Introducción

La genética humana ha contribuido de forma relevante en el entendimiento de las diferentes etiologías de la diabetes mellitus. El reconocimiento de la asociación entre marcadores genéticos del complejo mayor de histocompatibilidad (HLA) y la diabetes tipo 1 (DM1), sin que existiera relación con la diabetes tipo 2, sugirió que ambas entidades tenían un origen patogénico diferente1. Adicionalmente, la mayoría de los diabéticos tipo 1 (dependientes de insulina y diagnosticados clásicamente en la infancia), presentaban autoanticuerpos frente a proteínas de las células beta del páncreas2, lo que indica un origen autoinmune en la llamada diabetes tipo 1A3. En la etiopatogenia de la DM1 se distinguen diversos factores (genéticos y ambientales) que se ven reflejados en la respuesta autoinmune que se observa en la mayoría de los casos con DM1 (Figura 1). La enfermedad cursa en forma silenciosa y la aparición de autoanticuerpos dirigidos contra epítopes específicos del islote β pancreático se manifiesta cuando la enfermedad ya está instaurada y cuando la masa de células β ha disminuído notoriamente. En el curso natural de la DM1, los factores genéticos de predisposición se reconocen como el evento primario, seguido del factor gatillador del proceso inmunológico que se hace evidente con la presentación de marcadores de autoinmunidad (Figura 2).

Genes HLA y diabetes tipo 1

Aunque la diabetes tipo 1 es una enfermedad poligénica, los genes de la región HLA, y en especial los genes HLA clase de clase II (DQA1, DQB1 y DRB1) son los principales factores de susceptibilidad genética frente a la enfermedad. La región HLA se ubica en el brazo corto del cromosoma 6, en una región que abarca cerca de 4.000 Kbp y que contiene más de 200 genes, de los que el 40% se estima que están relacionados con la función inmune4-5.

La región HLA presenta una fuerte tendencia a mantener haplotipos compuestos de marcadores genéticos que muestran un alto desequilibrio de ligamiento, o lo que es lo mismo: los marcadores HLA se presentan en combinaciones de alelos que forman bloques conservados a nivel poblacional. Los haplotipos que confieren mayor riesgo de desarrollar diabetes tipo 1A (autoinmune) son DQA1*0501- DQB1*0201 (DQ2), que es heredado en muchas ocasiones conjuntamente con el alelo DRB1*0301 (DR3) y el haplotipo DQA1*0301-DQB1*0302 (DQ8), que es usualmente heredado junto con el alelo DRB1*0401 (DR4)4. Los portadores de estos haplotipos son denominados heterocigotos DQ2/DQ8 o DR3/DR4. La asociación entre serotipos HLA y la DM1 se conoce desde los años 701, siendo esta región genómica responsable de alrededor del 50% de la agrupación familiar de esta enfermedad6. Dentro de este grupo de genes, se ha comprobado que el gen DQB1 es el que tiene un mayor poder predictivo frente a la enfermedad en poblaciones de origen europeo, mediado por los alelos de susceptibilidad DQB1*0201 y DQB1*03027-8. Específicamente, el odds ratio que relaciona al genotipo DQB1*0201/302 con DM1 en Chile toma un valor de 269. A pesar de su fuerte asociación con DM1 y debido a su relativa alta frecuencia en la población general, la probabilidad de desarrollar la enfermedad condicionado a ser portador de este genotipo (valor predictivo positivo) escasamente llega al valor de 0,13% en la población chilena9, y no llega más allá del 8% en poblaciones con alta frecuencia de la enfermedad como Finlandia10. Por otro lado, también se han descrito haplotipos de protección como DQA1*0102-DQB1*0602- DRB1*1501. La protección de este haplotipo parece ser otorgada específicamente por el alelo DQB1*0602, que se encuentra en una frecuencia aproximada de 20% en poblaciones europeas, pero que sólo tiene una frecuencia inferior al 1% en pacientes con DM1. Otros alelos HLA clase I también han sido relacionados con la DM1 independientemente del efecto de alelos de HLA clase II, tales como HLAB* 3906 o HLA-A*2402 (susceptibilidad) y HLA-B*5701 o HLA-A*1101 (protección)11.

