, Groop ym. 1996). Viime vuosina kehittyneen hypoteesin mukaan iästä riippuvaisella ja osittain perimän säätelemällä mitokondrioiden toiminnan heikentymisellä olisi keskeinen merkitys tyypin 2 diabeteksen patogeneesissa (Kelley ym. 2002, Petersen ym. 2004). Mitokondrioiden toiminnan heikentyminen johtaisi rasvan vähentyneeseen hapettumiseen ja lisääntyneeseen kertymiseen vatsan alueelle, maksaan ja lihaksistoon sekä lopulta myös beetasoluihin. Tämä puolestaan johtaisi insuliiniresistenssiin maksassa ja periferiassa sekä heikentyneeseen ATP-tuotantoon ja insuliininerityksen häiriöön (Roden 2005). Hypoteesin mukaisesti osoitimme oksidatiivista fosforylaatiota säätelevien OXPHOS-geenien ilmentymisen vähentyneen tyypin 2 diabee- Normaalitilanne GLP-1 GIP TCF7L2 Insuliini Glukagoni Proliferaatio Diabetes GLP-1 GIP TCF7L2 Insuliini Glukagoni Proliferaatio Suoli Haima Kuva 2. Normaalitilanteessa TCF7L2 ilmentyy haimassa normaalisti. Myös suoliston inkretiinihormonien GLP-1:n ja GIP:n vaikutus saarekesolujen hormonieritykseen on normaali ja beetasolut proliferoituvat normaalisti. Tyypin 2 diabeetikkojen haimassa TCF7L2:n ilmentyminen on lisääntynyt, GIP:n ja GLP1:n vaikutus alentunut ja beetasoluproliferaatio on vähentynyt. Tyypin 2 diabeteksen genetiikka selviämässä 1453

6 tikoiden ja heikentyneen glukoosinsiedon (IGT) omaavien lihaksissa. Samaten ketjun pääsäätelijän eli PGC-1a-geenin ilmentymisen havaittiin vähentyneen (Mootha ym. 2003). Kun PGC- 1a-geeniä yliekspressoitiin lihassolulinjassa, OXPHOS-geenien ilmentyminen normaalistui. Sittemmin osoitimme myös, että yksi snippi PG- C1a-geenissä (Gly482Ser) liittyi PGCa:n vähentyneeseen ilmentymiseen vanhemmilla henkilöillä. Tämä sopisi siihen, että geneettiset tekijät vaikuttavat ikääntymismuutosten tahtiin (Ling ym. 2004). Myös DNA:n metylaatio vaikutti iästä riippuvaiseen geeniekspression heikkenemiseen, minkä osoituksena mitokondrioiden hengitysketjun ensimmäisen kompleksin NDUFB6-geenin säätelyalueen snipit metyloituivat iän myötä. Tämä yhdistyi myös vähentyneeseen geeniekspressioon lihaksistossa (Ling ym. 2007a). Ihmisen saarekesolujen PGC-1a näyttää olevan niin ikään geneettisen säätelyn alainen ja metylaation kohteena (Ling ym. 2007b). PGC1a:n merkitys ihmisen saarekesolujen ATP-tuotannon ja insuliininerityksen säätelijänä osoitettiin vaimentamalla PGC1a:n ilmentymistä sirna:n avulla, mikä johti heikentyneeseen insuliinineritykseen. Kuitenkaan ei tiedetä, onko OXPHOS-geenien ja mitokondrioiden toiminnan vaimeneminen insuliiniresistenssin syy vai seuraus. Genominlaajuiset SNP-assosiaatiotutkimukset Snippimarkkereiden genotyypityksen hinnan lasku»high throughput» teknologian nopean kehittymisen myötä (kymmenessä vuodessa genotyypin