Investigació de la variabilitat interindividual de la via d’un folat de carboni: una revisió bioinformàtica i genètica | la revista farmacogenòmica

Investigació de la variabilitat interindividual de la via d’un folat de carboni: una revisió bioinformàtica i genètica | la revista farmacogenòmica

Anonim

Resum

Els polimorfismes genètics de la via d’un folat de carboni han estat àmpliament estudiats en associació amb diverses condicions. La major part de la investigació s'ha centrat en el polimorfisme 677C > T a la regió codificant del gen 5, 10-metilenetetrahidrofolat reductasa (MTHFR). Tot i això, hi ha un total de 25 gens en aquesta via que codifica enzims, transportadors i receptors, que es poden investigar utilitzant 267 marcadors de polimorfismes d’un nucleòtid únic (SNPs); utilitzant base de dades SNP (dbSNP), en aquests gens hi ha 38 SNP no sinònims amb una freqüència d'al·lel menor de> 5%. La majoria d’aquestes variants no s’han investigat en relació amb fenotips de resposta o malaltia. A més, les seves conseqüències funcionals són en gran mesura desconegudes. La predicció de l'efecte funcional mitjançant sis programes disponibles públicament (PolyPhen, SIFT BLink, PMut, SNPs3D, I-Mutant2.0 i LS-SNP) es limitava a SNP funcionalment ben caracteritzats, com MTHFR c .677C > T i c. 1298A > Rànquing C baix. Les modificacions epigenètiques també poden ser importants amb alguns d’aquests gens. En resum, fins a la data, la investigació dels gens de la via d’un folat de carboni ha estat limitada. Els futurs estudis haurien d’obtenir una avaluació més completa d’aquest camí, alhora que també cal fer més investigacions per determinar els efectes funcionals d’aquestes variants genètiques.

Introducció

La via dels àcids foliats, coneguda comunament com a metabolisme d’un carboni amb una mediació de folats, fa referència a un sistema format per diverses vies interdependents que utilitzen una família de cofactors enzimàtics estructuralment similars i metabòlicament inter-convertibles. Aquests cofactors es basen estructuralment en tetrahidrofolat (THF) i s’utilitzen per activar químicament carbons únics (unitats d’un carboni) (figura 1). Són components clau en la síntesi de nucleòtids de purina i timidina i en la metilació de l’homocisteïna a la metionina, un procés que és crucial per a la regulació dels patrons normals de metilació de l’ADN (figura 1). El metabolisme d’un folat de carboni i les vies de síntesi de metionina comporten un nombre considerable d’enzims i proteïnes portadores (figura 1).

Image

Representació esquemàtica de les vies del metabolisme dels folats d’un carboni i de la metionina.

Imatge a mida completa

S'han dut a terme molts estudis genètics buscant associacions entre malalties i polimorfismes en els múltiples gens implicats en el metabolisme d'un carboni i les vies de síntesi de metionina. 1, 2, 3, 4 Aquests estudis s’han centrat, principalment, en la identificació d’associacions entre risc de malaltia i no sinònims (ns) i polimorfismes prèviament ben caracteritzats. No obstant això, atès el nombre de gens que participen en la via dels folats (Figura 1), es pot justificar la investigació de les associacions de malalties amb altres locis genòmics menys investigats i poden descobrir noves associacions genètiques.

Aquesta revisió discuteix la importància de la via del metabolisme d’un carboni en la fisiologia i la malaltia i com la variació genètica predisposa a la malaltia i la variabilitat en resposta als medicaments. Hem dut a terme tant una revisió bibliogràfica com una anàlisi bioinformàtica de la ruta, i parlarem de les limitacions dels enfocaments actuals i de les eines silico que s’utilitzen per predir la funcionalitat dels polimorfismes d’un nucleòtid únic (nsSNPs).

Mètodes de cerca de literatura

Es van identificar articles sobre revistes relacionats amb associacions de malalties amb 5, 10-metilenetetrahidrofolate reductase (MTHFR), dihydrofolate reductase (DHFR) i polimorfismes timidilats-sintasa (TYMS) al Centre Nacional d’Informació Biotecnològica (NCBI) base de dades PubMed (//www.ncbi.nlm .nih.gov / sites / entrez? db = pubmed), utilitzant els termes de cerca 'genetics' i 'MTHFR, ' 'DHFR' o 'TYMS', respectivament. En el cas del MTHFR, els articles es van limitar a la "metaanàlisi" a causa del nombre molt gran d'estudis individuals. En tots els casos, els articles es limitaven només a l’anglès.