Marcadores de autoinmunidad y predicción de riesgo genético en la DM1

La mayoría de los pacientes con DM1 muestran signos de autoinmunidad con la presencia detectable de autoanticuerpos anti-islote (ICA), autoanticuerpos frente a insulina (IAA), decarboxilasa de ácido glutámico (GAD65), antígeno 2 de insulinoma (IA-2) y transportador de zinc ZnT812. En la diabetes que presenta un claro componente autoinmune, llamada también diabetes tipo 1A, se ha descrito un riesgo de 85% de desarrollar autoinmunidad antes de los 15 años, en hermanos haploidénticos de casos índice afectados y portadores del genotipo DR3/DR4-DQ813. En la llamada “diabetes latente autoinmune del adulto” (LADA), se han descrito pacientes diagnosticados inicialmente con diabetes tipo 2 y que presentan características de autoinmunidad14. En estos pacientes se ha descrito que el efecto protector del alelo DQB1*0602 podría no ser efectivo15.

Agregación familiar de la DM1

La Tabla 1 (modificada de referencia 16) muestra un resumen de los trabajos que han estimado el riesgo de DM1 en familiares de casos índice afectados con esta enfermedad. En la columna de la izquierda se señala el tipo de relación familiar con el caso índice, y en la columna de la derecha se muestra el riesgo aproximado de enfermar en un período de 20 años desde el nacimiento. El examen de la Tabla 1 revela conclusiones interesantes sobre la contribución genético-ambiental de la DM1: en primer lugar, el riesgo de enfermar en hermanos de pacientes afectados es de 6% mientras que la probabilidad de desarrollar DM1 en un país de tasa de incidencia intermedia es solamente de 0,4%. En segundo lugar, el riesgo de recurrencia en gemelos idénticos es notablemente menor al 100%, por lo que necesariamente debe existir alguna causalidad de tipo ambiental. El riesgo de recurrencia en hermanos gemelos idénticos es aproximadamente de 45%, mientras que el riesgo de recurrencia de la DM1 en gemelos dizigóticos (no idénticos) es sólo del 10%. Esta diferencia (45% vs 10%) apoya fuertemente la existencia de un componente genético involucrado en la etiología de la DM1. La importancia de los genes HLA en la agregación familiar de la DM1 queda patente al observar el gradiente de riesgo que se observa al comparar el riesgo de recurrencia de la enfermedad en hermanos de casos índice que son HLAidénticos (15%), haploidénticos (es decir, que comparten un haplotipo HLA de los dos posibles; 5%), y hermanos HLAdiscordantes (1%). A pesar del fuerte componente genético de la DM1, hay que resaltar que el 90% de los casos nuevos diagnosticados son esporádicos y sin evidencia de existencia de un componente familiar3.

Estudios epidemiológicos poblacionales y marcadores genéticos HLA

La tasa de incidencia de DM1 varía enormemente en diferentes países y grupos étnicos17. Los estudios de migraciones poblacionales han aportado evidencias que apoyan la existencia de un componente genético relevante en la DM1. Muntoni et al18, observaron que las personas provenientes de la isla italiana de Cerdeña (población genéticamente conservada que muestra una elevada tasa de incidencia de la enfermedad) y que migraban a la Italia continental (de baja tasa de incidencia), conservaban las tasas de incidencia de su lugar de origen, lo que indicaría el importante efecto de la genética sobre el riesgo de desarrollar DM1. Otro estudio sobre la incidencia de DM1 en poblaciones residentes en Alemania y procedentes de continental y Cerdeña llegó a la misma conclusión19. De forma llamativa, existe una correlación estre cha entre la prevalencia de marcadores genéticos HLA de riesgo con la tasa de incidencia de la enfermedad en países europeos20. Sin embargo, también es necesario recalcar que el crecimiento sostenido en los últimos años en la tasa de incidencia de DM121, la existencia de aparentes “epidemias” de la enfermedad22, la observación de un patrón de estacionalidad23 y las evidencias que apoyan una agrupación espaciotemporal de la enfermedad24-25, indican la importancia del ambiente en la etiología de la enfermedad. Entre otros factores, las infecciones virales, el tipo de alimentación temprana, el elevado peso al nacer y el crecimiento acelerado en la infancia han sido relacionados con el desarrollo de la DM117. De forma interesante, se ha propuesto que el incremento de la incidencia de la enfermedad se ha producido a partir de un aumento de los casos de DM1 que no presentan alelos HLA de susceptibilidad26.