hinta on pienentynyt kymmenesosaan) on luonut ennenkuulumattomia mahdollisuuksia geenikartoitukseen. Yli snippiä sisältävät DNA-sirut mahdollistavat tapaus-verrokkitutkimukset, jotka kattavat noin 70 % tyypin 2 diabetekseen liittyvästä geneettisestä variaatiosta. Useampia koko genomin kattavia SNPassosiaatiotutkimuksia on äskettäin julkaistu, ja kaksi niistä on tehty suomalaisaineistoissa. Oma kartoituksemme, jonka aineistoon kuului tyypin 2 diabeetikkoa ja verrokkihenkilöä Suomesta ja Ruotsista, tehtiin yhteistyönä MIT:n, Harvardin Broad-instituutin ja Novartiksen kanssa. Tämän yhteistyöprojektin (Diabetes Genetic Initiative, DGI) kaikki tulokset on julkaistu Internetissä ( edu/dgi). Ennen julkaisemista tuloksia verrattiin kahteen muuhun kartoitukseen (Wellcome Trust Case Control Consortium, WTCCC ja Finnish United State Investigation of NIDDM Genetics, FUSION), jolloin tyypin 2 diabeetikoiden yhteismääräksi tuli ja verrokkien Jatkotutkimuksiin lisäaineistoissa valittiin geenit, jotka olivat merkittäviä kaikissa kolmessa tutkimuksessa ja henkilömääräksi tuli yhteensä yli (Diabetes Genetics Inititave of Broad, Lund and Novartis 2007, Scott ym. 2007, Zeggini ym. 2007). Ainoastaan geenejä, jotka olivat yhteydessä diabetekseen kaikissa kolmessa tutkimuksissa otettiin jatkotukimuksiin. Näin ollen tulokset perustuvat yli henkilön analyysiin. Suuret aineistot ovat edellytys genominlaajuisen merkittävyyden osoittamiseksi, sillä tämänkaltaisissa tutkimusasetelmissa testataan yli miljoonaa hypoteesia. Aiemmin todettujen TCF7L2:n (vahvin yhteys), KCJN11 ja PPARG:n lisäksi kartoituksissa löytyi kolme uutta tyypin 2 diabetesriskiä lisäävää geeniä: IGFBP2 (insuliininkaltaista kasvutekijää sitova proteiini 2), CDKAL1 sekä alue kromosomissa 9 lähellä CDKN2A- ja CDKN2Bgeenejä. Lisäksi pystyimme vahvistamaan äskettäisessä ranskalais-kanadalaisessa kartoituksessa löydetyn HHEX-geenin yhteyden diabetekseen (Sladek ym. 2007). On kiinnostavaa, että kaikki nämä geenit (mukaan luettuna TCF7L2) saattavat vaikuttaa beeta-solujen kykyyn proliferoitua ja replikoitua. Tyypin 2 diabeteksen geneettisen alttiuden taustalla olisi siis pääosin suojamekanismien puute eli kyvyttömyys lisätä beetasolumassaa vastineena insuliiniresistenssin aiheuttamalle lisääntyneelle insuliinintarpeelle. Botnia-tutkimuksen genomikartoituksessa tutkittiin diabeteksen lisäksi myös muita ominaisuuksia kuten painoindeksiä, vyötärönympärystä, verenpainetta, insuliinin eritystä ja vaikutusta sekä lipidi- ja lipoproteiinipitoisuuksia. Vain pieni osa analyyseistä on valmiina. Tähän mennessä olemme tunnistaneet yhden suurentuneeseen triglyseridipitoisuuteen vaikuttavan geenin, joka on glukokinaasia säätelevän proteiinin (GCKR) geeni L. Groop ym.

