Dossier thématique Épigénétique Le coin biblio de la SFD
Méthylation de l’ADN et insulinorésistance : un nouveau marqueur identifié Hidalgo B, et al. Epigenome-wide association study of fasting measures of glucose, insulin, and HOMA-IR in the Genetics of lipid lowering drugs and diet network study. Diabetes 2014;63(2):801-7.
L’
étude des traits métaboliques intermédiaires du diabète de type 2 (DT2) a permis d’identifier chez des individus non diabétiques de nouveaux marqueurs génétiques de DT2 [1]. Dans cette étude, les auteurs se sont intéressés à l’épigénétique, c’est-à-dire l’analyse des modifications transmissibles et réversibles de l’expression des gènes ne s’accompagnant pas de changements des séquences nucléotidiques. L’expression d’un gène peut, par exemple, être influencée par une modification chimique de l’ADN : la méthylation de cytosine en 5-méthylcytosine dans les dimères CpG de l’ADN. Selon le nombre de CpG et leur localisation, une faible méthylation se traduit le plus souvent par une forte expression du gène alors qu’un haut niveau de méthylation réprime l’expression du gène. C’est pourquoi les auteurs ont analysé les profils épigénétiques de 837 sujets non diabétiques issus de l’étude GOLDN (« Genetics of lipid lowering drugs and diet network ») afin d’identifier des sites différentiellement méthylés pouvant influencer des marqueurs biologiques tels que la glycémie à jeun, l’insulinémie à jeun et l’index HOMA-IR (« Homeostasis model assessment of insulin resistance »). Les individus ont été divisés en 2 groupes : un groupe dit de « découverte » (n = 544) et un groupe dit de « réplication » (n = 293) qui n’étaient pas différents du point de vue de leurs caractéristiques cliniques et biologiques (âge, sex ratio, glycémie et insulinémie à jeun). Dans les deux groupes, les sujets avaient en moyenne 48 ans, étaient composés à moitié de femmes et avaient des valeurs semblables de glycémie et d’insulinémie à jeun ainsi que de HOMA-IR.
Cette étude épigénétique s’est concentrée sur l’analyse des cellules T CD4+ isolées à partir du sang total. La méthylation de l’ADN a été évaluée par une puce « Human Methylation450 BeadChip » (Illumina) qui permet d’étudier plus de 450 000 sites CpG (3/4 centrés sur les régions géniques et 1/4 dans les régions intergéniques). Les auteurs ont aussi génotypé l’ensemble des individus inclus dans l’étude par une approche pangénomique (480 000 variations génétiques) à l’aide d’une puce « Genome-Wide Human 6.0 » (Affymetrix). Les analyses de corrélation dans le groupe de découverte ont permis d’identifier un site CpG dans une région intronique du gène ABCG1 (proche d’un ilot CpG), dont la méthylation était associée à l’augmentation de l’insulinémie à jeun (p = 1,83 x 10-7) et à l’augmentation de l’index HOMA-IR (p = 1,6 x 10-9). Par contre, aucun des sites présents sur la puce n’a été significativement associé à la glycémie à jeun. Dans le groupe de réplication, les auteurs ont retrouvé une tendance à l’association entre l’insulinémie à jeun (p = 5,75 x 10-3) et l’index HOMA-IR (p = 1,25 x 10-3) pour le site CpG du gène ABCG1. Par la suite, les auteurs ont recherché les variations génétiques localisées dans la région du site CpG qu’ils avaient mis en évidence. Dans une fenêtre de 20 kb autour du site CpG, 37 polymorphismes ont ainsi pu être identifiés. Des corrélations entre le pourcentage de méthylation et la présence de certains allèles ont été mises en évidence (2,26 x 10-4 < p < 0,84). Certains de ces polymorphismes tendaient à être associés à l’insulinémie à jeun (1 x 10-2 < p < 0,05) et à l’index HOMA-IR (1,3 x 10-3 < p < 0,95).