Barridos de genoma completo en la DM1

La DM1 es una de las primeras enfermedades multifactoriales que fue evaluada en estudios familiares con marcadores genéticos que presentaban una cobertura del genoma completo, tanto en estudios de ligamiento basados en familias27, como en estudios de asociación de genoma completo en sujetos sin relación familiar28. Los primeros estudios de este tipo se basaban en marcadores genéticos de tipo microsatélite en familias con pares de hermanos afectados, en los que se encontraron hasta 15 regiones cromosómicas mostraron evidencias de ligamiento con la enfermedad llamadas IDDM1-IDDM1529, aunque varias de ellas no fueron replicadas posteriormente30. Los estudios de ligamiento confirmaron de forma nítida la región HLA (6p21) como fuertemente relacionada con la DM1, así como la participación del locus del gen de la insulina (IDDM2; cromosoma 11p15). La variación genética de INS estaría relacionada con la DM1 a través de un polimorfismo de tipo minisatélite consistente en un número variable de repeticiones en tandem que flanquean al gen de la insulina, y que se asocian a diferentes niveles de expresión génica31. Posteriormente, los estudios de asociación de genoma completo basados en cientos de miles de marcadores de sustituciones simples (SNPs) han identificado hasta 50 loci genéticos asociados con la DM1 aparte de la región HLA5; ver lista completa en la página web de “Type 1 Diabetes Genetics Consortium” http://www.t1dgc.org). Aparte de la región HLA (odds ratio alélico ~7) e INS (odds ratio alélico ~2,5), los genes no-HLA más fuertemente asociados a diabetes tipo 1 son PTPN22 (odds ratio alélico ~ 2,0), IL2RA (odds ratio alélico ~1.6), CTLA4, PTPN22, IL2RA, PTPN2, SH2B3 y ERBB3 (todos con odds ratios alélicos menores a 1,5). El descubrimiento de numerosos genes asociados a la DM1 en estudios de asociación de genoma completo ha incrementado el conocimiento sobre las posibles causas de la enfermedad, aunque ha significado solamente un modesto aporte en relación a la predicción a la enfermedad en comparación al aporte exclusivo de HLA32.

Marcadores no HLA en la DM1
CTLA-4 (Locus IDDM12)
El gen CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4) es un buen candidato para DM1 dado que es un regulador negativo de la activación de células T33. Este gen se encuentra en el cromosoma 2q33 y su asociación con DM1 ha sido analizada por varios grupos de investigación, por lo que se considera a CTLA-4 como uno de los loci de susceptibilidad a DM1 confirmados. Se sabe que esta región de 300 kb contiene por lo menos tres genes: CD28, CTLA-4, y el gen de la molécula co-estimuladora inducible (ICOS), todos ellos juegan un papel importante en la función y regulación inmune y podrían ser responsables de la asociación genética ligada a desregulación del sistema inmune34. En humanos, se han identificado varios polimorfismos del gen CTLA-4, los que incluyen polimorfismos en la región flanqueadora del extremo 5’ y también en la región promotora. Dentro de los más estudiados están: la sustitución de bases A49G que se traduce en una sustitución aminoacídica de treonina a alanina en el péptido señal; una repetición (AT)n en el 3’ UTR; y el polimorfismo CT60 situado fuera del sitio de poliadenilación de CTLA-4. Este gen se ha asociado con DM1 en varios países como España, Italia, Alemania y Bélgica35. Sin embargo, otras publicaciones en población japonesa, del Reino Unido y de USA no muestran asociación36. Dentro de una amplia gama de SNPs, uno de los mejor documentados es la variante +49A/G, que crea una sustitución Thr17Ala que genera cambios en el péptido señal de la molécula. Se ha demostrado que la presencia de esta variante genética en CTLA-4 produce una glicosilación incompleta (Ala17), dando lugar a un transporte anómalo a nivel del retículo endoplásmico, lo que afecta el control de CTLA-4 (Ala17) y genera una expresión menor a nivel de superficie, lo que podría explicar en parte, la baja función inhibitoria de CTLA-4 en individuos portadores de este polimorfismo (34).