Fisiopatologia folat i malaltia

L’elevació d’homocisteïna és un marcador sensible de la deficiència de folats. L'homocisteïna, un aminoàcid que conté sofre, no es pot obtenir mitjançant cap font dietètica. És únicament el producte del cicle de metilació, que és el responsable de la seva eliminació i de la seva formació (figura 1). Els nivells elevats d’homocisteïna i la deficiència de folats s’han associat a diversos trastorns, com ara malalties cardiovasculars, trastorns psiquiàtrics, resultats adversos de l’embaràs, càncer i osteoporosi. Molts d’aquests trastorns es poden explicar, en part, per la interrupció de la transferència d’un carboni d’un folat depenent i per l’efecte posterior sobre la síntesi de metionina, purina i timidilat (figura 1). Es creu que són importants tres causes subjacents específiques, però interrelacionades: polimorfismes comuns dins dels gens de la via d’un folat de carboni; expressió gènica deteriorada de gens metabolitzadors de folats; i una mala ingesta de folats en la dieta. El nombre de malalties associades al metabolisme alterat d’un carboni ha fet que s’investiguin àmpliament les variants genètiques d’aquesta via, els seus efectes metabòlics i el risc associat de malalties cròniques. 5, 6

Farmacologia folat

Suplementació de folat

El folat es troba en abundància en diverses fonts dietètiques, en particular les verdures de fulla, les mongetes seques i els pèsols. Alguns aliments (en particular els cereals per esmorzar) també s’enforteixen amb folat en forma de l’analogic sintètic, l’àcid fòlic, que també es pot prendre com a suplement dietètic. La suplementació d’àcid fòlic s’ha utilitzat com a estratègia preventiva en diverses condicions clíniques. El 1998, es va establir als Estats Units una quantitat dietètica recomanada de 400 μg al dia –1 d’ingesta d’àcid fòlic.

Defectes del túbul neural

Atès que té un paper clau en la síntesi de timidina i, per tant, en la replicació d'ADN, el folat és particularment important en períodes de ràpida divisió cel·lular com l'embaràs. Una ingesta adequada de folats durant els períodes peri-concepcionals protegeix de malformacions congènites com ara defectes del túbul neural (NTDs). El risc de patir trastorns mortals disminueix significativament quan una dieta sana es complementa amb multivitamines, principalment àcid fòlic. 8, 9 De fet, els estudis als Estats Units han suggerit una disminució significativa de la prevalença d’espina bífida i anencefàlica, ja que l’Administració d’Aliments i Medicaments (FDA) va ordenar l’addició d’àcid fòlic a tots els productes en gra de cereal enriquit fins al gener de 1998. 10, 11, 12

Càncer

Els nivells baixos de folats plasmàtics s’han associat amb una incidència augmentada de diversos tipus de càncer. La deficiència de folat sembla predisposar el teixit normal a la transformació neoplàstica, i la suplementació de folats pot suprimir el desenvolupament de tumors en el teixit normal. 13 Per exemple, s'ha notificat una reducció del 20-40% del risc de càncer colorectal i adenomes precursors en individus amb un estat folat més alt que en els més baixos. Diversos metaanàlisis han postulat una associació entre folat elevat i un efecte protector lleu contra el risc de diversos càncers, incloent-hi colorrectal, 14 pancreàtic, esòfag, gàstric, 15 oral 16 i ovari. 17

Per la seva banda, i controvertit, hi ha algunes evidències que suggereixen que un àcid elevat de folats pot ser un factor de risc per a algunes formes de càncer. Un assaig aleatori de doble cec, controlat amb placebo, va demostrar que la suplementació d’àcid fòlic estava associada a un major risc d’adenoma colorectal i càncer de pròstata. 18 També hi ha proves que suggereixen que la suplementació d’àcid fòlic augmenta el risc de càncer de mama en dones en postmenopausa. 19 Si es tracta d’autèntiques associacions o epifenòmens requereix més estudis, però, tot i així, posa de manifest la complexitat de la via d’un folat de carboni i la seva interacció amb la carcinogènesi.