© 2015 - Elsevier Masson SAS - Tous droits réservés. Médecine des maladies Métaboliques - Juin 2015 – Vol. 9 – Hors-série n° 1
Cette étude confirme donc qu’il peut exister des liens entre variations génétiques et épigénétiques associées aux maladies métaboliques [2]. La protéine ABCG1 est membre de la superfamille des transporteurs ABC (ATP-Binding Cassette) qui transportent diverses molécules à travers les membranes cellulaires. Elle est impliquée dans le transport du cholestérol et des phospholipides dans les macrophages et pourrait réguler l’homéostasie lipidique dans d’autres types cellulaires. Chez les souris, ABCG1 semble réguler la distribution du cholestérol au niveau subcellulaire des cellules bêtapancréatiques [3]. Une autre étude a montré que chez les patients DT2, l’expression du gène ABCG1 et l’efflux de cholestérol étaient diminués, ce qui était corrélé avec une accumulation de cholestérol intracellulaire [4]. De plus, ABCG1 a été impliqué dans la réponse inflammatoire des îlots pancréatiques et la dysfonction des transports ABC a été associée à une diminution de sécrétion d’insuline [5,6]. Cependant, l’étude de la « Copenhagen general population study » n’a pas mis en évidence de lien entre les variations génétiques codantes du gène ABCG1 et le risque de DT2 chez plus de 40 000 personnes [7]. Les études pangénomiques n’ont pas non plus identifié de marqueurs génétiques dans cette région du génome [1]. Néanmoins, ces analyses ne considéraient pas les interactions possibles entre la génétique et l’épigénétique. Il y a plusieurs limites à cette étude. Tout d’abord, les lymphocytes T CD4+ ne sont peut-être pas les cellules les plus intéressantes à étudier quand on étudie le DT2. Les auteurs rapportent notamment de possibles
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Épigénétique Le coin biblio de la SFD contaminations (par exemple des neutrophiles CD15+ et des monocytes CD14+) et une altération de la méthylation de l’ADN due aux différentes décongélations des échantillons. Ils estiment néanmoins que ces cellules constituent un choix judicieux quand on étudie la méthylation globale de l’ADN, même si elle est souvent tissuspécifique. Ces cellules ont été choisies pour trois raisons : 1) les résultats sont interprétables alors que le fait d’analyser du sang total aurait pu entraîner des biais dus à la composition variable en différents types cellulaires (car leurs profils épigénétiques sont souvent différents), 2) des gènes clés du métabolisme du glucose sont aussi exprimés dans les lymphocytes (comme GLUT1 par exemple), 3) ces cellules sont disponibles dans la plupart des collections
de tissus d’individus sains, ce qui permet d’envisager une réplication des résultats. On peut aussi noter que les analyses statistiques n’ont pas été ajustées pour l’indice de masse corporelle et on aurait souhaité avoir une étude d’expression sur le gène ABCG1. Enfin, l’insulinémie et la glycémie à jeun, ainsi que les indices qui en découlent ne reflètent pas parfaitement l’insulinorésistance. Cependant, cette étude a au moins le mérite de montrer la voie à d’autres analyses portant sur l’impact des interactions entre facteurs génétiques et épigénétiques sur le risque de développer un DT2. Stéphane Cauchi • Mots-clés : méthylation de l’ADN – diabète de type 2 – insulinorésistance.
Références [1] Dupuis J, et al. New genetic loci implicated in fasting glucose homeostasis and their impact on type 2 diabetes risk. Nat Genet 2010;42:105-16. [2] Slomko H, et al. Minireview: Epigenetics of obesity and diabetes in humans. Endocrinology 2012;153:1025-30. [3] Sturek JM, et al. An intracellular role for ABCG1-mediated cholesterol transport in the regulated secretory pathway of mouse pancreatic beta cells. J Clin Invest 2010;120:2575-89. [4] Mauldin JP, et al. Reduced expression of ATP-binding cassette transporter G1 increases cholesterol accumulation in macrophages of patients with type 2 diabetes mellitus. Circulation 2008;117:2785-92. [5] Kruit JK, et al. HDL and LDL cholesterol significantly influence beta-cell function in type 2 diabetes mellitus. Curr Opin Lipidol 2010;21:178-85. [6] Kruit JK, et al. Loss of both ABCA1 and ABCG1 results in increased disturbances in islet sterol homeostasis, inflammation, and impaired beta-cell function. Diabetes 2012;61:659-64. [7] Schou J, et al. ABC transporter genes and risk of type 2 diabetes: a study of 40 000 individuals from the general population. Diabetes Care 2012;35:2600-6.
