Diabètes monogéniques - Diabète de type 2 Déterminants Génétiques

Diabètes monogéniques - Diabète de type 2

Déterminants Génétiques

Inserm

Institut national

de la santé et de la recherche médicale

Gilberto Velho

Inserm U695Déterminants Génétiques du Diabète de Type 2 et de ses Complications Vasculaires

Faculté de Médecine Xavier Bichat, Paris

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Le diabète sucré

• Définition – "une affection métabolique d'étiologie multiple, caractérisée

par une hyperglycémie chronique avec perturbation du métabolisme des hydrates de carbone, des lipides et des protéines, et résultant des défauts de la sécrétion d'insuline, de l'action de l'insuline, ou de leur association.." (OMS.1998)

• Critères de diagnostic– glycémie à jeun (plasma) ≥ 7,0 mmol/l ou– glycémie 2 heures après charge orale en glucose supérieure à

11,1 mmol/l

Classification des diabètes sucrés - OMS 1998

Diabète de type 1 : 2 à 5% des diabètes

Diabète de type 2 : 85 à 95% des diabètes Absence processus auto-immun Début tardif (> 40 ans) Souvent associé à une obésité

Autres types spécifiques de diabète : 1 à 5% des diabètes Anomalies génétiques impliquant l'insulinosécrétion

Mody (maturity onset diabetes of the young) Diabète néonatal Diabète d'origine mitochondriale

Endocrinopathies, infections, autres syndromes génétiques ...

Diabète gestationnel : chez 2 à 5 % des femmes enceintes

Le diabète sucré, problème majeur de santé publique

WHO 2004 - http://www.who.int/entity/diabetes/actionnow/en/mapdiabprev.pdf

QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)

sont requis pour visionner cette image.+ 102 %

+ 160 %

+ 180 %

+ 44 %

+ 130 %

Global2000: 171 million2030: 366 million

+ 114 %

http://www.who.int/entity/diabetes/actionnow/en/mapdiabprev.pdf


WHO 2004 - http://www.who.int/entity/diabetes/actionnow/en/diabprev.pdf


sont requis pour visionner cette image.



Nombre estimé de personnes diabétiques

Diabète


Antidiabétiques oraux, insuline, régime ...

TraitementsNon curatifs

Coûts importants+ de 2000 $ + de 1000 €/ patient / an

Complications micro- et macro-vasculaires

Cécité, insuffisance rénale, amputations membres inférieurs,

maladies cardio-vasculaires ...

151 millions en 2000221 millions en 2010 ?

+ de 1.2 millions en France

Fréquent et en augmentation

Diabète de Type 2

Syndrome multifactoriel

Susceptibilité génétique: ~100% de concordance chez des jumeaux identiques prevalence variable dans différents groupes ethniques

Des facteurs d'environnement (obésité, sédentarité) modulent l’expression de la susceptibilité génétique

DietPhysical Activity

ObesityStress

GENES

Interaction of genes and environment in T2DM

Obésité : problème majeur de santé publique

QuickTime™ et undécompresseur TIFF (LZW)










MICROALBUMINURIEMICROALBUMINURIE

Lien épidémiologique(physiopathologie en grande

partie méconnue)

Lien épidémiologique(physiopathologie en grande

partie méconnue)

GLYCÉMIEGLYCÉMIE HÉMOSTASEHÉMOSTASEOBÉSITÉOBÉSITÉ

PRESSION ARTÉRIELLEPRESSION

ARTÉRIELLE LIPIDESLIPIDES

Le DT2 et les autres facteurs de risque cardiovasculaires sont intimement liées

Hyperglycémie du DT2 : physiopathologie complexe

Diminution de la sensibilité à l’insuline- muscles, foie, adipocytes, cellule bêta

Défaut insulino-sécrétoire (absolu ou relatif) Défauts primaires inconnus Hyperglycémie chronique : 60 syndromes

Insulino-sécrétio

n

Insulino-résistance

DT2

GÉNÉTIQUE

ENVIRONNEMENT

Variabilité de la sécrétion d’insuline chez l’homme

Facteurs génétiques Facteurs d’environnement

alimentation, état nutritionnel

Sensibilité à l’insuline Facteurs génétiques Facteurs d’environnement

activité physique corpulence

Facteurs génétiques Facteurs d’environnement

12011010090807060504030200

10

20

30

40

50

60

70

80

90

TIME (min)

INS

ULI

N (

mU

/L)

HYPERGLYCEMIC CLAMP

[10 mM glucose]

Normal OGTT; 20-35 yr; 19.7-24.6 kg/m2

Hétérogénéité génétique du diabète de type 2

Maladie polygénique: combinaison de plusieurs défauts génétiques ou de l’action simultanée de plusieurs allèles défavorables.