7 Lopuksi Modernin biologisen tekniikan nopea kehitys on mahdollistanut useiden ennalta arvaamattomien geenien ja tyypin 2 diabeteksen yhteyden löytämisen. Löydösten vahvistaminen useissa laajoissa tutkimuksissa korostaa niiden merkitystä tyypin 2 diabeteksen riskin kannalta. Todellinen haaste on kuitenkin vielä edessä, kun yritämme selvittää, miten nämä variantit vaikuttavat tyypin 2 diabeteksen patogeneesiin. Kirjallisuutta Altshuler D, Hirschhorn JN, Klannemark M, ym. The common PPARgamma Pro12Ala polymorphism is associated with decreased risk of type 2 diabetes. Nat Genet 2000;26: Deeb SS, Fajas L, Nemoto M, ym. A Pro12Ala substitution in PPARgamma2 associated with decreased receptor activity, lower body mass index and improved insulin sensitivity. Nat Genet 1998;20: Diabetes Genetics Initiative of Broad, Lund and Novartis. A genome-wide association study for type 2 diabetes and 18 related metabolic traits. Science Express 2007;painossa. Eriksson J, Franssila-Kallunki A, Ekstrand, ym. Early metabolic defects in persons at increased risk for non-insulin-dependent diabetes mellitus. N Engl J Med 1989;321: Eriksson KF, Saltin B, Lindgärde F. Increased skeletal muscle capillary density precedes diabetes development in men with impaired glucose tolerance. A 15-year follow-up. Diabetes 1996;43: Florez JC, Burtt N, de Bakker PIW, ym. Haplotype structure and genotypephenotype correlations of the sulfonyulrea receptor (SUR1) and the islet ATP- sensitive potassium channel (kir 6.2) gene region. Diabetes 2004;53: Florez JC, Hirschhorn J, Altshuler D. The inherited basis of diabetes mellitus. Implications for the genetic analysis of complex traits. Annu Rev Genomics Hum Genet 2003;4: Fredriksson J, Anevski D, Almgren P, Botnia Study Group. Variation in the muscle glycogen synthase and the apolipoprtoein E genes interact with exercise and gender to predict cardiovascular mortality. Plos One 2007, March 14. Gloyn AL, Pearson ER, Antcliff JF, Proks P, ym. Activating mutations in the gene encoding the ATP-sensititive potassium channel subunit Kir 6.2 and permanent neonatal diabetes. N Engl J Med 2004;350: Groop L, Forsblom C, Lehtovirta M, ym. Metabolic consequences of a family history of NIDDM (the Botnia Study) evidence for sexspecific parental effects. Diabetes 1996;45: Groop LC, Kankuri M, Schalin-Jäntti C,ym. Association between polymorhism of glycogen synthase gene and non-insulin dependent diabetes. New Engl J Med 1993;328:11 4. Groop L, Tuomi T. Non-insulin-dependent diabetes mellitus a collision between thrifty genes and an affluent society. Ann Med 1997; 29: Hanis CL, Boerwinkle E, Chakraborty R, ym. A genome-wide search for human non-insulin-dependent (type 2) diabetes genes reveals a major susceptibility locus on chromosome 2. Nat Genet 1996;13: Horikawa Y, Oda N, Cox NJ, ym. Genetic variation in the gene encoding calpain-10 is associated with type 2 diabetes mellitus. Nat Genet 2000;26: Kelley DE, He J, Menshikova EV, Ritov VB. Dysfunction of mitochondria in human skeletal muscle in type 2 diabetes. Diabetes 2002;51: Lindgren C, Mahtani M, Widén E, ym. A genome-wide search for susceptibility loci linked to type 2 diabetes in Finnish families (the Botnia Study). Am J Hum Genet 2002;70: Ling C, Poulsen P, Carlsson E, ym. Multiple environmental and genetic factors influence skeletal muscle PGC-1α and PGC-1β gene expression in twins. J Clin Invest 2004;114: Ling C, Del Guerra S, Lupi R, ym. PGC-1a in human type 2 diabetic islets is influenced