Trastorns psiquiàtrics

La suplementació amb folats pot ser beneficiosa en el tractament de malalties depressives com a adjuvant a la teràpia antidepressiva. 20 Tanmateix, el nombre reduït d’estudis realitzats fins ara limita les conclusions que es poden treure, tot i que s’estan realitzant altres estudis. Aquests inclouen un assaig aleatori de doble cec, controlat amb placebo, aleatori d’àcid fòlic de l’augment d’àcid fòlic del tractament antidepressiu pragmàtic de depressió moderada a severa (FolATED). 21 S'ha informat també d'una possible associació entre deficiència de folats i esquizofrènia. No obstant això, es requereix una investigació addicional per determinar si la suplementació de folats seria útil en el tractament de pacients esquizofrènics. També hi ha proves que l’àcid fòlic pot millorar la funció cognitiva. En un estudi de 3 anys sobre gent gran, una ingesta diària de 800 μg d’àcid fòlic oral va millorar significativament aquells dominis de la funció cognitiva que es deterioren amb l’edat. 23

Malaltia cardiovascular

S'ha centrat molt en l'associació entre els nivells d'homocisteïna sèrica i el risc de patir malalties cardiovasculars. Segons una metaanàlisi, una disminució de l’homocisteïna sèrica en 3 μmol l −1 hauria de reduir el risc de malaltia cardíaca isquèmica de trombosi de venes profundes i d’ictus en un 16, 25 i 24%, respectivament. 24 Aquesta reducció de l’homocisteïna es podria aconseguir mitjançant una suplementació d’àcid fòlic de 0, 8 mg dia –1 . 25 Altres estudis, però, han suggerit que la intervenció d’àcid fòlic, en presència i absència de vitamina B 6, no redueix el risc de patir malalties cardiovasculars recurrents o mort després d’un infart agut de miocardi. Aquesta troballa es reflecteix en estudis en els quals pacients amb malaltia vascular no van mostrar disminució del risc d’esdeveniments cardiovasculars importants després de la suplementació amb àcid fòlic i vitamina B 6 i B 12 . 27

Malgrat els molts efectes aparentment beneficiosos de la suplementació de folats i la seva baixa incidència de toxicitat, 28 s’ha mostrat certa preocupació per la interacció entre la vitamina B 12 i l’àcid fòlic, principalment en la gent gran. L’àcid fòlic és capaç d’emmascarar els canvis del sistema nerviós causats per la deficiència de vitamina B 12 corregint l’anèmia associada. Es creu que el límit superior de la ingesta dietètica recomanada d’1 mg, establert per l’Institut de Medicina, és poc probable que produís un emmascaratge. Tanmateix, això ha resultat controvertit amb alguns, cosa que suggereix que la ingesta de <1 mg pot exercir un efecte emmascarador. 30 En efecte, el Consell d'Agència de Normes Alimentàries (FSA) del Regne Unit va recomanar contra la fortificació obligatòria d'àcid fòlic, en part degut a la possibilitat d'emmagatzemar la deficiència de vitamina B 12 fins al maig del 2007, quan finalment es va acordar la fortificació obligatòria (//www.food.gov uk / healthiereating / folicfortification /).

Genètica molecular i poblacional de la via d’un folat de carboni

El nombre elevat de variants registrades dins dels gens de les vies del metabolisme d’un carboni i de la metionina posa de manifest la quantitat de vies d’investigació que queden sense explorar a la recerca de factors de risc genètics de malaltia i variabilitat interindividual en resposta a fàrmacs. La major part de l’atenció s’ha centrat en un nombre reduït de polimorfismes ben caracteritzats en gens ben definits funcionalment. És la nostra intenció descriure-les i, a més, discutir aquelles variants que han estat menys ben caracteritzades.

MTHFR

La majoria d’investigacions dels darrers anys s’han centrat en MTHFR (EC, 1.5.1.20), i en particular el polimorfisme no sinònim de c.677C> T (p.A222V) (rs1801133). Identificat el 1995, el polimorfisme MTHFR C677T, que codifica una valina per la substitució d'aminoàcids alanina al residu 222, té un efecte marcat i establert en els nivells de folat i homocisteïna. 32 Fenotípicament, aquesta proteïna variant ha reduït l’activitat catalítica i la termolabilitat, i per tant s’associa a nivells elevats d’homocisteïna en condicions d’estat deteriorat del folat. S'han realitzat una gran quantitat d'investigacions que investiguen MTHR C677T i A1298C (rs1801131) com a factors de risc de malaltia. A la taula 1 es mostra un resum de les metaanàlisis d'aquesta investigació.