Maladie multigénique: différentes combinaisons de défauts génétiques.

Le nombre de "loci de susceptibilité majeurs ou mineurs" n’est pas connu.

Formes monogéniques: MODY, MIDD

Diabète de Type 2

OneGene

Rare mutations with major effects

Diabetes

A

A

C

C T

G

Monogenic forms of type 2 diabetes

Polygenic forms of type 2 diabetes

Several frequent gene variants

contributing small individual

effects

expressionof diabetes

environmental factors

Les formes monogéniques représentent ~5% des diabètes

Quelques résultats (1)

• Mody(s)

• Diabète mitochondrial

• Diabète néonatal

• Diabètes associés à certains syndromes rares (Lipodystrophies, Wolfram, Wollcott-Rallison…)

Maturity Onset Diabetes of the Young

définition initiale

• Diabète de survenue précoce (< 25 ans)

• Non insulino-dépendant, non cétosique

• Transmission autosomique dominante

anomalie primitive de l'insulinosécrétion

2-5% des "DNID"

affection hétérogène (génétique et clinique)

Hérédité autosomique dominante du MODY

mody

w.t.

Hétérogénéité génétique du MODY

Mody 1 HNF4A rare

Mody 2 Glucokinase 20%-50%

Mody 3 HNF1A 25%-50%

Mody 4 IPF1 (PDX1) rare

Mody 5 HNF1B fréquent

Mody 6 NEUROD1 rare

Mody 7 INS rare

Mody "X" ??? ~15%

A10fsIVS1A+1G>T

Q26XL30PV33_K39dupR36WQ38PE40KR43HG44SG44DG44fsH50YH50RA53S

V62MV62AE70K

G72RD73GD78HD78EG80SG80AG81SV89fsE93del10

Q98XW99XV101MT103NK104fsY108HY108CY108FY108XI110TP111LA119DIVS3+1G>AIVS3+1G>T

G162fsL164PT168PK169fsK169NF171LA173SG175R

G175EG175VG178RN180KV181AV182MR186XA188TA188ER191WR191QG193RIVS5+1del33

V203AT206MT206RT209MM210KM210TC213RY215XE216XE220XE221KG223SM224T

I225FI225MV226MV226fsG227CIVS6+2T>A

IVS6-2A>TT228AT228RT228MN231fsM235TM238fsQ239RE248XM251VM251IC252RC252YE256K

W257RG258CA259TG261RG261ES263PG264SE265XE268XL271del22R275CD278EE279QE279XS281F

IVS7-1G>AQ286XG294DG295fsM298KG299RE300QE300KL304PL309PV310fs

G318RF334fsS336LE339GIVS8+2T>G

T342PR358XS360XV367MR369PR377CA378VH380Q

C382YS383fsS383LS383XA384TG385VA387TA387VR392CE395_R403delV401fsI404fsI404SG407SS411FK414EL415VIVS9+1G>CIVS9+1G>T

IVS9-7del11IVS9-1G>CV427fsS433_I436delC434YS441WS445fsG446RR447fsR447Q

S453LS453XA454VA460fs

IVS3-2A>GIVS3-1G>TL122VY125delY125_D132dupC129YI130TS131PL134PH137RQ138PL146RT149P

T149IF150delF150SF150LS151fsV154fsH156YE157KK161NIVS4+2del10IVS4+2del15

-cellpromoter

Liverpromoter

1a 1b 1c 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Glucokinase mutations associated with hyperglycemia

Velho et al. 2004

Glucokinase and glucose metabolism

glucoseATP sensitive K+ channels

voltage sensitive Ca++ channel

insulin

GLUT2

ATPG-6-P

glucose

K+

X

Ca++

GLUT2

G-6-P

glucose

glucokinase

glycogen pyruvate

+

hepatocytes

glucokinase

pancreatic beta-cells

plus effects in pancreatic alpha-cells and glucose-sensing cells of the CNS

• Heterozygous mutations: mody type 2

• Homozygous or double heterozygous mutations: permanent neonatal diabetes

• Heterozygous activating mutation: hyperinsulinemic hypoglycemia

Clinical phenotypes associated with glucokinase

mutations

GLUCOSE

Voltage-dependentCa++ channel

insulin

ATP

G-6-P

GLUCOSE

K+

Ca++

pyruvate

ATP-sensitiveK+ channel

K’

