Роль ретроэлементов генома человека в развитии сахарного диабета 1-го типа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ретроэлементы (ретротранспозоны и эндогенные ретровирусы) представляют собой класс мобильных генетических элементов, которые перемещаются в геноме путём вставок собственных обратнотранскрибированных транскриптов. Они служат драйверами эпигенетической регуляции, поэтому индивидуальные особенности распределения ретроэлементов в геноме влияют на развитие многофакторных заболеваний. Сахарный диабет 1-го типа — многофакторное заболевание с иммунным ответом против β-клеток поджелудочной железы. Роль наследственности в развитии болезни оценивается в 88%, при этом определяется роль аллельных вариантов различных генов. Выделяют также другие специфические типы сахарного диабета, которые составляют более 2% случаев сахарного диабета и бывают моногенными болезнями с аутосомно-доминантным типом наследования вследствие герминальных мутаций в генах MODY, включающих HNF4A, GCK, HNF1A, HNF1B. У большинства больных сахарным диабетом 1-го типа обнаруживают белковый продукт и рибонуклеиновую кислоту (РНК) ингибитора инсулина HERV-W-Env, что обусловлено аномальной экспрессией эндогенного ретровируса человека (HERV — от англ. human endogenous retrovirus). Сделано предположение о роли ретроэлементов в развитии сахарного диабета 1-го типа. Это обусловлено их вовлечением в филогенетическое формирование эндокринной системы, поскольку в эволюции ретроэлементы оказались источниками регуляторных последовательностей генов гормонов, ядерных рецепторов гормонов и сайтов связывания с ними. Сахарный диабет 1-го типа ассоциирован со встраиванием HERV в область генов HLA-DQ, с аллельными вариантами и размерами вариабельных тандемных повторов VNTR (входящих в состав ретроэлементов SVA), которые регулируют экспрессию гена инсулина и других гормонов. По этой причине вероятно, что в основе развития сахарного диабета 1-го типа могут лежать индивидуальные особенности распределения HERV в геноме человека и их динамические изменения в онтогенезе. HERV играют роль в этиопатогенезе сахарного диабета также посредством активации аутоиммунного ответа, пусковыми факторами которого становятся экзогенные вирусные инфекции и стрессовые воздействия. Таким образом, ретроэлементы участвуют в различных механизмах развития сахарного диабета 1-го типа, что отражает их глобальное регуляторное влияние на эндокринную регуляцию.

Об авторах

Рустам Наилевич Мустафин

Башкирский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ruji79@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4091-382X
SPIN-код: 4810-2535
Scopus Author ID: 56603137500
ResearcherId: S-2194-2018