Taula completa

TIPUS

Usant 5, 10-metilenetetrahidrofolat com a cofactor, TYMS (EC, 2.1.1.45) catalitza la metilació de desoxiuridilat al timidilat (dTMP). Com a única font nova de timidilat a la cèl·lula, TYMS és fonamental per a la reparació i reparació de l'ADN. Això el converteix en un objectiu important per als agents quimioterapèutics, inclòs el 5-fluorouracil i el metotrexat. S'han dut a terme un nombre considerable d'estudis genètics per determinar associacions entre variants al·lèliques del gen TYMS i tant el risc de malaltia com la resposta a la quimioterapèutica (taula 2). El polimorfisme més estudiat en el gen TYMS és una regió de repetició del tàndem de 28 pb a la regió de 5 'sense traduir (UTR). Es va observar per primera vegada el 1995, 33, 34 que es va observar in vitro que un augment en el nombre de repeticions va donar lloc a un augment gradual de l'expressió d'ARNm de TYMS. Els estudis in vivo en mostres de tumors gastrointestinals humans van ser consistents amb les troballes in vitro : els portadors TSER * 3 van mostrar increments significatius tant en l'ARNm com en l'expressió de proteïnes en comparació amb individus TSER * 2. 35 També s'ha identificat un nou polimorfisme G> C en el dotzè nucleòtid del TSER * 3. S'ha demostrat que aquesta variant al·lèlica disminueix l'expressió TYMS. 36 Un tercer polimorfisme caracteritzat en el gen TYMS és una supressió de 6 pb a 3′-UTR, 447 pb aigües avall del codó stop. 37 Els homozigots per a aquesta supressió mostren una expressió de mARN més baixa que els homozigots per la presència de la supressió de 6pp, 38 que també és un determinant del folat de glòbuls vermells elevat. 39

Taula completa

DHFR

DHFR (EC, 1.5.1.3) redueix el dihidrofolat (DHF), format durant la síntesi de dTMP, de nou a THF, que posteriorment es reuneix al conjunt de cofactors folats. Totes les formes de folats en suplements vitamínics i aliments fortificats tenen forma d’àcid fòlic, un folat no reduït i requereixen DHFR per a la seva reducció. Així, DHFR és vital per a la biodisponibilitat de l’àcid fòlic en les reaccions cel·lulars. La importància de la proteïna DHFR pot ser il·lustrada per la constatació que la regió codificant està molt conservada i no s’han identificat variants al·lèliques. 40 Hi ha tres polimorfismes que no codifiquen (a la regió de 5 'aigües amunt, intron 1 i 3'-UTR) que han estat objecte de diversos estudis d'associació (taula 3). El polimorfisme d’eliminació de 19 pb de l’intró 1 del gen DHFR s’ha associat a diverses malalties 41 (taula 3). Els individus homozigots per la supressió (- / -) tenen una homocisteïna plasmàtica mitjana inferior a la dels homozigots per a la inserció (+ / +), 40 amb els (- / -) individus que també han mostrat que tenen una expressió de ARNm de DHFR de 4, 8 vegades més gran. en limfòcits en comparació amb portadors (+ / +). 42 Els polimorfismes de repetició de 5 pb amunt de 9 pp (portadors 6R homozigots) 43 i 3′-UTR SNP (rs34764978) (portadors C / T i T / T) 44 també han estat associats amb l'expressió d'ARNm millorat.

Taula completa

Fenotips de variant genètica del metabolisme d’un carboni

A més de polimorfismes ben caracteritzats en gens com MTHFR , TYMS i DHFR , s'han identificat diverses variants genètiques en altres gens d'aquestes vies (Figura 1). L’hiperhomocisteinèmia i l’hipermetionèmia s’han reportat com a conseqüències clíniques de polimorfismes funcionals en gens implicats en la via de síntesi de la metionina.

Homocistinúria i hipometionèmia

Es descriu per primera vegada el 1962 en una cohort de pacients amb retard mental, l'homocistinúria 45 és el resultat d'una deterioració de la via de síntesi de metionina. Les principals manifestacions clíniques afecten el sistema nerviós central, vascular i esquelètic. Les variacions de seqüència en el gen de la cistationina-beta-sintasa ( CBS ; EC, 4.2.1.22) que van provocar una deficiència de proteïna CBS van ser les primeres que es van associar que es van associar amb homocistinúria. 46, 47 Més recentment, s’han identificat al·lels variant no sinònims en els gens de la CBS i en la cisteina ( CTH ; EC, 4.4.1.1) en pacients amb hiperhomocisteïnèmia. Els homocigots per a l’al·lel de variant c.1352G> T (rs1021737) del gen CTH que codifica un canvi d’aminoàcids p.S403I tenien nivells d’homocisteïna plasmàtica significativament més elevats que altres genotips en una cohort de 496 individus caucàsics. 48

S'ha identificat una variació al·lèlica en el gen CBS , que codifica un canvi d'aminoàcid p.G307S en pacients amb homocistinúria d'ascendència cèltica. 49, 50 Una altra variant proteica, p.I278T (rs5742905, c.833T> C), també s’ha identificat en pacients d’homocistinúria celta. Es creu que , entre 50, 51, els heterozigots per a p.I278T mantenen algun grau de resposta a la piridoxina a l’homocistinúria. 50, 51 El fenotip d’homocisteïna elevat en individus amb insuficiència CBS o CTH no és inesperat, atès que el paper clau tenen tots dos en la síntesi de cistatió a partir d’homocisteïna (Figura 1).