SUR1

Kir6.2K+

tolbutamide

diazoxideglucokinase

GLUCOKINASEGLUCOKINASE

glucose

G-6-P

Insulin release

glycolysis

ATP

K’

Km glucose

enzymatic activity

metabolic flux

ATP production

insulin release

[ glucose ]

Glucokinase activity and regulation of insulin secretion

EFFECT OF GLUCOKINASE MUTATIONS ON INSULIN RELEASE

Fajans et al.: N Engl J Med 345: 971-980, 2001

Peak insulin release

Threshold for insulin release

WT / WT

E70K / WT

V203A / WT

Plasma Glucose (mM)

Rel

ativ

e G

luco

se-P

ho

sph

ory

lati

on

Cap

acit

y (%

)

Glaser et al.: N Engl J Med 338: 226-230, 1998

V445M / WT

Graded glucose infusion in glucokinase-deficient (Mody2) subjects

Byrne et al.: J Clin Invest 93:1120-1130, 1994

controls

mody2

1413121110987654

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

INS

UL

IN S

EC

RE

TIO

N R

AT

E (

pm

ol/

min

)

PLASMA GLUCOSE (mM)

Dose-response curve

9.08.58.07.57.06.56.05.55.04.50

20

40

60

80

100

GLUCOSE (mM)

Glucose sensitivity of -cells

RE

LA

TIV

E S

LO

PE

OF

CU

RV

E (

% /

mM

)

3'5'

CIS elements

Nuclear Factors

Expression of Target Genes:

Glucose transportGlucose metabolismInsulin secretionIslet development

insulin release

Glucose

Transcription factors and beta-cell function

Hepatocyte nuclear factor-1a

• Homeodomain-containing transcription factor

• Encoded by TCF1 gene (chromosome 12q)

• Structurally related to HNF-1 (MODY5)

• Function as a homodimer or as a heterodimer with HNF-1

• Expressed in liver, pancreatic -cells, kidney

dimerisationdomain(1-31)

DNA-binding domain(184-280)

POU motif Homeodomain

proline richactivationdomain II(281-318)

serine richactivationdomain I(547-628)

21 aa loop

Mutations and polymorphisms in HNF-1 (Mody3) gene

7 8 9 10Exon 1 2 3 4 5 6

IVS5nt-2A>GP379fsdelCTP379fsdelTP379fsinsCT392fsdelAQ401fsdelCI414G415fsTCG>CCG415RS432CT433I

IVS7nt-6G>AH514RP519LR537T

S594II618ME619KT620IM626K

Promoter

C241GC241RS247fsinCL254MV259DT260MR263CW267XR271WR272HR272CR272fsdelGCP291fsinsCP291fsdelCG292fsdelGA301TA301fsinsA

W113XK117ES121fsdelCY122CDN127I128NP129TR131QR131WG132KV133MS142FH143YK158NR159QR159WA161TR171XV173fsdelTG

T547E548fsdelTGA559fsinsAG/S574R583QR583GL584S585fsinsTCIVS9nt+1G>A

Q7XL12HG20RI/L27G31DG42P43fs CC>AR55G56fsdel GAGGGA/V98L107R

IVS2nt-1 G>AG191DR200WR200QR203HR203CK205QR229QR229X

A443fsdelCAP447LS/N487T492IS498R

IVS5nt+2T>A

-267G>AHNF-4a siteHNF-3 siteC/EBP site

Graded glucose infusion in Mody subjects

Byrne et al. 1994, 1996

1413121110987654

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

controls

nondiabetic MODY3

Insu

lin s

ecr

etio

n r

ate

(pm

ol/m

in)

Plasma glucose (mM)

MODY-2

Pontoglio et al. J Clin Invest 101: 2215-2222, 1998

glucose perfusion

3025201510500

300

600

900

PERFUSATE GLUCOSE CONCENTRATION (mM)

INS

UL

IN (

pM

)

-/-

+ / -

+ / +

26260

5000

10000

15000

PERFUSATE GLUCOSECONCENTRATION (mM)

+ / ++ / -

- / -

20 mM arginine

INS

UL

IN (

pM

)

