Polymorphismen im Upstream Transcription Factor-1 (USF-1) Gen: Assoziation mit antilipolytischer Insulinsensitivität und Leberfett

Abstract

Vorangegangene Studien zur Rolle von USF-1 lassen eine große Bedeutung dieses Transkriptionsfaktors im Lipid- und Glukosemetabolismus im Menschen mit entscheidendem Einfluss auf die Insulinresistenz vermuten. Bei USF-1 handelt es sich um eines der wichtigsten derzeit bekannten Gene für die Familiäre Hyperlipidämie (FHCL) [54,59,87]. Außerdem ist USF-1 stark mit Atherosklerose vergesellschaftet. Diese Beobachtungen konnten wiederholt in zahlreichen Kohorten mit FHCL [29, 54, 65] und anderen Dyslipidämien gemacht werden [17, 40, 69]. Sowohl die FHCL als auch die Atherosklerose korrelieren ihrerseits stark mit Lipolyse und Leberfett. In der vorliegenden Arbeit wurden Mechanismen untersucht, über die USF-1 zur Dyslipidämie und zur Atherosklerose beiträgt. Im Speziellen haben wir folgende Fragen bearbeitet. Erstens: Da die usf1s1 (rs3737787) C>T und usf1s2 (rs2073658) G>A Polymorphismen des USF-1 Gens mit einer erhöhten in vitro katecholamin-induzierten Lipolyse in Adipozyten assoziiert sind, wurde untersucht, ob diese Polymorphismen auch einen Effekt auf die in vivo antilipolytische Wirkung des Insulins beim Menschen haben. Dazu bestimmte man die Abnahme der Konzentrationen an freien Fettsäuren während eines oralen Glukosetoleranztests in einer großen Kohorte von Testpersonen ohne Diabetes mellitus. Um die antilipolytische Wirkung des Insulin direkt zu erfassen, bestimmte man weiterhin bei einem Teil der Probanden zusätzlich im Rahmen eines euglykämischen, hyperinsulinämischen Clamps den Zusammenhang der Polymorphismen mit der Gesamtkörperinsulinsensitivität. Da USF-1 und USF-2 regulatorisch auf die Genexpression der Hormonsensitiven Lipase in Adipozyten wirken [64], untersuchte man deren SNPs auf eine Wechselwirkung mit dem -60C>G SNP des Gens der Hormonsensitiven Lipase in Hinblick auf die Lipolyse im Fettgewebe.

Zweitens: Da USF-Transkriptionsfaktoren die Expression des Hepatischen Lipase-Gens LIPC in der Leber kontrollieren und da der SNP -514C>T des Gens der Hepatischen Lipase (LIPC) bekannterweise mit der Akkumulation von Fett in der Leber assoziiert ist, untersuchte man die Polymorphismen usf1s1 und usf1s2 und deren Interaktionen mit dem -514 C>T Polymorphismus des LIPC-Genes auf ihren Einfluss auf Leberfettgehalt und Insulinsensitivität.

Es stellte sich heraus, dass Träger des T-Allels des usf1s1 SNP und des A-Allels des usf1s2 SNP im Vergleich zu homozygoten Trägern des C-Allels des usf1s1 und des G-Allels des usf1s2 SNP empfindlicher gegenüber dem lipolyse-unterdrückenden Effekt von Insulin waren. Die Daten zum intrahepatischen Fettgehalt aus einer volumenselektiven Protonen-Magnetresonanz-Spektroskopie (1H-MRS) deuten weiterhin auf eine Interaktion der Polymorphismen mit dem -514 C>T SNP im LIPC-Gen der hepatischen Lipase in Bezug auf das Leberfett hin.

Zusammenfassend legen die Ergebnisse der Untersuchung nahe, dass Träger des T-Allels für usf1s1 und Träger des A-Allels für usf1s2 des USF-1 Gens empfindlicher für die antilipolytische Wirkung von Insulin sind als die Träger der häufigeren Allele C und G dieser Polymorphismen. Die Daten deuten außerdem auf eine Interaktion der Polymorphismen mit dem -514 C>T SNP im Gen der hepatischen Lipase bezüglich des intrahepatischen Fetts hin.

Das USF-1 Gen mit seinen usf1s1 (rs3737787) C>T und usf1s2 (rs2073658) G>A Polymorphismen stellt damit ein wichtiges Gen dar, welches seinen Einfluss auf die Insulinsensitivität und den Typ 2 Diabetes über die Modulation von am Lipidmetabolismus beteiligten Genen ausübt und die Insulinresistenz über die Regulation der Lipolyse oder die ektopische Anhäufung von Fett in der Leber beeinflusst. Nun ist es daran, die von uns erhobenen Ergebnisse in größeren epidemiologischen Studien zu replizieren.

Previous studies suggest an important role of Upstream transcription factor 1 (USF1) in coordinating lipid metabolism in response to glucose and insulin levels with critical influence on insulin resistance. At present, the gene coding for USF1 is one of the most important common genes for familial combined hyperlipidemia (FHCL) [54,59,87]. Furthermore, USF-1 is strongly associated with atherosclerosis. This could be found repeatedly in multiple cohorts with FHCL [29, 54, 65] and other forms of dyslipidemias [17, 40, 69]. Both FHCL and atherosclerosis on their part show strong association with lipolysis and liver fat.

In the present study the mechanisms which determine the contribution of USF towards dyslipidemia and atherosclerosis were investigated. The following questions were addressed:

First: Because the single-nucleotide polymorphisms (SNP) usf1s1 (rs3737787) C>T and usf1s2 (rs2073658) G>A within the gene coding for USF1 (USF1) were associated with an increase of in vitro catecholamine-induced lipolysis in adipocytes it was investigated whether these polymorphisms also had an effect on in vivo insulin-mediated suppression of lipolysis in human beings. Therefore the decrease in free fatty acid (FFA) concentrations during an OGTT in a large cohort of non-diabetic subjects was determined. To directly assess the lipolysis-suppressing action of insulin, the associations of the SNPs with whole-body antilipolytic insulin sensitivity in subjects who underwent an euglycaemic hyperinsulinaemic clamp were additionally determined . Because USF 1 and USF 2 regulate the expression of the hormone-sensitive lipase gene (HSL) in adipocytes [64] it was investigated whether they interact with the -60C>G SNP in HSL on lipolysis in adipose tissue.

Second: Because USF transcription factors control the expression of the hepatic lipase gene LIPC in the liver and because the -514C>T SNP of the hepatic lipase gene is known to be associated with accumulation of fat in the liver, the influence of the polymorphisms usf1s1 and usf1s2 and their interactions with the -514C>T SNP in LIPC on liver fat and insulin sensitivity were tested.

Carriers of the T allele of SNP usf1s1 and A allele of SNP usf1s2 within the gene coding for USF1 were found to be more sensitive to the antilipolytic effect of insulin than homozygous carriers of the C allele of SNP usf1s1 and G allele of SNP usf1s2. The data on intrahepatic fat content from 1H magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) furthermore suggest an interaction of the polymorphisms with the -514C>T SNP in LIPC of the hepatic lipase gene on liver fat.

In summary, the results suggest that USF1 with its usf1s1 (rs3737787) C>T and usf1s2 (rs2073658) G>A single nucleotide polymorphisms is an important gene which exerts its influence on insulin sensitivity and type 2 diabetes through modulation of genes involved in lipid metabolism and impacts on insulin resistance through regulation of lipolysis or ectopic accumulation of fat in the liver. These findings need to be replicated in larger epidemiological studies.