канд. биол. наук, доц., каф. ­медицинской генетики и фундаментальной медицины

Россия, г. Уфа

Список литературы

  1. Levet S., Charvet B., Bertin A., et al. Human endogenous retroviruses and type 1 diabetes // Curr Diab Rep. 2019. Vol. 19, N. 12. P. 141. doi: 10.1007/s11892-019-1256-9
  2. Gianfrancesco O., Bubb V.J., Quinn J.P. SVA retrotransposons as potential modulators of neuropeptide gene expression // Neuropeptides. 2017. Vol. 64. P. 3–7. doi: 10.1016/j.npep.2016.09.006
  3. Мустафин Р.Н., Хуснутдинова Э.К. Некодирующие части генома как основа эпигенетической наследственности // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017. Т. 21, № 6. С. 742–749. doi: 10.18699/VJ17.30-o
  4. Mustafin R.N., Khusnutdinova E.K. The role of transposons in epigenetic regulation of ontogenesis // Russian Journal of Developmental Biology. 2018. Vol. 8, N. 3. P. 200–209. doi: 10.1134/S1062360418020066
  5. Мустафин Р.Н., Хуснутдинова Э.К. Влияние транспозонов на эндокринную регуляцию старения // Успехи геронтологии. 2020. Т. 33, № 3. С. 418–428. doi: 10.34922/AE.2020.33.3.001
  6. Hoffmann A., Zimmermann C.A., Spengler D. Molecular epigenetic switches in neurodevelopment in health and disease // Front Behav Neurosci. 2015. Vol. 9. P. 120. doi: 10.3389/fnbeh.2015.00120
  7. Klein S.J., O’Neill R.J. Transposable elements: Genome innovation, chromosome diversity, and centromere conflict // Chromosome Res. 2018. Vol. 26. P. 5–23. doi: 10.1007/s10577-017-9569-5
  8. Mason M.J., Speake C., Gersuk V.H., et al. Low HERV-K(C4) copy number is associated with type 1 diabetes // Diabetes. 2014. Vol. 63, N. 5. P. 1789–1795. doi: 10.2337/db13-1382
  9. Zayed H. Genetic epidemiology of type 1 diabetes in the 22 Arab countries // Curr Diab Rep. 2016. Vol. 16. P. 37. doi: 10.1007/s11892-016-0736-4
  10. Дедов И.И., Шестакова М.В., Викулова О.К., и др. Сахарный диабет в Российской Федерации: динамика эпидемиологических показателей по данным Федерального Регистра сахарного диабета за период 2010–2022 гг. // Сахарный диабет. 2023. Т. 26, № 2. С. 104–123.
  11. Tovo P.A., Rabbone I., Tinti D., et al. Enhanced expression of human endogenous retroviruses in new-onset type 1 diabetes: Potential pathogenetic and therapeutic implications // Autoimmunity. 2020. Vol. 53. P. 283–288. doi: 10.1080/08916934.2020.1777281
  12. Zhang N., Huang W., Dong F., et al. Insulin gene VNTR polymorphisms –2221MspI and –23HphI are associated with type 1 diabetes and latent autoimmune diabetes in adults: A meta-analysis // Acta Diabetol. 2015. Vol. 52. P. 1143–1155. doi: 10.1007/s00592-015-0805-1
  13. Redondo M.J., Steck A.K., Pugliese A. Genetics of type 1 diabetes // Pediatr Diabetes. 2018. Vol. 19. P. 346–353. doi: 10.1111/pedi.12597
  14. Мустафин Р.Н. Роль транспозонов в структурной эволюции геномов эукариот // Гены и клетки. 2021. Т. 16, № 2. С. 23–30. doi: 10.23868/202107001
  15. Mariaselvam C.M., Seth G., Kavadichanda C., et al. Low C4A copy numbers and higher HERV gene insertion contributes to increased risk of SLE, with absence of association with disease phenotype and disease activity // Immunol Res. 2024. doi: 10.1007/s12026-024-09475-8
  16. Мустафин Р.Н. Вклад транспозонов в эпигенетическую регуляцию эмбриогенеза // Гены и клетки. 2021. Т. 16, № 1. С. 10–14. doi: 10.23868/202104001
  17. Johnson S.R., Ellis J.J., Leo P.J., et al. Comprehensive genetic screening: The prevalence of maturity-onset diabetes of the young gene variants in a population-based childhood diabetes cohort // Pediatr Diabetes. 2019. Vol. 20. P. 57–64. doi: 10.1111/pedi.12766
  18. Johnson S.R., McGown I., Oppermann U., et al. A novel INS mutation in a family with maturity-onset diabetes of the young: Variable insulin secretion and putative mechanisms // Pediatr Diabetes. 2018. Vol. 19. P. 905–909. doi: 10.1111/pedi:12679
  19. Polychronakos C., Li Q. Understanding type 1 diabetes through genetics: Advances and prospects // Nature Rev Genet. 2011. Vol. 12. P. 781–192. doi: 10.1038/nrg3069