In situ perfused pancreas

Insulin secretion in response to glucose and arginine in HNF-1 deficient mice

mRNA level of target genes in islets of HNF-1 deficient mice

Shih et al. Diabetes 2001

Hprt +RT

Hprt -RT

HNF-1

HNF-1

HNF-4

SHP-1

DCOH

PDX-1

Neuro-D1

GCK

GLUT2

NBAT

L-PK

M2-PK

Glucagon

INS-1

INS-2

+/+ +/- -/-wt / mut0.7

1.0

3.9 *

1.3

1.6 *

2.4 *2.5 *

0.7

3.9 *1.4 *3.4 *

0.9

0.7

1.7 *

1.3

+/+ +/- -/-wt / mut

0.9

1.0

11.5 *1.9 *

1.7 *

2.9 *2.1 *1.8 *

17.6 *

3.9 **31.6 *

1.1

1.8 *2.5 *

1.5

newborn pancreas adult pancreas

Hétérogénéité clinique des

MODYs

• Sévérité et évolutivité du défaut

d'insulinosécrétion

• Degré d'hyperglycémie

• Présentation clinique et complications du

diabète

• Anomalies associées au diabète

• Pénétrance de la maladie

• Apparition de l’hyperglycémie– Mody 2: très précoce, pendant l’enfance– Mody 3: moins précoce, à la puberté ou après

• Sévérité du diabète– Mody 2: hyperglycémie à jeun modérée, intolérance au glucose– Mody 3: tolérance au glucose sévèrement altérée

• Evolution– Mody 2: très lente– Mody 3: aggravation régulière avec le temps

• Traitement– Mody 2: Les 3/4 des patients sont traités par un régime seul– Mody 3: 70 % des patients aux anti-diabétiques oraux, 20% à l’insuline

• Complications (microangiopathie)– Mody 2: rares, moins de 5% des patients– Mody 3: fréquence comparable à celle dans le diabète de type 2

Différences entre les deux formes les plus fréquentes de MODY

cytoplasm

nucleus

HNF-4

Ligand: long-chainFatty acyl-CoAThioesters ?

GRE / Enhancer Promoter

transcription

Hertz et al.: Nature 392:512-516, 1998

Known target genes:- HNF-1HNF- Aldolase B- Glyceraldehyde-3-P dehydrogenase- L-Piruvate kinase- Kir6.2 Stoffel et al.: PNAS 1997

Gupta et al.: JCI 2005

HNF-4 (Mody1)

Endoderm

IPF1

Endocrine progenitor

NeuroD/BETA2IPF1

Pax6

Cdx2

Cells Cells glucagon insulin

Isl-1

Pax4Nkx2.2

Nkx6.1

Pax6

CommittedCells

Transcription factors and endocrine pancreas differentiation

HNF-1(MODY5)

HNF-4(MODY1)

HNF-1(MODY3)

IPF-1(MODY4)

NEURO-D1(MODY6)

HNF-3

GCK(MODY2)

Transcription factors associated with MODY and their target genes

SHP-1(small heterodimer partner 1)

Aldolase-B

L-Piruvate Kinase

PCD/DCoH(pterin-4-carbinolamine

dehydratase)

IAPP

GLUT-2

INS-2

INS-1

Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase

NBAT(neutral and basic amino acid transporter)

Other unknown target genes

Kir6.2

Transactivation

domain (315-557)

POU-Motif

1 32 88 178 231 315 557

Homeodomain

DNA-Binding domain (88-315)Dimerisation

domain (1-32)

Hepatocyte nuclear factor-1

• Homeodomain-containing transcription factor

• Encoded by TCF2 gene (chromosome 17cen-q21.3)

• Structurally related to HNF-1 (MODY3)

• Function as a homodimer or as a heterodimer with HNF-1

• Expressed in epithelial cells or diferentiating epithelia in many organs

– kidney, pancreas, liver, digestive tract, genital tract, lungs

• Role in early phases of differentiation

1 2 3 4 5 6 7 8 9

L48fsG76CR112P

Q136E

Q136X

G157fs

K164Q

R165H

R181X

Q192X

IVS2+1G>T

R235Q

R276G

G285D

R295H

R295C

G370S

Del P-9 (>1mb)

Del 5Bellanné-Chantelot et al. Diabetes 2005

Mody5: heterogeneous molecular

alterations• 40 patients with "Mody5" phenotype

– DNA sequencing: 18 (45%) pacients with point mutations

– QMPSF: 10 (25%) pacients with large deletions

Mody5 : large spectre clinique

• Diabète sévère : 40% avec symptômes au diagnostic; 71% à l'insuline (15 ans)

