Cukrzyca monogenowa MODY: gdzie powstaje problem metabolizmu glukozy

W poszukiwaniu prawdopodobnego mechanizmu powstawania zaburzeń w mechanizmie regulacji stężenia glukozy można rozważać dwie drogi: tam, gdzie powstaje energia, czyli w mitochondrium, oraz sam szlak metabolizmu glukozy.

Pierwszy możliwy element patologii to zaburzenie produkcji ATP (molekuły adenozynotrójfosforanu kumulujące energię) w mitochondrium, niezbędnego do prawidłowego metabolizmu glukozy. Powstający pirogronian w trakcie metabolizmu glukozy jest natomiast zużywany przez samo mitochondrium. Punkt styku tych dwóch szlaków jest więc potencjalnym miejscem powstawania problemu z regulacją metabolizmu glukozy.

Najczęstsze z licznych chorób mitochondrialnych w większości są związane z metabolizmem i przemianą energii w organizmie. Najwięcej schorzeń fenotypowo należących do chorób mitochondrialnych objawia się różnego rodzaju miopatiami oraz upośledzeniem wzroku i słuchu, rzadziej cukrzycą.

Cukrzyca monogenowa MODY: hipotezy mechanizmu patologii

W literaturze opisano wariant, który odpowiada za powstawanie cukrzycy bardzo podobnej do cukrzycy MODY — m.3243 zmiana A > G w genie, który koduje tRNA dla aminokwasu leucyny.

Prawdopodobny mechanizm patologii powodowanej przez zmianę 3243 A > G to zmniejszenie sekrecji insuliny indukowanej glukozą przez komórki beta trzustki. Inna zaproponowana hipoteza to przedwczesne starzenie się komórek beta trzustki. Jak dotąd nie udowodniono jednoznacznego mechanizmu molekularnego.

Analiza mitochondrialnego DNA pociąga za sobą problemy metodyczne i interpretacyjne. Największym jest to, że większość patogennych wariantów mtDNA jest heteroplazmatyczna. Oznacza to, że udział wariantu patogennego nie jest 100-procentowy w określonejej puli mitochondriów pochodzących z danej tkanki. Na przykład, w mięśniach udział tej zmiany może być na poziomie 60 proc., w komórkach krwi (limfocytach) — 2 proc., a w komórkach nerwowych — 80 proc.

Procentowy udział i rozkład u danego pacjenta może determinować kompletnie różny fenotyp. Z tym związany jest ogromny problem z interpretacją zależności genotyp/fenotyp wariantów mitochondrialnych. Oprócz tego występują poważne problemy metodologiczne. Jeśli udział określonej zmiany w danych komórkach jest niski (rzędu 2-5 proc.), to wykrycie go standardowymi metodami, takimi jak sekwencjonowanie Sangera, jest niemożliwe.

Zmiana 3243 A > G objawia się najczęściej dwojakim fenotypem. Pierwszym z nich jest MIDD, czyli cukrzyca powiązana z głuchotą. Drugi fenotyp — MELAS — jest związany z mitochondrialną miopatią, encefalopatią i epizodami udarowymi. Przewaga fenotypu zależy od rozkładu i procentowości zmiany heteroplazmatycznej 3243 A > G w tkankach organizmu. W literaturze są opisane te dwa różne fenotypy związane z tą samą zmianą. Wprawdzie udowodniono, że rozkład w różnych tkankach organizmu może być bardzo różny u różnych pacjentów, jednak nie określono, jaki udział procentowy, w których tkankach determinuje który fenotyp.

Cukrzyca monogenowa MODY. Metody badań genomu mitochondrialnego

Rekomendowaną metodą badania w laboratoriach diagnostycznych jest technika sekwencjonowania nowej generacji (NGS), analiza genomu z wysokim pokryciem, czyli ok. 2 tys. razy. Technika ta pozwala wykryć zmiany heteroplazmatyczne o udziale ok. 1 proc. w danej próbce.

Drugą techniką jest Real-Time PCR. Istnieją doniesienia naukowe, które opisują metody badania zmiany 3243 A > G, niestety nie ma dostępnych dedykowanych gotowych zestawów. Ta technika jest w stanie wykryć zmiany heteroplazmatyczne o udziale ok. 2 proc. w danej próbce.

Najczęściej wykorzystywana technika w laboratoriach genetycznych, czyli sekwencjonowanie Sangera, jest w tym przypadku mało przydatna, pozwala bowiem wykrywać zmiany heteroplazmatyczne powyżej ich 30-procentowej obecności.

Cukrzyca monogenowa MODY. Doświadczenia łódzkiego Zakładu Genetyki Klinicznej

Zespół łódzkich naukowców przebadał 346 pacjentów metodą NGS, z uwzględnieniem całego genomu mitochondrialnego mtDNA. U 6 pacjentów (1,7 proc.) wykryto obecność heteroplazmatycznych zmian w miejscu 3243 A > G. Zmiany szukano u pacjentów z cukrzycą nieokreśloną, z podejrzeniem MODY. Poziom heteroplazmy wahał się od 9-44 proc., pokrycie wynosiło średnio ok. 2 tys. razy.

Wnioski końcowe: ok. 2 proc. pacjentów z objawami cukrzycy MODY może być nosicielami zmian w mtDNA. A zmiana 3243 A > G jest jedyną opisaną zmianą skorelowaną w literaturze z fenotypem cukrzycowym typu MODY.

Jak dotąd, w rutynowej diagnostyce mamy do czynienia z trudną interpretacją (kwestia sprzętu) oraz kosztochłonnymi badaniami całego genomu mtDNA z wysokim pokryciem lub z udziałem techniki Real-Time (trudne z powodu braku komercyjnych zestawów do robienia tego ustalonymi metodami wewnętrznymi na bazie doniesień naukowych).

Badacze nadal będą starali się rozwikłać podłoże genetyczne monogenowych form cukrzyc. Temat jest ciekawy od strony sekwencjonowania nowej generacji, analiz bioinformatycznych, informacji pozyskiwanych w ten sposób oraz ze względu na potrzebę znalezienia definicji podłoża genetycznego cukrzyc monogenowych. Diagnostyka ta jest niezbędna, ponieważ definiowanie fenotypu cukrzycy determinuje odrębne postępowanie kliniczne.