Fine-scale haplotype mapping of MUT, AACS, SLC6A15 and PRKCA genes indicates association with insulin resistance of metabolic syndrome and relationship with branched chain amino acid metabolism or regulation

• DOI: 10.1371/journal.pone.0214122
• Publication Date: 2019-03-26T20:33:25Z
• Authors: Sara Haydar; Florin Grigorescu; Mădălina Vintilă; Yannick Cogne; Corinne Lautier; Yildiz Tutuncu; Jean Frederic Brun; Jean Marie Robine; Michel Pugeat; Christophe Normand; Patrick Poucheret; Monica Livia Gheo...; Carmen Georgescu; Corin Badiu; Nicoleta Băculescu; Eric Renard; Dorina Ylli; Stephanie Badiou; Thibault Sutra; Jean Paul Cristol; Jacques Mercier; Ramon Gomis; Josep Maria Macias; Serghey Litvinov; Elza Khusnutdinova; Catalina Poiana; Renato Pasquali; Davide Lauro; Giorgio Sesti; Sabrina Prudente; Vincenzo Trischitta; Agathocles Tsatso...; Sonia Abdelhak; Abdelhamid Barakat; Akila Zenati; Agron Ylli; Ilhan Satman; Timo Kanninen; Yves Rinato; Sasa Missoni
• Keywords: Male; 0301 basic medicine; [SDV]Life Sciences [q-bio]; Gene; Endocrinology; Haplotype; Insulin; MESH: Nerve Tissue Proteins; MESH: Amino Acid Transport Systems, Neutral; 61 - Medicina; Metabolic Syndrome; Single-nucleotide polymorphism; 2. Zero hunger; MESH: Middle Aged; MESH: Polymorphism, Single Nucleotide; Q; Aminoacids; human diet; obesity; metabolism; R; Life Sciences; Middle Aged; Advances in Metabolomics Research; Analysis of Gene Interaction Networks; MESH: Insulin Resistance; Medicine; Obesitat; Female; MESH: Protein Kinase C-alpha; Research Article; Adult; Genome-wide association study; Protein Kinase C-alpha; Genotype; MESH: Metabolic Syndrome; Haplotype Mapping; Science; 610; Nerve Tissue Proteins; Gene Set Enrichment Analysis; Polymorphism, Single Nucleotide; 03 medical and health sciences; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; 616; Genetics; Humans; Metabolomics; Molecular Biology; Biology; Insulinoresistència; MESH: Humans; Settore MED/13 - ENDOCRINOLOGIA; MESH: Adult; Insulin resistance; MESH: Haplotypes; MESH: Male; Genomic Studies and Association Analyses; Amino Acid Transport Systems, Neutral; Haplotypes; FOS: Biological sciences; Insulin Resistance; MESH: Female; Amino Acids, Branched-Chain; MESH: Amino Acids, Branched-Chain

Los aminoácidos de cadena ramificada (BCAA) son elementos esenciales de la dieta humana, que muestran un aumento de los niveles plasmáticos en la obesidad y recuperaron un interés particular como posibles biomarcadores para el desarrollo de la diabetes. Para definir los determinantes de la resistencia a la insulina (RI), investigamos 73 genes implicados en el metabolismo o la regulación de BCAA mediante mapeo de haplotipos a escala fina en dos poblaciones europeas con síndrome metabólico. Se genotiparon franceses y rumanos (n = 465) para SNP (Affymetrix) y se enriquecieron mediante imputación (BEAGLE 4.1) a una densidad de proyecto de 1000 genomas. Los resultados de asociación iniciales detectados por la ventana deslizante se refinaron (HAPLOVIEW 3.1 y FASE 2.1) y se correlacionaron con el índice de evaluación del modelo de homeostasis (HOMAIR), la sensibilidad a la insulina (SI) in vivo y los niveles plasmáticos de BCAA (ANOVA). Cuatro regiones genómicas se asociaron con IR ubicadas aguas abajo de los genes MUT, AACS, SLC6A15 y PRKCA (P entre 9.3 y 3.7 x 10-5). Los haplotipos inferidos de hasta 13 SNP de longitud se asociaron con IR (por ejemplo, gen MUT con P < 4.9 x 10-5; Bonferroni 1.3 x 10-3) y sinérgico con HOMAIR. Los SNP en las