• Atrophie pancréatique : 85% des cas testés

– Insuffisance exocrine infraclinique

• Anomalies morphologiques rénales : 100% des cas

– Kystes rénaux, Agénésie rénale unilatérale, Diminution de la taille des reins avec atrophie corticale, Anomalies pyelocalicielles (dilatation), Néphrocalcinose

• IRC d'évolution lente, non expliquée par une ND

• Malformations du tractus génital: 80% des cas testés

– Utérus bicorne, Utérus dédoublé, Aplasie de l'utérus, Aplasie vaginale

– Kystes spermatiques, Agénésie des canaux déférents, hypospadias

• Anomalie des tests hépatiques: 78% des cas

– GT et transaminases entre 1,5 et 10 N

Bellanné-Chantelot et al. Ann. Intern. Med. 2004Bellanné-Chantelot et al. Diabetes 2005

Normal control pancreasF3-II/2 (Lys 164 Gln):

diffuse pancreas atrophy in a 38 year-old man with diabetes

and renal failure

Abdominal CT-Scan

Bellanné-Chantelot et al. Ann Intern Med 2004

• Anomalies morphologiques : 12 / 12

– Agénésie rénale unilatérale : 1 / 12

– Diminution de la taille des reins avec atrophie corticale : 11 / 12

– Anomalies pyelocalicielles (dilatation, aspect convexe) : 7 / 12

– Kystes rénaux : 10 / 12

– Néphrocalcinose : 1 / 12

Bellanné-Chantelot et al. Ann Intern Med 2004

mody5 : atteinte rénale

Mitochondrial DNA

Complex I genes (NADH-ubiquinone dehydrogenase)

Complex III genes (ubiquinol-cytochrome c oxireductase)

Complex IV genes (cytochrome c oxidase)

Complex V genes (ATP synthase)

Transfer RNA genes

Ribosomal RNA genes

Displacement loop

TCyt b

PE

ND6

ND5

HSL

ND4

ND4LR

ND3GCOX IIIATPase 8

ATPase 6KCOX II

D

SCOX I

YC

NAW

ND2

M

I

Q

16S RNA

L

V12S RNA F D-loop

PL

PH

16568 bp

OH

OL

Q Q Cyt c

NADH+H+ NAD

e-

e-

FADH2 FAD

e-

H2O1/2O2+2H+

H+

ADP + P ATP

H+ H+

H+

matrix

intermembranespace

-0.32V +0.82V

Complex

III

III IV Vinnermembrane

Point mutations in mtDNA manifesting primarily as diabetes

tRNA Leu (UUR): 3243A>G, 3252A>G, 3256C>T, 3271T>C, 3290T>C, 3291T>C

Mathews et al.: Proc Soc Exp Biol Med 219: 97-108, 1998

NADH Dehydrogenase subunit 1: 3316G>A, 3348A>G, 3394T>C, 3396T>C, 3423G>T, 3434A>G, 3438G>A, 3447A>G, 3480A>G, 3483G>A, 4216T>C

NADH Dehydrogenase subunit 2: 4917A>G tRNA Cys: 5780G>A tRNA Ser: 7476C>T Citochrome c Oxidase subunit II: 8245A>G, 8251G>A tRNA Lys: 8296A>G, 8344A>G ATPase 6: 8860A>G, 8894G>A, 8993T>G, 8993T>C NADH Dehydrogenase subunit 3: 10398C>T NADH Dehydrogenase subunit 4: 11778T>C tRNA Leu (CUN): 12308A>G tRNA Glu: 14709T>C tRNA Thr: 15904C>T, 15924A>G, 15927G>A, 15928G>A D-loop: 16069C>T, 16093T>C, 16126C>T

Maternally Inherited Diabetes and Deafness

MUTATION WILD TYPE HYPERGLYCEMIAUNTESTED

F254

N

D N D D

D

F190

N N D D D

D D

F551

N D

N

F66

F303

Velho et al.: Diabetes 45: 478-487, 1996

Entrainment by glucose of insulin secretion oscillations in nondiabetic carriers of mtDNA 3243A>G mutation

300

400

500ISR

(pM/min)

300

400

500ISR

(pM/min)

TIME (hours)Velho et al.: Diabetes 45: 478-487, 1996

5

10

15GLYCEMIA

(mM)

100

150

200GIR

(ml/h)