La 5-metiltetrahidrofolat-homocisteïna metiltransferasa (MTR; EC, 2.1.1.13) és la responsable del pas final de la via biosintètica de la metionina. Les mutacions del gen MTR tenen com a resultat un trastorn de G (cblG) amb deficiència de metilcobalamina, que es caracteritza per homocistinúria, i una elevada homocisteïna i nivells de metionina esgotats. 52, 53 S'ha detectat una variant no-sinònima comuna (p.P1173L) en> 65% dels pacients amb cblG. 54 A més, es van identificar 13 mutacions noves, incloent-hi 5 supressions i 2 mutacions sense sentit, la qual cosa va donar lloc a la síntesi de proteïnes truncades que mancaven de porcions crítiques per a la funció enzimàtica. 54

La reductasa de 5-metiltetrahidrofolat-homocisteïna metiltransferasa (MTRR; EC, 1.16.1.8) és responsable de la regeneració d'un MTR funcional. Tenint en compte que la MTR és el pas final en la biosíntesi de la metionina (Figura 1), la funcionalitat MTRR és un component clau dels nivells d’homocisteïna intracel·lular. Homocistinúria tipus CblE, un rar trastorn autosomal-recessiu que es manifesta com anèmia megaloblàstica, s'ha observat en pacients amb mutacions funcionals en el gen MTRR . 55, 56

Hipermetioninèmia

Les deficiències en gens específics de la via de síntesi de la metionina poden produir hipermetionionèmia aïllada. La causa més freqüent d’hipermetioninèmia és la deficiència de l’enzim metionina adenosiltransferasa (MAT 1 alfa) (MAT1A; EC, 2.5.1.6), que catalitza la transferència del fragment d’adenosil d’ATP a la metionina per formar S -adenosilmetionina, un component clau en Metilació de l'ADN (Figura 1). Tot i que molts pacients amb deficiència de MAT són clínics, es va informar que altres 57 pacients tenien esdeveniments neurològics, 58 inclosa baixa S -adenosilmetionina, calcificació de ganglis basals i desmielinització.

S'han identificat polimorfismes genètics funcionals en el gen que codifica la metionina adenosiltransferasa 1alpha en pacients amb deficiència de metionina adenosiltransferasa i hipermetionèmia. Les variants identificades de MAT1A inclouen una mutació truncant homozigota identificada en un individu amb hipermetioninèmia aïllada 59 i en una noia amb deficiència de MAT que no presenta anormalitats neurològiques. 60 També s’ha identificat una variant al·lèlica heterozigota no sinònima (p.R264H) en individus amb herència autosòmica dominant d’hipermetionionèmia persistent. 61

La S -adenosilhomocisteïna hidrolasa (AHCY; EC, 3.3.1.1) és l'encarregada de catalitzar la hidròlisi reversible de la S -adenosilhomocisteïna a l'adenosina i a l'homocisteïna (figura 1). La deficiència de proteïna AHCY és una altra causa potencial d’hipermetionèmia. 62 Un informe de cas 62 va assenyalar un noi croat amb hipermetionèmia, que posseïa dos al·lels variants que codificaven canvis no sinònims (p.W112X i p.Y143C) a l'exó 4 del gen AHCY . A més, s'ha comprovat que altres variants de la regió codificant del gen AHCY no presenten cap associació significativa amb els nivells alterats d'homocisteïna plasmàtica. 63 Això es va avaluar en pacients amb trombosi venosa seleccionats segons la seva capacitat de convertir metionina en homocisteïna (mesurada per una prova estandarditzada de càrrega de metionina).

Implicacions clíniques d’altres polimorfismes genètics de la via del metabolisme dels folats

Les variants genètiques funcionals en altres gens de la síntesi de metionina i les vies del metabolisme d’un folat de carboni han estat implicades en diverses condicions. Donat el seu paper a catalitzar la conversió de betaïna i homocisteïna a dimetilglicina i metionina, els defectes de la betaïna-homocisteïna metiltransferasa (BHMT; EC, 2.1.1.5) podrien conduir a homocistinúria. No obstant això, fins a la data, no s'ha observat cap associació entre homocisteïna elevada i variants genètiques funcionals. S'ha descrit una associació entre un SNP no sinònim de BHMT (codificació d'una substitució d'aminoàcids p.R239Q) (rs3733890) i el risc d'abrupció placentària 64 i NTDs. 65