mismas regiones también se asociaron con valores de P más bajos de un orden de magnitud (por ejemplo, rs20167284 en el gen MUT con P < 1,27 x 10-4) y se replicaron en muestras mediterráneas (n = 832). En francés, los haplotipos influyentes (OR > 2,0) se correlacionaron con la sensibilidad a la insulina in vivo (1/SI), excepto para el gen SLC6A15. La asociación de estos genes con los niveles de BCAA fue variable, pero los haplotipos influyentes confirmaron la implicación de MUT en el metabolismo de los BCAA, así como el papel de los genes reguladores (AACS y PRKCA) y sugirieron posibles cambios en la actividad transcripcional. Estos datos dirigen la atención hacia nuevas regiones reguladoras involucradas en IR en relación con BCAA y muestran la capacidad de los haplotipos en el ADN en fases para detectar señales complementarias a los SNP, lo que puede ser útil en el diseño de marcadores genéticos para aplicaciones clínicas en poblaciones étnicas.<br/>Les acides aminés à chaîne ramifiée (BCAA) sont des éléments essentiels de l'alimentation humaine, qui présentent des taux plasmatiques accrus dans l'obésité et ont retrouvé un intérêt particulier en tant que biomarqueurs potentiels du développement du diabète. Pour définir les déterminants de la résistance à l'insuline (IR), nous avons étudié 73 gènes impliqués dans le métabolisme ou la régulation des BCAA par cartographie fine des haplotypes dans deux populations européennes atteintes du syndrome métabolique. Les Français et les Roumains (n = 465) ont été génotypés pour les SNP (Affymetrix) et enrichis par imputation (BEAGLE 4.1) à 1000 densités de projet génomique. Les hits d'association initiaux détectés par fenêtre glissante ont été affinés (HAPLOVIEW 3.1 et PHASE 2.1) et corrélés à l'indice d'évaluation du modèle d'homéostasie (HOMAIR), à la sensibilité à l'insuline in vivo (SI) et aux taux plasmatiques de BCAA (ANOVA). Quatre régions génomiques ont été associées aux IR situées en aval des gènes MUT, AACS, SLC6A15 et PRKCA (P entre 9,3 et 3,7 x 10-5). Des haplotypes inférés d'une longueur allant jusqu'à 13 SNP ont été associés à l'IR (par exemple, gène MUT avec P < 4,9 x 10-5 ; Bonferroni 1,3 x 10-3) et synergiques avec HOMAIR. Les SNP dans les mêmes régions ont également été associés à des valeurs de P inférieures d'un ordre de grandeur (par exemple rs20167284 dans le gène MUT avec P < 1,27 x 10-4) et répliqués dans des échantillons méditerranéens (n = 832). En France, les haplotypes influents (OR > 2.0) étaient corrélés à la sensibilité à l'insuline in vivo (1/SI) à l'exception du gène SLC6A15. L'association de ces gènes avec les niveaux de BCAA était variable, mais des haplotypes influents ont confirmé l'implication de MUT dans le métabolisme des BCAA ainsi que le rôle des gènes régulateurs (AACS et PRKCA) et ont suggéré des changements potentiels dans l'activité transcriptionnelle. Ces données attirent l'attention sur de nouvelles régions régulatrices impliquées dans les IR en relation avec les BCAA et montrent la capacité des haplotypes dans l'ADN phasé à détecter des signaux complémentaires aux SNP, ce qui peut être utile dans la conception de marqueurs génétiques pour des applications cliniques dans des populations ethniques.