Wild type

5

10

15

0 2 4 6 8 10 12 14 16

GLYCEMIA(mM)

3243A>G

GLUCOSE


insulin

ATP

G-6-P

GLUCOSE

K+

Ca++

pyruvate

ATP-dependentK+ channel

K’

SUR1

Kir6.2K+

tolbutamide

diazoxide

mtDNA

Polygenic forms of type 2 diabetes

Several frequent gene variants

contributing small individual

effects

expressionof diabetes

environmental factors

Des variants dans des gènes régulateurs de la sécrétion d'insuline modulent la susceptibilité au diabète de type 2


Bell et al. Nature, 2001

Pancreatic -cell genes and diabetes

• Glucokinase

• Pyruvate-kinase

• Mitochondrial DNA

• Wolframine

• UCP2

• ATP sensitive K+ channel

• Pancreatic EIF2-a kinase (PERK)

• Insulin (VNTR)

• Insulin receptor, IRSs

• KLF11, HNF1A, HNF4A, TCF7L2, IPF1…

• ………….

Insulin secretion in response to glucose

PANCREATIC -CELL KATP

S S

S S

K K

K K

NBD2NBD1

SUR1 Kir6.2

Ashcroft and Gribble, 1999

outside

inside

GLUCOSE


insulin

ATP

G-6-P

GLUCOSE

K+

Ca++

pyruvate

ATP-dependentK+ channel

K’

SUR1

Kir6.2K+

tolbutamide

diazoxide

Closing of ATP-sensitive K+ channels (IKATP) is a key step in the insulin exocytosis pathway

IKATP is composed of two subunits: the sulfonylurea receptor (SUR), believed to be the ATP/ADP sensor of IKATP

a small inwardly rectifier ion channel (KIR6.2) SUR and KIR6.2 genes are located 4.5 kb apart on chromosome 11p

Pancreatic beta-cell ATP-sensitive K+ channel

GLUCOSE


insulin

ATP

G-6-P

GLUCOSE

K+

Ca++

pyruvate


K’

SUR1

Kir6.2K+

tolbutamide

diazoxide

• Polymorphismes (fréquents)• DT2 polygénique• Obésité• HTA chez les diabétiques de type 2

• Mutation E1506K

• Hyperinsulinisme Hypoglycémie et/ou diabète autosomique dominant

• Mutations activatrices (rares)• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie néonatal persistent. Transmission autosomique

récessive. Hyperplasie diffuse des cellules pancréatiques.

• Mutations activatrices dans l'allèle paterne + perte focale de l'allèle materne• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie néonatal persistent. Forme sporadique. Hyperplasie

focale des cellules pancréatiques.

Phénotypes associés aux variants moléculaires de

SUR1 (ABCC8)

GLUCOSE


insulin

ATP

G-6-P

GLUCOSE

K+

Ca++

pyruvate


K’

SUR1

Kir6.2K+

tolbutamide

diazoxide

A-allele

Chi-square:

p:

Odds ratio:95% CI:

37.1%

7.9

0.005

1.51.1 - 2.1

ABCC8 Exon 31: AGG>AGA (Arg 1272 Arg)

Reis et al.: Hum Genet 107:138-144, 2000

27.6% 43.2%

12.9

0.0003

2.01.4 - 2.9

T2DMAll subjects

(308)

Controls(143)

T2DMage of diagnosis ≤45 years

(103)

A-allele frequency

SUR1 gene and type 2 diabetes

ABCC8 exon 18 :ABCC8 exon 18 :ACC>ACTACC>ACTThr775ThrThr775Thr

Reis et al. 2002

Graded glucose infusion in non diabetic subjects

0

2

4

6

8

0 60 100 140 180 220 260 300

TEMPS (min)G

luco

se(m

g/k

g/m

in)

450400350300250200150100500

1

2

3

4

5

INSULIN (pM)

GL

UC

OS

E C

LE

AR

AN

CE

(ml

/ K

g b

.w.

