Estudo da associação entre o polimorfismo K121Q no gene E-NPP1 e doença renal do diabetes e rejeição aguda em transplantados renais

Abstract

A E-NPP1 (ecto-nucleotide pyrophosphatase / phosphodiesterase 1) faz parte de uma família de enzimas responsáveis por hidrolisar nucleotídeos extracelulares, conhecidas como ectonucleotidases. Esta enzima foi inicialmente identificada como um marcador de superfície de linfócitos B recebendo o nome de plasma-cell differentiation antigen-1 (PC-1). O efeito do aumento da expressão de E-NPP1 foi descrito inicialmente em uma paciente com uma rara resistência extrema à insulina. Nessa paciente, a inibição marcada da função do receptor da insulina foi devido ao aumento da expressão de E-NPP1. Estudos subsequentes realizados em células humanas confirmaram esse achado. De acordo com o papel da E-NPP1 na resistência à insulina, diversos estudos posteriores demonstraram a associação de polimorfismos no gene E-NPP1 com diabetes mellitus (DM), o que parece ser dependente do grupo étnico analisado. O polimorfismo K121Q (rs1044498) é de longe o mais estudado neste gene e causa a troca de uma lisina (K) para glutamina (Q) no códon 121 (éxon 4). O polimorfismo K121Q parece interferir com interações proteína-proteína uma vez que ele ocorre no segundo domínio somatomedin-B-like da E-NPP1, o qual é importante para essa função. De fato, estudos in vitro demonstraram que o alelo Q interage mais fortemente com o receptor da insulina do que o alelo K, reduzindo a autofosforilação deste receptor. O alelo Q também reduz a fosforilação do substrato do receptor da insulina 1 (insulin receptor substrate 1 – IRS1) induzida por insulina, a atividade de quinase do fosfatidilinositol-3, a síntese de glicogênio e a proliferação celular. Além disso, um estudo demonstrou que sicilianos portadores do alelo Q tiveram menor sensibilidade à insulina do que 12 indivíduos não-portadores. Resultados similares foram obtidos em estudos realizados em finlandeses e suecos, mas não em dinamarqueses. O polimorfismo K121Q também parece estar associado com doença renal do diabetes (DRD), embora os estudos ainda sejam contraditórios. Diante disso, realizamos uma revisão sistemática e metanálise dos estudos disponíveis na literatura visando avaliar se o polimorfismo K121Q no gene E-NPP1 está realmente associado com a DRD. A metanálise incluiu 7 estudos observacionais elegíveis, totalizando 3571 indivíduos analisados [1606 com DRD (casos) e 1965 sem DRD (controles)]. A análise quantitativa destes estudos demonstrou a associação significativa entre o genótipo Q/Q do polimorfismo K121Q e risco para DRD nas populações europeia [razão de chances (RC) = 1,79, IC 95% 1,22 – 2,76] e asiática (RC = 2,15, IC 95% 1,23 – 3,75). Interessantemente, alguns estudos demonstraram que alguns membros da família das ectonucleotidases estão associados com dano renal, imunidade e rejeição crônica. Entretanto, até o momento, a E-NPP1, mesmo estando associada com DRD, ainda não foi avaliada no contexto da rejeição aguda (RA) em pacientes transplantados. Dessa forma, também tivemos como objetivo avaliar a associação do polimorfismo K121Q no gene E-NPP1 com RA em pacientes transplantados renais. Em um estudo de casocontrole, o polimorfismo K121Q foi genotipado em 454 pacientes transplantados renais do sul do Brasil, sendo 96 pacientes com RA (casos) e 358 sem RA (controles). A frequência do alelo Q foi maior no grupo de indivíduos com RA do que no grupo sem RA (24,5% vs. 17,0%, p = 0,024). Após controle por possíveis fatores de confusão, o genótipo Q/Q permaneceu como um preditor independente para RA comparado a portadores do alelo K [Harzard ratio (HR) = 2,76, IC 95% 1,44 – 5,30]. 13 Em conclusão, nosso estudo de revisão sistemática e metanálise confirmou a associação do genótipo Q/Q do polimorfismo K121Q no gene E-NPP1 com risco para DRD. Além disso, nosso estudo em pacientes transplantados renais demonstrou, pioneiramente, a associação do genótipo Q/Q deste polimorfismo com risco para RA. Estudos adicionais são necessários para replicar este achado em outras populações, bem como identificar o mecanismo molecular explicando esta associação.