INS (Locus IDDM2)
El gen de insulina (INS) fue el segundo de los genes candidatos propuestos para DM1, en parte por la presencia de auto-anticuerpos específicos contra insulina en muestras de suero de pacientes con DM137. La región que rodea al gen INS en el cromosoma 11p15 ha sido consistentemente vinculada con DM1 desde hace más de dos décadas38. Posee una región repetida en tándem de número variable en el promotor del gen INS, la cual es importante para su regulación. Los alelos en esta región se dividen en tres clases y se distinguen por el número de repeticiones de pares de bases de ADN. Los alelos de clase I tienen un promedio de 570 pares de bases, los alelos de clase II 1.200 pares de bases y de la clase III tienen alelos de 2.200 pares de bases. Se encontró una fuerte asociación, entre varios grupos independientes, que muestran que los alelos clase I de INS se asocian con un mayor riesgo de padecer DM1, mientras que los alelos de clase III están relacionados con su protección (39-40). El riesgo relativo para individuos homocigotos para el alelo corto del INSVNTR se ha estimado en 2,68 y el cociente de riesgo para los hermanos es de 1,29. Por lo tanto, los métodos de vinculación que dependen de la distribución de alelos entre hermanos afectados tendrían un poder limitado para detectar un locus como el INS. En estudios de expresión génica de INS, se ha demostrado que los alelos de clase I se asocian con una mayor expresión de INS en el páncreas, en comparación con los alelos de clase III, pero en el timo sucede lo contrario, en donde los alelos de clase I se expresan en niveles 2-3 veces menor. Esto condujo a la hipótesis de que la protección observada en los alelos INS-VNTR de clase III es conferida por los niveles elevados de insulina en el timo, lo que puede mejorar la selección negativa de los linfocitos T auto-reactivos para insulina41. Es probable que esto modifique la selección de las células T en el timo y, por lo tanto, pueda influir en la tolerancia a insulina. La hipótesis de que el VNTR modula el riesgo a padecer DM1 afectando la inducción de tolerancia a la insulina en el timo es particularmente atractiva a la luz de los recientes hallazgos en que la tolerancia a la insulina puede ser un paso clave en el desarrollo de DM142.

Tirosina fosfatasa linfoide (PTPN22)
El gen, PTPN22, se ubica en el cromosoma 1p13 y codifica para la proteína tirosina fosfatasa linfoide también conocida como “Lyp”43. La proteína Lyp inhibe la transducción de señales del receptor de células T (TCR) por desfosforilación de tres quinasas importantes para la señalización de TCR. Lyp es una proteína intracelular que interactúa con Csk quinasa y este complejo proteico inhibe la señalización del TCR, lo que reduce la activación de células T. Existe una variante C1858T (Arg620Trp) en PTPN22, conocido supresor de la activación de células T. Datos funcionales indican que esta variante de Lyp es incapaz de unirse al regulador negativo quinasa Csk, el cual en última instancia conduce la respuesta hiper-reactiva de la célula T. La variante C1858T ha demostrado estar asociada a distintas patologías de carácter autoinmune tales como: DM1, artritis reumatoide (AR), lupus eritematoso sistémico y enfermedad de Graves44. Sin embargo, no se ha encontrado asociación con otras enfermedades autoinmunes como la esclerosis múltiple45. La interacción que se produce en la región de Lyp que contiene el polimorfismo genético Arg620Trp interactúa fuertemente con Csk menos que el alelo 620R. Esto prevé como resultado una más eficiente supresión de la señalización del TCR. Se postula que esta ganancia de función puede predisponer a la DM1 a través de un aumento de la supervivencia de las células T auto-reactivas durante la selección en el timo46.

Helicasa inducida por interferón (IFIH1)
El gen del dominio C helicasa inducido por interferón (IFIH1) conocido también como Melanoma asociado a la diferenciación 5 (MDA-5) está localizado en el cromosoma 2q24.347. Un estudio de asociación a gran escala de SNPs candidatos (no sinónimas, por ejemplo, el cambio de un aminoácido) identificó el gen IFIH1 como un nuevo locus para DM1. En el año 2006, se identificó al gen IFIH1 como el sexto gen asociado fuertemente con DM148. El gen IFIH1 se cree que desempeña un rol en la protección del hospedero de infecciones virales al ser capaz de responder (sensar) ácidos nucleicos virales en el citoplasma y de esa manera gatillar tanto una respuesta antiviral, como una respuesta apoptótica49. Se cree que IFIH1 contribuye con la respuesta inmune innata mediante la liberación de interferón-γ y la inducción de la apoptosis de las células infectadas por virus. Su amplia expresión en tejidos linfoides, monocitos y células dendríticas sugiere un posible papel general en enfermedades autoinmunes como: esclerosis múltiple, artritis reumatoide, enfermedad de Graves y la enfermedad de Addison. Varios estudios han reportado asociaciones entre infecciones virales y la susceptibilidad a DM1, lo cual refuerza la idea de que el gen IFIH1 sea un buen candidato funcional para DM150-51.