/ m

in)

Insulin sensitivity

CC

CT

0

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

3 5 7 9 11 13 15

GLUCOSE (mM)

INS

UL

IN S

EC

RE

TIO

N R

AT

E (

pm

ol/k

g/m

in) CC

CT

p<0.03

Allelic variation of SUR1 and insulin-secretion

0

2

4

6

8

0 60 100 140 180 220 260 300

TEMPS (min)

Mutations in the SUR1 (ABCC8) gene causing

Persistant Hyperinsulinemic Hypoglycemia of Infancy (PHHI)

Glaser et al. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2000

Huopio et al. Lancet 2003

SUR1 mutation and autosomal dominant diabetesE1506K


SUR1 mutation and autosomal dominant diabetes

OGTT in diabetic and nondiabetic carriers of E1506K mutation


SUR1 mutation and autosomal dominant diabetes

IVGT in diabetic and nondiabetic carriers of E1506K mutation

• Polymorphismes (fréquents)• DT2 polygénique

• Mutation C42RDiabète autosomique dominant

• Mutations (rares)• Hyperinsulinisme-Hypoglycémie néonatal persistent. Transmission

autosomique récessive. Hyperplasie diffuse des cellules pancréatiques.• Diabète néonatal: formes transitoires et permanentes. Transmission

autosomique dominante

Phénotypes associés aux variants moléculaires de

Kir6.2 (KCNJ11)

GLUCOSE


insulin

ATP

G-6-P

GLUCOSE

K+

Ca++

pyruvate


K’

SUR1

Kir6.2K+

tolbutamide

diazoxide

• METHODS: direct sequencing and PCR-RFLP assays

• POPULATION: 521 French, UK and Danish type 2 diabetic subjects and 367 normoglycemic controls

PATIENTS

CONTROLS

p* (co-dominant):p* (recessive)

Glu/Glu Glu/Lys Lys/Lys

35% 45% 20%

44% 45% 11%

0.0010.01

Glu 23 Lys

Hani et al.: Diabetologia 41: 1511-1515, 1998Inoue et al.: Diabetes 46: 502-507, 1997Sakura et al.: Diabetologia 39: 1223-1236, 1996Hansen et al.: Diabetes 46: 508-512, 1997* adjusted

Kir6.2 (KCNJ11) gene and type 2 diabetes

KCNJ11: E23K

Van Dam et al. Diabetic Medicine 2005

Kir6.2 gene and type 2 diabetes

Meta-analysis: KK vs EE genotype

Yorifuji et al. JCEM 2005

Kir6.2 mutation and autosomal dominant diabetes

*C42R

6 wk22 yr

26 yr

3 yr

age at diagnosis of diabetes

Transient neonatal diabetes mellitus Permanent neonatal diabetes mellitus DEND syndrome: developmental delay, motor (muscle) weakness,

epilepsy, neonatal diabetes Kir6.2 is expressed in pancreatic b-cells, brain, nerves and muscle

Intermediate DEND syndrome (iDEND): developmental delay, motor (muscle) weakness, neonatal diabetes

Neonatal diabetes associated with Kir6.2 (KCNJ11) mutations

Hattersley et al. Diabetes 2005

Mutations in KCNJ11 causing neonatal diabetes

TM: transmembrane domain

Relationship between phenotype, genotype and functional severity of Kir6.2 (KCNJ11) mutations

and polymorphisms

Hattersley et al. Diabetes 2005

cytoplasm

nucleus

HNF-4

Ligand: long-chainFatty acyl-CoAThioesters ?

GRE / Enhancer Promoter

transcription

Hertz et al.: Nature 392:512-516, 1998

Known target genes:- HNF-1HNF- Aldolase B- Glyceraldehyde-3-P dehydrogenase- L-Piruvate kinase- Kir6.2

Stoffel et al.: PNAS 1997Gupta et al.: JCI 2005

Hepatocyte Nuclear Factor 4 alpha (Mody1)

Heike et al. Hum Mol Genet 2001; Silander et al. Diabetes 2004

HNF-4 and type 2 diabetes



Silander et al. Diabetes 2004

HNF-4 and type 2 diabetes

Haplotype Frequencies

TCF7L2 et Diabète de type 2



Nature Genetics 2006

TCF7L2 & T2DM

Grant et al. Nature Genetics 2006





TCF7L2 & T2DM

Zhang et al. Diabetes 2006

TCF7L2 & T2DM

Cauchi et al. Diabetes 2006



Groves et al. Diabetes 2006

TCF7L2 (ou TCF-4) regulates the transcription of proglucagon gene that encodes GLP-1TCF7L2 (ou TCF-4) regulates the transcription of proglucagon gene that encodes GLP-1

GLP-1: peptide released from enteroendocrine cells of the small intestine in response to GLP-1: peptide released from enteroendocrine cells of the small intestine in response to food intake.food intake.