La gamma-glutamil hidrolasa (GGH; EC, 3.4.19.9) catalitza la hidròlisi de folilpoly-gamma-glutamats eliminant glutamat i poliglutamats enllaçats amb γ. Semblant a diversos altres gens dins de la via d’un folat de carboni, els polimorfismes del gen GGH s’han associat a una resposta més baixa a l’administració de l’antipòlic, metotrexat, per al tractament de diverses afeccions, inclosa l’artritis 66 reumatoide i la leucèmia limfoblàstica aguda . 67

L’enzim 5-aminoimidazol-4-carboxamida ribonucleòtida formiltransferasa / IMP ciclohidrolasa (ATIC; EC, 2.1.2.3) és capaç de convertir THF de 10 formils en THF (Figura 1). Estudis anteriors han descrit una associació entre individus que posseeixen el genotip GG d'un c.347C> G comú; polimorfisme p.T112S (rs2372536) i disminució de la resposta al metotrexat en el tractament de l'artritis reumatoide. 68 S'ha notificat també un cas de AICA-ribosidúria, una malaltia caracteritzada per una deficiència en la biosíntesi purina, on un bebè tenia una substitució d'aminoàcids K426R en ATIC per un al·lel i una mutació de fotograma per l'altra. 69 Aquest individu presentava trets dismorfics, defectes neurològics greus i ceguesa congènita.

L’amminiltiltransferasa (AMT; EC, 2.1.2.10) forma part del sistema de clivatge de la glicina responsable de la catàlisi de la conversió de 5, 10-metenil-THF a 5-formil tetrahidrofolat (Figura 1). S'han identificat diverses variants al·lèliques no sinònimes en pacients amb hiperglicinèmia típica i atòtica no hipòtica. 70, 71, 72, 73, 74 La hiperglucinèmia típica no hipòtica presenta convulsions, coma i apnea en els nounats, mentre que la forma atípica més rara presenta com a únic retard en el desenvolupament d’algunes convulsions.

S'han reportat tres variants al·lèliques funcionals (dues no sinònimes (p.R135C i p.R299P) en ciclovalaminasa de formiminotransferasa (FTCD; EC, 2.1.2.5/4.3.1.4) en individus amb deficiència de glutamat formininotransferasa. 75 Es tracta d'una autosomal). trastorn recessiu i el segon error innat més comú del metabolisme dels folats. Les característiques comunes inclouen un retard físic i mental i un elevat folat sèric.

A més dels gens que codifiquen els enzims clau en les vies de síntesi d’un carboni i la metionina, també hi ha una variabilitat genètica en els gens que codifiquen el transportador de folats i les proteïnes receptores. Entre els més importants hi ha la família de transport de solut 19 (transportador d’afluència de folats), el membre 1 ( SLC19A1 ; MIM # 600424) i el receptor 1 de folats ( FOLR1 ; MIM # 136430). Es proposa la coordinació de SLC19A1 i FOLR1 com a mecanisme de captació de folats, concretament de 5-metil-THF, en molts tipus de cèl·lules de mamífers.

Un polimorfisme de substitució d'aminoàcids que codifica un canvi d'histidina a arginina en el residu 27 de SLC19A1 (rs1051266) s'ha associat a la disminució de la resposta terapèutica del metotrexat en individus amb artritis reumatoide 68 i leucèmia limfoblàstica aguda en la infància. 76 Aquest mateix polimorfisme p.H27R també ha estat identificat com un factor de risc per a les ETS. G) i defectes del tub neural. Eur J Hum Genet 2003; 11: 245–252. "Href = / articles / tpj200929 # ref77 aria-label =" Referència 77 "data-track = clic data-track-label = link> 77, 78, 79 Un efecte sobre l'absorció i la transferència cel·lular, i També s’ha descrit la pressió arterial en la gent gran.80 polimorfismes FOLR1 s’han descrit anteriorment com a factors de susceptibilitat al càncer gàstric en una població xinesa.

S’ha demostrat que la concentració de folats cel·lulars modula els transportadors d’eflux a base de fàrmacs, en particular ABCC1 (MIM # 158343). 82 D’acord amb això, es constata recentment que les variants genètiques de l’ABCC1 actuen com a determinants de la resposta al fàrmac anti-folat, el metotrexat, en pacients amb psoriasi. 83

Epigenètica

El sistema de metabolisme d’un folat de carboni és un component crític de la metilació global dels llocs CpG al DNA. Els estudis realitzats en models de deficiència de folats tant in vitro 84 com in vivo 85 han demostrat una disminució de la capacitat de metilació de l'ADN. També s’han descrit associacions entre la hipometil·lació mundial de l’ADN en leucòcits perifèrics i l’homozigositat per al polimorfisme MTHFR C677T. 86, 87 Estudis sobre cèl·lules musculars llises vasculars humanes han suggerit que l'homocisteïna podria induir desmetilació a la regió promotora del gen MTHFR , i això reglaria l'expressió de l'ARNm. 88 És factible; per tant, la desmetilació del promotor MTHFR pot contrarestar la disfunció de la variant de proteïna 677T en heterozigots augmentant l’expressió de l’al·lel de tipus salvatge. Tot i això, això no s'ha investigat sistemàticament.