by genetic, epigenetic and non-genetic factors. PloS Med 2007b (tulossa). Ling C, Poulsen P, Simonsson S, ym. Genetic, epigenetic and environmental factors influence oxidative phosphorylation genes and metabolism in human skeletal muscle. J Clin Invest 2007a;117:painossa. Lyssenko V, Almgren P, Anevski D, ym. Predictors and longitudinal changes in insulin sensitivity and secretion preceding onset of type 2 diabetes. Diabetes 2005;54: Lyssenko V, Almgren P, Anevski D, ym.; The Botnia Study Group. Genetic prediction of future type 2 diabetes. Plos Med 2005;2:e345. Lyssenko V, Orho-Melander M, Sjögren M, ym. Common variants in the TCF7L2 gene increase risk of future type 2 diabetes by influencing pancreatic alpha and beta-cell function. J Clin Invest, 2007;117: painossa. Mahtani M, Widén E, Lehto M, ym. Mapping of a gene for type 2 diabetes associated with an insulin secretion defect by a genome scan in Finnish families. Nat Genet 1996;14:90 4. Mootha VK, Lindgren CM, Eriksson KF, ym. PGC-1alpha-responsive genes involved in oxidative phosphorylation are coordinately downregulated in human diabetes. Nat Genet 2003;34: Orho-Melander M, Almgren P, Kanninen T, Forsblom C, Groop LC. A paired-sibling analysis of the XbaI polymorphism in the muscle glycogen synthase gene. Diabetologia 1999;42: Parker A, Meyer J, Lewitzky S, ym. A gene conferring susceptibility to type 2 diabetes in conjunction with obesity is located on chromosome 18p Diabetes 2001;50: Petersen KF, Dufour S, Befroy D, Garcia R, Shulman GI. Impaired mitochondrial activity in the insulin-resistant offspring of patients with type 2 diabetes. N Engl J Med 2004;350: Poulsen P, Kyvik KO, Vaag, Beck-Nielsen H. Heritability of type II (noninsulin-dependent) diabetes mellitus and abnormal glucose tolerance a population-based twin study. Diabetologia 1999; 42: Roden M. Muscle triglycerides and mitochondrial function: possible mechanisms for the development of type 2 diabetes. Int J Obes (Lond) 2005;29 Suppl 2:S Rulifson IC, Karnik SK, Heiser PW, ym. Wnt signaling regulates pancreatic beta cell proliferation. Proc Natl Acad Sci USA 2007;104: Scott LJ, Moelke KL, Bonnycastle LL, Willer CJ ym. A genome wide association study in type 2 diabetes in Finns detect multiple susceptibility variants. Science Express 2007;painossa. Sladek R, Rocheleau G, Rung J, ym. A genome-wide association study identifies novel risk loci for type 2 diabetes. Nature 2007;445: St-Onge J, Joanisse DR, Simoneau JA. The stimulation-induced increase in skeletal muscle glycogen synthase content is impaired in carriers of the glycogen synthase XbaI gene polymorphism. Diabetes 2001;50: Ylönen K, Salminen I, Lyssenko V, Botnia Research Team. The Pro12Ala polymorphism of the PPAR-γ2 gene affects associations of fish intake and marine n 3 fatty acids with glucose metabolism. Eur J Clin Nutr 2007;61:painossa. Zeggini E, Weedon MN, Lindgren CM, ym. Replication of genome-wide association signals in U.K. samples reveals risk loci for type 2 diabetes. Science 2007;tulossa. LEIF GROOP, professori leif.groop@med.lu.se Lunds universitet, Institutionen för kliniska vetenskap diabetes och endokrinologi Malmö universitetssjukhus Malmö Helsingin yliopisto, molekyylilääketieteen tutkimusohjelma Biomedicum Helsinki, B 331a PL 700, HUS VALERIYA LYSSENKO, LT Lunds universitet, Institutionen för kliniska vetenskap diabetes och endokrinologi Malmö universitetssjukhus Malmö TIINAMAIJA TUOMI, dosentti HYKS:n endokrinologian klinikka PL 340, HUS 1455