TCF7L2 & GLP-1 (Glucagon-Like Peptide 1)



Actions of GLP-1Actions of GLP-1

It acts on a specific receptor on pancreatic beta It acts on a specific receptor on pancreatic beta cells, stimulating insulin formation and releasecells, stimulating insulin formation and release

This action is glucose-dependent, occurring when This action is glucose-dependent, occurring when blood glucose levels are high and decreasing as blood glucose levels are high and decreasing as they dropthey drop

It inhibits the release of glucagon from alpha It inhibits the release of glucagon from alpha cells, reducing glucose output from the livercells, reducing glucose output from the liver

It It improves insulin sensitivityimproves insulin sensitivity

It slows the emptying of the stomachIt slows the emptying of the stomach and and produces a feeling of fullness, reducing the produces a feeling of fullness, reducing the desire to eat.desire to eat.

TCF7L2 variants and insulin secretion (OGTT)

Florez et al. NEJM 2006

Des variants dans des gènes modulateurs de l'action de l'insuline contribuent à la susceptibilité au diabète de type 2


Glucose metabolism in the liver Signal transduction in insulin action

Saltiel et al. Nature, 2001

Insulin sensitivity genes and T2DM

+ Adiponectin, PGC1, PPAR, Resitin, TNF, Leptin, Leptin receptor, IL2, IL6, UCP2, UCP3, SREBF1, FABP2, GLR….

Adiponectin, energy expenditure and insulin sensitivity

Fasshauer et al. Biochimie 2004

Regulation of Adiponectin in adipocytes

Adiponectin and insulin sensitivity

Adiponectin and type 2 diabetes

Prospectif study of 5200 French Caucasian subjects: 3 year follow-up Allelic associations (odds ratio 1.5 - 4.8)

Increased BMI Increased abdominal fat Hyperglycemia

Low adiponectin levels: predictive of IFG/T2DMFumeron et al. Diabetes 2004

Adiponectin and type 2 diabetes

Fumeron et al. Diabetes 2004

Des variants génétiques peuvent également conférer une protection contre le diabète de type 2


PPAR Pro12Ala polymorphism and risk of T2DM

• PPAR

– Nuclear hormone receptor

– Regulator of adipogenesis

– Target for thiazoladinediones

• The rare 12Ala allele (2-10%):

– Decreased receptor activity

– Lower BMI

– Improved insulin sensitivity(Deeb et al. Nature Genetics, 1998)

– Decreased risk of type 2 diabetes(Altshuler et al. Nature Genetics, 2000)

Meta-analyses

Limites de l'approche gènes candidats

Etude systématique du génome

DMT2 •Etude d'une région restreinte

•Gènes inconnus

•Gènes à priori non candidats

•Grand nombre de genes candidats

Analyses génétiques:-Linkage-Sib-pairs-Association

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

Etude systématique du génome

Sladek et al. Nature Genetics 2007

Genome wide association study for type 2 diabetes



Frayling TM: Nature Genetics 2007

Genome wide association studies for type 2 diabetes



Frayling TM:Nature Genetics 2007

Genome wide association studies for type 2 diabetes



CDKAL1: CDK5 regulatory subunit associated protein 1-like 1; CDKN2: cyclin-dependent kinase inhibitor 2A; FTO: fat mass and obesityassociated; HHEX: haematopoietically expressed homeobox; IDE: insulin-degrading enzyme; IGF2BP2: insulin-like growth factor 2 mRNAbinding protein 2; KCNJ11: potassium inwardly-rectifying channel, subfamily J, member 11; PPARG: peroxisome proliferator-activated receptor-γ; SLC30A8: solute carrier family 30 (zinc transporter), member 8; TCF2: transcription factor 2, hepatic; TCF7L2: transcription factor 7-like 2 (T-cell specific, HMG-box); WFS1: Wolfram syndrome 1

DT2: interactions entre facteurs génétiques et d'environnement

S.I.

f_Env DT2

S.I.

DT2

S.I.

f_Env ND

Intérêts de l'étude génétique du DMT2

Dépister les sujets porteurs de la susceptibilité

génétique

Adopter précocément des mesures hygiéno-diététiques adaptées

Développer de nouvelles

thérapeutiques

Mieux comprendre les mécanismes

physiopathologiques en jeu

Mettre en œuvre des stratégies

thérapeutiques adaptées à chaque groupe étiologique

Etablir une classification plus étiologique du

DTMT2

Diabètes monogéniques - Diabète de type 2 Déterminants Génétiques

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