Anàlisi bioinformàtica

Com s'ha mostrat a les seccions anteriors, els mètodes de recerca de literatura han demostrat que les vies de síntesi d'un carboni i metionina són complexes i consisteixen en diversos enzims. Hi ha una variabilitat indubtable en la funció d’aquests enzims, però fins ara, la majoria d’estudis s’han centrat en diverses variants genètiques claus, especialment MTHFR c.677C> T. On hi ha hagut estudis sobre els altres gens, aquesta s'ha centrat en gran part en mutacions rares i sovint (comprensivament) en pacients simples. Per tal de descriure més completament les variants comunes i rares d’aquests gens en aquestes vies i predir-ne la funcionalitat, també hem realitzat una anàlisi bioinformàtica.

Els gens clau es van identificar principalment a partir de les següents vies de Kyoto Encyclopaedia of Genes and Genomes (KEGG) (//www.genome.jp/kegg/): One Carbon Pool de Folate (00670), Metionina Metionisme (00680) i Folate Biosíntesi ( 00790). Posteriorment es va recopilar una llista de 26 gens (taula 4).

Taula completa

Els SNP validats dins d'aquests gens es van identificar a l'HapMap Public Release 22, Build 35 (//www.hapmap.org/cgi-perl/gbrowse/hapmap_B35/). Es van incloure tots els SNP de bases de dades dins de la població CEPH (residents de Utah amb ascendència del nord i occidental d’Europa) i es va determinar el nombre de SNP amb una freqüència al·lèlica menor (MAF)> 5% mitjançant el programari Haploview 3.2 (//www.broad. mit.e-du / mpg / haploview /). El nombre d'etiquetatges SNPs dins de cada loci necessari per representar aquells amb MAF> 5% es va determinar mitjançant la funcionalitat 'Tagger' amb Haploview mitjançant una anàlisi a parell del desequilibri d'enllaç amb un llindar R 2 de 0, 8.

L'explotació de dades de la publicació pública HapMap # 22 (Taula 4) mostrà un total de 1252 SNP validats dins de les regions genòmiques dels 25 gens inclosos; d'aquests, 814 SNP tenen una freqüència al·lèlica menor d'5%. L’anàlisi de 267 SNP d’etiquetatge representatiu és necessària per cobrir les 814 variants basades en una anàlisi a parells del desequilibri d’enllaç amb un llindar R 2 de 0, 8. Una investigació addicional del NCBI dbSNP Build 129 va identificar 6742 SNPs dins dels 25 gens. Un total de 127 van ser classificats com a SNP no sinònims, amb 38 d'aquests validats i amb una freqüència al·lèlica menor del 5%.

En predicció silico de la funcionalitat nsSNP

En total, es van analitzar 38 SNP no sinònims en silico mitjançant un plafó de sis programes (taula 5) per predir la presència d’un efecte perjudicial de la substitució d’aminoàcids (taula 6). Cada programa utilitza un enfocament diferent i pot diferir en la seva predicció de SNP perjudicials. Per aquesta raó, vam decidir analitzar els SNPs mitjançant un panell en lloc d’un programa específic. Els programes seleccionats poden predir SNP perjudicials que alteren l’estabilitat, com ara la pèrdua d’un pont salat o l’enterrament d’un grup carregat polar i, en alguns casos, la pèrdua d’un residu clau implicat en un lloc actiu d’enllaç de lligands. Les dades d’entrada requerides consistien en informació estructural o de seqüència, o en alguns casos ambdues. La informació específica sobre els programes es resumeix a la taula 5. Mitjançant l’ús d’una gamma de plataformes de programari, cadascuna que requereixen dades d’introducció diferents i utilitzant diferents algoritmes, es va obtenir un consens d’opinió sobre la funcionalitat dels nsSNPs dins de la ruta d’un folat de carboni. Essencialment, cada programa utilitzat es va ponderar igualment per la seva predicció d’efectes perjudicials. Els SNP es van classificar amb una puntuació sobre 8 (el nombre de diferents models de predicció utilitzats).