E-NPP1(ectonucleotide pirophosphatase/phosphodiesterase 1) belongs to a family of enzymes responsible for hydrolyzing extracellular nucleotides, known as ectonucleotidases. This enzyme was initially identified as a surface marker of Blymphocytes, called plasma-cell differentiation antigen-1 (PC-1). The effect of E-NPP1 upregulation was initially described in a patient with a rare severe insulin resistance. In this patient, a marked inhibition of the insulin receptor function occurred due to an increase in E-NPP1 expression. Further studies in human cells have confirmed this finding. According to the role of E-NPP1 in insulin resistance, several studies have demonstrated the association of E-NPP1 gene polymorphisms with diabetes mellitus (DM), which seems to be dependent on the ethnic group analyzed. The K121Q polymorphism (rs1044498) is by far the most studied variant in this gene, and exchanges a lysine (K) by a glutamine (Q) in codon 121 (exon 4). The K121Q polymorphism seems to interfere in protein-protein interactions since it occurs in the second domain somatomedin-B-like of the E-NPP1, which is important for that function. In fact, in vitro studies demonstrated that the Q allele interacts more strongly with the insulin receptor than the K allele; thus, reducing the autophosphorylation of this receptor. The Q allele also reduces the insulin-induced phosphorylation of the insulin receptor substrate 1 (IRS1), the kinase activity of fosfatidilinositol-3, glycogen synthesis, and cellular proliferation. Moreover, a study demonstrated that Sicilians who carried the Q allele had less sensibility to insulin than non-carriers. Similar results were also obtained in studies performed in Finish and Swedish, but not in Danish people. 15 The K121Q polymorphism also seems to be associated with diabetic kidney disease (DKD), although studies are still controversial. Therefore, we performed a systematic review and meta-analysis of the studies available in literature to evaluate if the E-NPP1 K121Q polymorphism is indeed associated with DKD. Meta-analysis included 7 observational studies, totalizing 3571 individuals analyzed [1606 with DKD (cases) and 1965 without DKD (controls)]. The quantitative analysis of the studies demonstrated a significant association between the Q/Q genotype of the K121Q polymorphism and risk for DKD in European [odds ratio (OR) = 1.79, 95% CI 1.22 – 2.76)] and Asian (OR = 2.15, 95% CI 1.23 – 3.75) populations. Interestingly, some studies demonstrated that other members of the Ectonucleotidase family are associated with kidney damage, immunity and chronic rejection. Even though the E-NPP1 has being associated with DKD, so far, it has not been evaluated in the context of acute rejection (AR) in transplant patients. Thus, we also aimed to evaluate the association between the K121Q polymorphism in the ENPP1 gene and AR in kidney transplant patients. In a case-control study, the K121Q polymorphism was genotyped in 454 kidney transplant patients from South of Brazil, being 96 patients with AR (cases) and 358 without AR (controls). The Q allele frequency was higher in individuals with AR compared to those without AR (24.5% vs. 17.0%, P = 0.024). After adjustment for possible co-variables, the Q/Q genotype remained as an independent predictor of AR compared to K allele carriers [Hazard ratio (HR) = 2.76, 95% CI 1.44 – 5.30]. In conclusion, our systematic review and meta-analysis confirmed the association between the Q/Q genotype of the E-NPP1 K121Q polymorphism and risk for DKD. Moreover, our study in kidney transplant patients demostrated, for the first 16 time, the association between the Q/Q genotype of this polymorphism and risk for AR. Additional studies are needed to replicate this finding in other populations as well as to identify the molecular mechanism behind this association.