  20. Redondo M.J., Onengut-Gumuscu S., Gaulton K.J., et al. Genetics of type 1 diabetes. In: Diabetes in America. Bethesda (MD): National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK), 2023. PMID: 38117927
  21. Žak R., Navasardyan L., Hunák J., et al. PTPN22 intron polymorphism rs1310182 (c.2054-852T>C) is associated with type 1 diabetes mellitus in patients of Armenian descent // PLoS One. 2023. Vol. 18, N. 6. e0286743. doi: 10.1371/journal.pone.0286743
  22. Noble J.A., Besancon S., Sidibe A.T., et al. Complete HLA genotyping of type 1 diabetes patients and controls from Mali reveals both expected and novel disease associations // HLA. 2024. Vol. 103, N. 1. Р. e15319. doi: 10.1111/tan.15319
  23. Chuong E.B. The placenta goes viral: Retroviruses control gene expression in pregnancy // PLoS Biol. 2018. Vol. 16, N. 10. Р. e3000028. doi: 10.1371/journal.pbio.3000028
  24. Štangar A., Kovač J., Šket R., et al. Contribution of retrotransposons to the pathogenesis of type 1 diabetes and challenges in analysis methods // Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, N. 4. Р. 3104. doi: 10.3390/ijms24043104
  25. Mestrovic N., Mravinac B., Pavlek M., et al. Structural and functional liaisons between transposable elements and satellite DNAs // Chromosome Res. 2015. Vol. 23. P. 583–596. doi: 10.1007/s10577-015-9483-7
  26. Carone D.M., Zhang C., Hall L.E., et al. Hypermorphic expression of centromeric retroelement-encoded small RNAs impairs CENP-A loading // Chromosome Res. 2013. Vol. 21, N. 1. P. 49–62. doi: 10.1007/s10577-013-9337-0
  27. Yadav V., Sun S., Billmyre R.B., et al. Eukaryote geneome. RNAi is a critical determinant of centromere evolution in closely related fungi // PNAS USA. 2018. Vol. 115. P. 3108–3113. doi: 10.1073/pnas.1713725115
  28. Hayashi S., Honda Y., Kanesaki E., Koga A. Marsupial satellite DNA as faithful reflections of long-terminal repeat retroelement structure // Genome. 2022. Vol. 65, N. 9. P. 469–478. doi: 10.1139/gen-2022-0039
  29. Zattera M.L., Bruschi D.P. Transposable elements as a source of novel repetitive DNA in the eukaryote geneome // Cells. 2022. Vol. 11, N. 21. P. 3373. doi: 10.3390/cells11213373
  30. Heikkinen E., Launonen V., Muller E., Bachmann L. The pvB370 BamHI satellite DNA family of the Drosophila virilis group and its evolutionary relation to mobile dispersed genetic pDv elements // J Mol Evol. 1995. Vol. 41. P. 604–614. doi: 10.1007/BF00175819
  31. Chen H., Chen L., Wu Y., et al. The exonization and functionalization of an Alu-J element in the protein coding region of glycoprotein hormone alpha gene represent a novel mechanism to the evolution of hemochorial placentation in primates // Mol Biol Evol. 2017. Vol. 34, N. 12. P. 3216–3231. doi: 10.1093/molbev/msx252
  32. Annibalini G., Bielli P., De Santi M., et al. MIR retroposon exonization promotes evolutionary variability and generates species-specific expression of IGF-1 splice variants // Biochim Biophys Acta. 2016. Vol. 1859. P. 757–768. doi: 10.1016/j.bbagrm.2016.03.014
  33. Zeberg H., Kelso J., Paabo S. The neandertal progesterone receptor // Mol Biol Evol. 2020. Vol. 37, N. 9. Р. 2655–2660. doi: 10.1093/molbev/msaa119
  34. Mir R., Altayar M.A., Hamadi A., et al. Molecular determination of progesterone receptor's PROGINS allele (Alu insertion) and its association with the predisposition and susceptibility to polycystic ovary syndrome (PCOS) // Mamm Genome. 2022. Vol. 33, N. 3. Р. 508–516. doi: 10.1007/s00335-021-09941-w
  35. Lapp H.E., Hunter R.G. The dynamic genome: Transposons and environmental adaptation in the nervous system // Epigenomics. 2016. Vol. 8. P. 237–239. doi: 10.2217/epi.15.107
  36. Hunter R.G., Gagnidze K., McEwen B.S., Pfaff D.W. Stress and the dynamic genome: Steroids, epigenetics, and the transposome // PNAS USA. 2014. Vol. 112. Р. 6828–6833. doi: 10.1073/pnas.1411260111
  37. Bergallo M., Galliano I., Montanari P., et al. CMV induces HERV-K and HERV-W expression in kidney transplant recipients // J Clin Virol. 2015. Vol. 68. P. 28–31. doi: 10.1016/j.jcv.2015.04.018