Médecine des maladies Métaboliques - Juin 2015 – Vol. 9 – Hors-série n° 1
Méthylation de l’ADN et insulinorésistance : un nouveau marqueur identifié Hidalgo B, et al. Epigenome-wide association study of fasting measures of glucose, insulin, and HOMA-IR in the Genetics of lipid lowering drugs and diet network study. Diabetes 2014;63(2):801-7.
L’
étude des traits métaboliques intermédiaires du diabète de type 2 (DT2) a permis d’identifier chez des individus non diabétiques de nouveaux marqueurs génétiques de DT2 [1]. Dans cette étude, les auteurs se sont intéressés à l’épigénétique, c’est-à-dire l’analyse des modifications transmissibles et réversibles de l’expression des gènes ne s’accompagnant pas de changements des séquences nucléotidiques. L’expression d’un gène peut, par exemple, être influencée par une modification chimique de l’ADN : la méthylation de cytosine en 5-méthylcytosine dans les dimères CpG de l’ADN. Selon le nombre de CpG et leur localisation, une faible méthylation se traduit le plus souvent par une forte expression du gène alors qu’un haut niveau de méthylation réprime l’expression du gène. C’est pourquoi les auteurs ont analysé les profils épigénétiques de 837 sujets non diabétiques issus de l’étude GOLDN (« Genetics of lipid lowering drugs and diet network ») afin d’identifier des sites différentiellement méthylés pouvant influencer des marqueurs biologiques tels que la glycémie à jeun, l’insulinémie à jeun et l’index HOMA-IR (« Homeostasis model assessment of insulin resistance »). Les individus ont été divisés en 2 groupes : un groupe dit de « découverte » (n = 544) et un groupe dit de « réplication » (n = 293) qui n’étaient pas différents du point de vue de leurs caractéristiques cliniques et biologiques (âge, sex ratio, glycémie et insulinémie à jeun). Dans les deux groupes, les sujets avaient en moyenne 48 ans, étaient composés à moitié de femmes et avaient des valeurs semblables de glycémie et d’insulinémie à jeun ainsi que de HOMA-IR.
Cette étude épigénétique s’est concentrée sur l’analyse des cellules T CD4+ isolées à partir du sang total. La méthylation de l’ADN a été évaluée par une puce « Human Methylation450 BeadChip » (Illumina) qui permet d’étudier plus de 450 000 sites CpG (3/4 centrés sur les régions géniques et 1/4 dans les régions intergéniques). Les auteurs ont aussi génotypé l’ensemble des individus inclus dans l’étude par une approche pangénomique (480 000 variations génétiques) à l’aide d’une puce « Genome-Wide Human 6.0 » (Affymetrix). Les analyses de corrélation dans le groupe de découverte ont permis d’identifier un site CpG dans une région intronique du gène ABCG1 (proche d’un ilot CpG), dont la méthylation était associée à l’augmentation de l’insulinémie à jeun (p = 1,83 x 10-7) et à l’augmentation de l’index HOMA-IR (p = 1,6 x 10-9). Par contre, aucun des sites présents sur la puce n’a été significativement associé à la glycémie à jeun. Dans le groupe de réplication, les auteurs ont retrouvé une tendance à l’association entre l’insulinémie à jeun (p = 5,75 x 10-3) et l’index HOMA-IR (p = 1,25 x 10-3) pour le site CpG du gène ABCG1. Par la suite, les auteurs ont recherché les variations génétiques localisées dans la région du site CpG qu’ils avaient mis en évidence. Dans une fenêtre de 20 kb autour du site CpG, 37 polymorphismes ont ainsi pu être identifiés. Des corrélations entre le pourcentage de méthylation et la présence de certains allèles ont été mises en évidence (2,26 x 10-4 < p < 0,84). Certains de ces polymorphismes tendaient à être associés à l’insulinémie à jeun (1 x 10-2 < p < 0,05) et à l’index HOMA-IR (1,3 x 10-3 < p < 0,95).
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Cette étude confirme donc qu’il peut exister des liens entre variations génétiques et épigénétiques associées aux maladies métaboliques [2]. La protéine ABCG1 est membre de la superfamille des transporteurs ABC (ATP-Binding Cassette) qui transportent diverses molécules à travers les membranes cellulaires. Elle est impliquée dans le transport du cholestérol et des phospholipides dans les macrophages et pourrait réguler l’homéostasie lipidique dans d’autres types cellulaires. Chez les souris, ABCG1 semble réguler la distribution du cholestérol au niveau subcellulaire des cellules bêtapancréatiques [3]. Une autre étude a montré que chez les patients DT2, l’expression du gène ABCG1 et l’efflux de cholestérol étaient diminués, ce qui était corrélé avec une accumulation de cholestérol intracellulaire [4]. De plus, ABCG1 a été impliqué dans la réponse inflammatoire des îlots pancréatiques et la dysfonction des transports ABC a été associée à une diminution de sécrétion d’insuline [5,6]. Cependant, l’étude de la « Copenhagen general population study » n’a pas mis en évidence de lien entre les variations génétiques codantes du gène ABCG1 et le risque de DT2 chez plus de 40 000 personnes [7]. Les études pangénomiques n’ont pas non plus identifié de marqueurs génétiques dans cette région du génome [1]. Néanmoins, ces analyses ne considéraient pas les interactions possibles entre la génétique et l’épigénétique. Il y a plusieurs limites à cette étude. Tout d’abord, les lymphocytes T CD4+ ne sont peut-être pas les cellules les plus intéressantes à étudier quand on étudie le DT2. Les auteurs rapportent notamment de possibles
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Épigénétique Le coin biblio de la SFD contaminations (par exemple des neutrophiles CD15+ et des monocytes CD14+) et une altération de la méthylation de l’ADN due aux différentes décongélations des échantillons. Ils estiment néanmoins que ces cellules constituent un choix judicieux quand on étudie la méthylation globale de l’ADN, même si elle est souvent tissuspécifique. Ces cellules ont été choisies pour trois raisons : 1) les résultats sont interprétables alors que le fait d’analyser du sang total aurait pu entraîner des biais dus à la composition variable en différents types cellulaires (car leurs profils épigénétiques sont souvent différents), 2) des gènes clés du métabolisme du glucose sont aussi exprimés dans les lymphocytes (comme GLUT1 par exemple), 3) ces cellules sont disponibles dans la plupart des collections
de tissus d’individus sains, ce qui permet d’envisager une réplication des résultats. On peut aussi noter que les analyses statistiques n’ont pas été ajustées pour l’indice de masse corporelle et on aurait souhaité avoir une étude d’expression sur le gène ABCG1. Enfin, l’insulinémie et la glycémie à jeun, ainsi que les indices qui en découlent ne reflètent pas parfaitement l’insulinorésistance. Cependant, cette étude a au moins le mérite de montrer la voie à d’autres analyses portant sur l’impact des interactions entre facteurs génétiques et épigénétiques sur le risque de développer un DT2. Stéphane Cauchi • Mots-clés : méthylation de l’ADN – diabète de type 2 – insulinorésistance.
Références [1] Dupuis J, et al. New genetic loci implicated in fasting glucose homeostasis and their impact on type 2 diabetes risk. Nat Genet 2010;42:105-16. [2] Slomko H, et al. Minireview: Epigenetics of obesity and diabetes in humans. Endocrinology 2012;153:1025-30. [3] Sturek JM, et al. An intracellular role for ABCG1-mediated cholesterol transport in the regulated secretory pathway of mouse pancreatic beta cells. J Clin Invest 2010;120:2575-89. [4] Mauldin JP, et al. Reduced expression of ATP-binding cassette transporter G1 increases cholesterol accumulation in macrophages of patients with type 2 diabetes mellitus. Circulation 2008;117:2785-92. [5] Kruit JK, et al. HDL and LDL cholesterol significantly influence beta-cell function in type 2 diabetes mellitus. Curr Opin Lipidol 2010;21:178-85. [6] Kruit JK, et al. Loss of both ABCA1 and ABCG1 results in increased disturbances in islet sterol homeostasis, inflammation, and impaired beta-cell function. Diabetes 2012;61:659-64. [7] Schou J, et al. ABC transporter genes and risk of type 2 diabetes: a study of 40 000 individuals from the general population. Diabetes Care 2012;35:2600-6.
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