Taula completa

Taula completa

Els 38 SNP no sinònims de la via d’un folat de carboni d’acord amb la sortida consensuada del quadre de programes predictius van classificar la substitució d’aminoàcids p.P450R de MTRR (rs16879334) com la més probable que presentés un efecte sobre la funcionalitat proteica. Segons el que sabem, però, no hi ha informes que aquest polimorfisme hagi demostrat efectes funcionals sobre la proteïna o que s’hagi associat a cap manifestació clínica. Intrigant, tres polimorfismes associats habitualment a manifestacions clíniques, MTHFR (p.V222A / c.677C> T i p.E429A / c.1298A> G) (taula 1), i CTH (p.I403S / c.1352G> t), 89 es van situar tan baix com 27, 23 i 36 sobre 38, respectivament.

El fet que tres polimorfismes funcionals ben caracteritzats estiguessin tan baixos dins del quadre de SNP planteja qüestions importants quant a l’ús de tècniques de predicció de funcionalitats SNP silico . Aquests resultats semblen qüestionar la sensibilitat de la metodologia en la identificació de nsSNP funcionals associats a un fenotip caracteritzat. El nombre limitat d’estructures de proteïnes d’entrada disponibles per a gens de la via dels folats de carboni sembla esbiaixar el rànquing cap als nsSNPs dins de gens estructuralment ben caracteritzats. La raó de l’absència de dades estructurals és sovint deguda a la dificultat del procés de cristal·lització de, per exemple, proteïnes unides a membrana. Un possible refinament del nostre protocol podria ser produir dades estructurals mitjançant modelacions o filaments d’homologia. Tanmateix, això també pot ser propens a un error considerable.

Si es poguessin produir dades estructurals predictives, aquests fitxers només podrien ser utilitzats per dos programes, I-Mutant2.0 i SDM. Tanmateix, sembla poc probable que l'ús d'informació estructural prevista en silico sigui beneficiosa per als resultats d'aquest treball en el cas del SDM, ja que té la capacitat d'introduir errors significatius en l'algoritme de predicció. La sortida I-Mutant2.0 es pot millorar mitjançant l'ús d'aquestes dades d'entrada, tot i que es requereix més investigació.

Tots els programes utilitzats en aquest estudi requereixen diferents aportacions i utilitzen algoritmes de diferent sensibilitat. Tanmateix, la necessitat de dades més disponibles públicament relacionades amb l'estructura terciària sembla limitar la utilitat de la nostra metodologia per identificar els nsSNP candidats d'interès dins d'una configuració de ruta.

Models transgènics

Although a robust genetic association in a clinical study provides some evidence of functionality of a variant in that gene or surrounding loci, it is also important that this is shown in functional studies, particularly given the limitations of bioinformatic approaches outlined above. A powerful tool for functional evaluation is the use of transgenic animal models, which can provide important information on genotype–phenotype relationships and help in evaluating the clinical implications of dysfunctional folate pathway genes. To date, however, only a limited number of folate pathway gene knockout mouse models have been developed and phenotypically characterized. Of these, both MTHFR and CBS display a hyperhomocysteinemia phenotype (Table 7 ). A MAT1A -null mouse model has also been characterized. 89 This knockout has impaired liver regeneration and spontaneous hepatocellular carcinoma. The localization of these events is likely to be due to the high expression levels of MAT1A in hepatic tissue. 89 Knockout mice null for the FOLR1 homolog, Folbp1 , 90 led to embryonic lethality, which could be reversed in heterozygote dams with folinic acid supplementation.

Taula completa

Conclusions

It is clear that polymorphisms in genes in the one-carbon folate pathway are associated with a dynamic range of clinical conditions. What appears to not be so dynamic is the scope of genetic polymorphisms investigated in this large number of studies. A functional polymorphism, such as the MTHFR 677C>T, given its clear and well-characterized effect on the enzymatic function of the protein and associated elevated homocysteine levels, is a good candidate polymorphism in clinical studies where folate disruption is believed to have a key function. However, there are more than 25 genes in the one-carbon folate and methionine pathways. It is entirely feasible that, with greater investigation of some of the 'lesser lights' of the folate pathway genes, other functionally relevant variants could be identified in disease association studies.

The use of in silico techniques represents a potentially useful tool in the prediction of the deleterious effects of nsSNPs. However, at present, with the limited availability of structural data, it is difficult to perform such analysis on a pathway-wide scale, as we have with the one-carbon folate metabolism pathway. In future, a greater deposition of protein structure data on public databases will allow more thorough examination of all nsSNPs. This may improve sensitivity for detecting nsSNPs, which not only have a functional effect on the protein but also are associated with a phenotype.

Conflicte d'interessos

Els autors declaren cap conflicte d’interès.