  38. Wieland L., Schwarz T., Engel K., et al. Epstein–Barr virus-induced genes and endogenous retroviruses in immortalized B cells from patients with multiple sclerosis // Cells. 2022. Vol. 11, N. 22. P. 3619. doi: 10.3390/cells11223619
  39. Bian X., Wallstrom G., Davis A., et al. Immunoproteomic profiling of antiviral antibodies in new-onset type 1 diabetes using protein arrays // Diabetes. 2016. Vol. 65. P. 285–296. doi: 10.2337/db15-0179
  40. Richardson S.J., Leete P., Bone A.J., et al. Expression of the enteroviral capsid protein VP1 in the islet cells of patients with type 1 diabetes is associated with induction of protein kinase R and downregulation of Mcl-1 // Diabetologia. 2013. Vol. 56. P. 185–193. doi: 10.1007/s00125-012-2745-4
  41. Krogvold L., Edwin B., Buanes T., et al. Detection of a low-grade enteroviral infection in the islets of langerhans of living patients newly diagnosed with type 1 diabetes // Diabetes. 2015. Vol. 64. P. 1682–1687. doi: 10.2337/db14-1370
  42. Levet S., Medina J., Joanou J., et al. An ancestral retroviral protein identified as a therapeutic target in type-1 diabetes // JCI Insight. 2017. Vol. 2. Article ID: e94387. doi: 10.1172/jci.insight.94387
  43. Curtin F., Bernard C., Levet S., et al.; RAINBOW-T1D investigators. A new therapeutic approach for type 1 diabetes: Rationale for GNbAC1, an anti-HERV-W-Env monoclonal antibody // Diabetes Obes Metab. 2018. Vol. 20. P. 2075–2084. doi: 10.1111/dom.13357
  44. Bashratyan R., Regn D., Rahman M.J., et al. Type 1 diabetes pathogenesis is modulated by spontaneous autoimmune responses to endogenous retrovirus antigens in NOD mice // Eur J Immunol. 2017. Vol. 47, N. 3. Р. 575–584. doi: 10.1002/eji.201646755
  45. Niegowska M., Wajda-Cuszlag M., Stepien-Ptak G., et al. Anti-HERV-W Env antibodies are correlated with seroreactivity against Mycobacterium avium subsp. Paratuberculosis in children and youths at T1D risk // Sci Rep. 2019. Vol. 9. P. 6282. doi: 10.1038/s41598-019-42788-5
  46. Мустафин Р.Н. Перспективы исследования транспозонов в патогенезе аутоиммунных заболеваний // Казанский медицинский журнал. 2022. Т. 103, № 6. С. 986–995. doi: 10.17816/KMJ104291
  47. Dai Y.D., Dias P., Margosiak A., et al. Endogenous retrovirus Gag antigen and its gene variants are unique autoantigens expressed in the pancreatic islets of non-obese diabetic mice // Immunol Lett. 2020. Vol. 223. P. 62–70. doi: 10.1016/j.imlet.2020.04.007
  48. Pastuzyn E.D., Day C.E., Kearns R.B., et al. The neuronal gene arc encodes a repurposed retrotransposon Gag protein that mediates intercellular RNA transfer // Cell. 2018. Vol. 172. P. 275–288. doi: 10.1016/j.cell.2017.12.024
  49. Mustafin R.N., Khusnutdinova E.K. Perspecitve for studing the relationship of miRNAs with transposable elements // Curr Issues Mol Biol. 2023. Vol. 45, N. 4. P. 3122–3145.
  50. Lakhter A.J., Pratt R.E., Moore R.E., et al. Beta cell extracellular vesicle miR-21-5p cargo is increased in response to inflammatory cytokines and serves as a biomarker of type 1 diabetes // Diabetologia. 2018. Vol. 61. P. 1124–1134. doi: 10.1007/s00125-018-4559-5
  51. Nabih E.S., Andrawes N.G. The association between circulating levels of miRNA-181a and pancreatic beta cells dysfunction via SMAD7 in type 1 diabetic children and adolescents // J Clin Lab Anal. 2016. Vol. 30. P. 727–731. doi: 10.1002/jcla.21928
  52. Margaritis K., Margioula-Siarkou G., Margioula-Siarkou C., et al. Circulating serum and plasma levels of micro-RNA in type-1 diabetes in children and adolescents: A systematic review and meta-analysis // Eur J Clin Invest. 2021. Vol. 51, N. 7. Р. e13510. doi: 10.1111/eci.13510
  53. Yang M., Ye L., Wang B., et al. Decreased miR-146 expression in peripheral blood mononuclear cells is correlated with ongoing islet autoimmunity in type 1 diabetes patients 1miR-146 // J Diabetes. 2015. Vol. 7. P. 158–165.
  54. Zhang Y., Feng Z.P., Naselli G., et al. MicroRNAs in CD4(+) T cell subsets are markers of disease risk and T cell dysfunction in individuals at risk for type 1 diabetes // J Autoimmun. 2016. Vol. 68. P. 52–61. doi: 10.1016/j.jaut.2015.12006