Receptor a de interleuquina-2 (IL2RA)
En el año 2005, se informó la región del receptor alfa de interleuquina 2 (IL2RA) en el cromosoma 10p15.1 como un marcador potencial asociado con DM152. El descubrimiento del locus IL2RA/CD5 es un ejemplo de la aplicación de “la estrategia de genes ortólogos” para DM1; es decir, aquellos genes descritos en el modelo animal que pueden ser candidatos primarios para la investigación en humanos53. El gen IL-2RA está compuesto de ocho exones y codifica para la cadena α del complejo del receptor de IL-2 (conocido también como CD25). IL2RA es fundamental en la regulación inmune como un modulador importante de la inmunidad. Este fenómeno ha sido observado en pacientes con otras enfermedades autoinmunes (lupus), hace plausible la hipótesis de que la variante susceptible de CD25 afecte esta población de células T. La clarificación fina de este íntimo mecanismo involucrado para esta variante y la comprensión de cada punto de control para este receptor podría permitir el diseño racional de futuros ensayos de intervención sobre esta citoquina54.

Mediante la utilización de SNP tag, se obtuvo fuerte evidencia de que la región que contiene el gen IL2RA podría ser uno de los locus de susceptibilidad para DM1. Esta variante génica puede estar relacionada con DM1 al ser responsable de la unión de IL-2, un regulador clave en la proliferación de las células T regulatorias. La estimulación del receptor de IL-2 es parte esencial de ambas respuestas autoinmunes mediante células T efectoras y su control por células T regulatorias55. Los SNPs con la asociación más débil con DM1 fueron aquellos involucrados con el aumento de la expresión de IL2RA soluble. Los alelos susceptibles están asociados con una disminución en la concentración de IL2RA, sugiriendo un posible mecanismo biológico para la autoinmunidad a través de una menor unión de IL-2. La evidencia de células T CD4+CD25+ con menores funciones supresoras in vitro en pacientes con DM1, ha sido relacionada a la presencia de ciertos polimorfismos funcionales en IL2RA56.

Epigenética en la DM1

La base genética de la DM1 y los modelos de susceptibilidad genética utilizados (humanos y murinos) han involu crado un número diverso de genes que confieren efectos variables sobre el riesgo. La alta heterogeneidad de estos genes pueden tener fuertes efectos sobre una población particular o un subconjunto de familias y no tener ningún efecto en otro grupo. De este modo se entiende que la DM1 se aproximaría más a un modelo epigenético, donde el aspecto ambiental (externo, contaminación, exposición a antígenos, intrauterino, etc) juega un papel esencial por sobre las variaciones genéticas (polimorfismos). Dentro de los mecanismos epigenéticos que se están estudiando en la DM1 se encuentran los patrones de metilación de algunos genes. Recientemente, se ha publicado un interesante análisis basado en estudios de asociación epigenómica (EWAS) que muestra importantes variaciones cuando se comparan patrones de metilación entre pacientes con DM1 en estudios de gemelos monozigóticos, indicando la relevancia de los niveles de exposición a determinados estímulos57. Otro factor de modulación epigenética corresponde a los microRNAs58. Los miRNAs son una clase de RNAs no codificantes de una sola hebra (21-25 nt) que se transcriben a partir de ADN, pero que no se traducen en proteínas, y que funcionan, al menos en animales, mediante la inhibición de la traducción del RNAm a través de apareamientos imperfectos en la región 3 ‘no traducida (3’ UTR) de los mRNAs. Estudios bioinformáticos entre las regiones cromosómicas de 530 miRNAs con genes de susceptibilidad a DM1 mostró la existencia de 27 miRNAs que se encuentran en loci humanos asociados con DM159. Curiosamente, los blancos objetivos previstos para estos miRNAs incluyen genes relacionados con la autoinmunidad, con las células β, con moléculas co-estimuladoras de células T y CD28 (miR-16-2), INFγ y FasL (miR-551b, miR-877) y secreción de insulina (miR-375). Como cada miRNA puede dirigirse a múltiples mRNAs, a menudo en combinación con otros miRNAs, estas moléculas crean complejas redes reguladoras de la expresión génica. La posibilidad de que los miRNAs regulen genes de riesgo en la DM1 puede ser la base de los resultados contradictorios que se observan en los estudios de ligamiento y en la heterogeneidad observada para los genes candidatos hasta ahora analizados.

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