<br/>الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة (BCAA) هي عناصر أساسية في النظام الغذائي البشري، والتي تظهر زيادة في مستويات البلازما في السمنة واستعادت اهتمامًا خاصًا كمؤشرات حيوية محتملة لتطور مرض السكري. لتحديد محددات مقاومة الأنسولين (IR)، قمنا بالتحقيق في 73 جينًا مشاركًا في استقلاب BCAA أو تنظيمها عن طريق تخطيط النمط الفرداني الدقيق في اثنين من السكان الأوروبيين المصابين بمتلازمة التمثيل الغذائي. تم وضع النمط الجيني للفرنسيين والرومانيين (العدد = 465) لـ SNPs (Affymetrix) وتم إثراؤهم عن طريق التضمين (BEAGLE 4.1) بكثافة مشروع الجينوم 1000. تم تنقيح ضربات الارتباط الأولية التي تم اكتشافها بواسطة النافذة المنزلقة (HAPLOVIEW 3.1 والمرحلة 2.1) وارتبطت بمؤشر تقييم نموذج التوازن (HOMAIR)، في مستويات حساسية الأنسولين في الجسم الحي ومستويات بلازما BCAA (ANOVA). ارتبطت أربع مناطق جينية بالأشعة تحت الحمراء الموجودة في أسفل مجرى جينات MUT و AACS و SLC6A15 و PRKCA (P بين 9.3 و 3.7 × 10-5). ارتبطت الأنماط الفردانية المستنبطة التي تصل إلى 13 طول SNPs بالأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال جين MUT مع P < 4.9 × 10-5 ؛ Bonferroni 1.3 × 10-3) والتآزر مع HOMAIR. ارتبطت SNPs في نفس المناطق أيضًا بترتيب واحد لقيم P منخفضة الحجم (على سبيل المثال rs20167284 في جين MUT مع P < 1.27 × 10-4) وتكررت في عينات البحر الأبيض المتوسط (العدد = 832). في اللغة الفرنسية، ارتبطت الأنماط الفردانية المؤثرة (OR > 2.0) بحساسية الأنسولين في الجسم الحي (1/SI) باستثناء جين SLC6A15. كان ارتباط هذه الجينات بمستويات BCAA متغيرًا، لكن الأنماط الفردانية المؤثرة أكدت تضمين MUT من استقلاب BCAA بالإضافة إلى دور الجينات التنظيمية (AACS و PRKCA) واقترحت تغييرات محتملة في نشاط النسخ. توجه هذه البيانات الانتباه نحو المناطق التنظيمية الجديدة المشاركة في الأشعة تحت الحمراء فيما يتعلق بـ BCAA وتظهر قدرة الأنماط الفردانية في الحمض النووي المرحلي على اكتشاف الإشارات المكملة لـ SNPs، والتي قد تكون مفيدة في تصميم العلامات الجينية للتطبيقات السريرية في المجموعات العرقية.<br/>Branched chain amino acids (BCAA) are essential elements of the human diet, which display increased plasma levels in obesity and regained particular interest as potential biomarkers for development of diabetes. To define determinants of insulin resistance (IR) we investigated 73 genes involved in BCAA metabolism or regulation by fine-scale haplotype mapping in two European populations with metabolic syndrome. French and Romanians (n = 465) were genotyped for SNPs (Affymetrix) and enriched by imputation (BEAGLE 4.1) at 1000 genome project density. Initial association hits detected by sliding window were refined (HAPLOVIEW 3.1 and PHASE 2.1) and correlated to homeostasis model assessment (HOMAIR) index, in vivo insulin sensitivity (SI) and BCAA plasma levels (ANOVA). Four genomic regions were associated with IR located downstream of MUT, AACS, SLC6A15 and PRKCA genes (P between 9.3 and 3.7 x 10-5). Inferred haplotypes up to 13 SNPs length were associated with IR (e.g. MUT gene with P < 4.9 x 10-5; Bonferroni 1.3 x 10-3) and synergistic to HOMAIR. SNPs in the same regions were also associated with one order of magnitude lower P values (e.g. rs20167284 in the MUT gene with P < 1.27 x 10-4) and replicated in Mediterranean samples (n = 832). In French, influential haplotypes (OR > 2.0) were correlated with in vivo insulin sensitivity (1/SI) except for SLC6A15 gene. Association of these genes with BCAA levels was variable, but influential haplotypes confirmed implication of MUT from BCAA metabolism as well as a role of regulatory genes (AACS and PRKCA) and suggested potential changes in transcriptional activity. These data drive attention towards new regulatory regions involved in IR in relation with BCAA and show the ability of haplotypes in phased DNA to detect signals complimentary to SNPs, which may be useful in designing genetic markers for clinical applications in ethnic populations.<br/>