  55. De Jong V.M., van der Slik A.R., Laban S., et al. Survival of autoreactive T lymphocytes by microRNA-mediated regulation of apoptosis through TRAIL and Fas in type 1 diabetes // Genes Immun. 2016. Vol. 17. P. 342–348.
  56. Shen Z., Yu Y., Yang Y., et al. miR-25 and miR-92b regulate insulin biosynthesis and pancreatic β-cell apoptosis // Endocrine. 2022. Vol. 76, N. 3. P. 526–535. doi: 10.1007/s12020-022-03016-9
  57. Sedgeman L.R., Beysen C., Solano M.A.R., et al. Beta cell secretion of miR-375 to HDL is inversely associated with insulin secretion // Sci Rep. 2019. Vol. 9, N. 1. P. 3803. doi: 10.1038/s41598-019-40338-7
  58. Wei G., Qin S., Li W., et al. MDTE DB: A database for microRNAs derived from transposable element // IEEE/ACM Trans Comput Biol Bioinform. 2016. Vol. 13. P. 1155–1160.
  59. Tesovnik T., Kovač J., Pohar K., et al. Extracellular vesicles derived human-miRNAs modulate the immune system in type 1 diabetes // Front Cell Dev Biol. 2020. Vol. 8. P. 202. doi: 10.3389/fcell.2020.00202
  60. Morales-Sanchez P., Lambert C., Ares-Blanco J., et al. Circulating miRNA expression in long-standing type 1 diabetes mellitus // Sci Rep. 2023. Vol. 13. P. 8611. doi: 10.1038/s41598-023-35836-8
  61. Han Q., Zhang Y., Jiao T., et al. Urinary sediment microRNAs can be used as potential noninvasive biomarkers for diagnosis, reflecting the severity and prognosis of diabetic nephropathy // Nutr Diabetes. 2021. Vol. 11, N. 1. P. 24. doi: 10.1038/s41387-021-00166-z
  62. Liu L., Yan J., Xu H., et al. Two novel microRNA biomarkers related to beta-cell damage and their potential values for early diagnosis of type 1 diabetes // J Clin Endocrinol Metab. 2018. Vol. 103, N. 4. P. 1320–1329. doi: 10.1210/jc.2017-01417
  63. Takahashi P., Xavier D., Evangelista A.F., et al. MicroRNA expression profiling and functional annotation analysis of their targets in patients with type 1 diabetes mellitus // Gene. 2014. Vol. 539. P. 213–223. doi: 10.1016/j.gene.2014.01.075
  64. Ferraz R.S., Santos L.C.B., da-Silva-Cruz R.L., et al. Global miRNA expression reveals novel nuclear and mitochondrial interactions in type 1 diabetes mellitus // Front Endocrinol (Lausanne). 2022. Vol. 13. P. 1033809. doi: 10.3389/fendo.2022.1033809
  65. Bacon S., Engelbrecht B., Schmid J., et al. MicroRNA-224 is readily detectable in urine of individuals with diabetes mellitus and is a potential Indicator of beta-cell demise // Genes. 2015. Vol. 6. P. 399–416. doi: 10.3390/genes6020399
  66. Azhir Z., Dehghanian F., Hojati Z. Increased expression of microRNAs, miR-20a and miR-326 in PBMCs of patients with type 1 diabetes // Mol Biol Rep. 2018. Vol. 45, N. 6. P. 1973–1980. doi: 10.1007/s11033-018-4352-z
  67. Ghaffari M., Razi S., Zalpoor H., et al. Association of microRNA-146a with type 1 and 2 diabetes and their related complivations // J Diabetes Res. 2023. Vol. 2023. P. 2587104. doi: 10.1155/2023/2587104
  68. Curtin F., Champion B., Davoren P., et al. A safety and pharmacodynamics study of temelimab, and antipathogenic human endogenous retrovirus type W envelope monoclonal antibody, in patients with type 1 diabetes // Diabetes Obes Metab. 2020. Vol. 22. P. 1111–1121. doi: 10.1111/dom.14010

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Роль ретроэлементов в формировании эндокринной системы в эволюции

Скачать (41KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема влияния ретроэлементов на гены лейкоцитарные антигены главного комплекса гистосовместимости человека (HLA) в патогенезе сахарного диабета 1-го типа

Скачать (26KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Механизмы участия ретроэлементов в аутоиммунных процессах при сахарном диабете 1-го типа; HLA — лейкоцитарные антигены главного комплекса гистосовместимости человека

Скачать (63KB)
Метаданные

© 2024 Эко-Вектор

Creative Commons License

Эта статья доступна по лицензии
Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.




Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах