Förmågan att frisätta insulin är nedsatt hos personer med typ 2 diabetes. Insulin behövs för att hålla blodsockret på en hälsosam nivå. Den nedsatta förmågan till insulinfrisättning hos personer med typ 2 diabetes beror delvis på genvariationer. Här skriver Annika Axelsson om den forskning hon nyligen har presenterat i sin doktorsavhandling.
Det visade sig nyligen att personer med en viss variant av genen ADRA2A har större risk att drabbas av diabetes. Personer med riskvarianten av ADRA2A har fler receptorer för stresshormoner i de insulinfrisättande betacellerna än vad personer utan riskvarianten har. Det leder till försämrad insulinfrisättning. Vi ville i arbete 1 undersöka om det är möjligt att förbättra insulinfrisättningen hos patienter med typ 2 diabetes som bär på riskvarianten genom att blockera receptorn för stresshormoner. Vi rekryterade därför 50 patienter med typ 2 diabetes, varav ungefär hälften bar på riskvarianten. Patienterna fick först inta en dos av ett läkemedel, yohimbin, som blockerar receptorn för stresshormoner. De fick sedan genomgå en sockerbelastning där det är möjligt att se hur mycket insulin som utsöndras till blodet. När patienter som bar på riskvarianten fick en tablett yohimbin förbättrades deras insulinfrisättning och blev lika bra som hos patienterna utan riskvarianten. Hos patienterna utan riskvarianten hade yohimbin däremot ingen effekt. Effekten av yohimbin berodde alltså på patientens genuppsättning, och var specifikt gynnsam för patienterna som bar på riskvarianten. Yohimbin har kort verkningstid och även andra bieffekter som gör det olämpligt som läkemedel. Just yohimbin kan därför inte användas kliniskt för att behandla patienter som bär på riskvarianten av ADRA2A. Dock pekar vår studie på möjligheten att i framtiden kunna skapa individanpassade behandlingar baserade på patientens genuppsättning.
I ett nästa steg ville vi testa en ny strategi för att både identifiera nya gener med betydelse för typ 2 diabetes och hitta nya läkemedel mot sjukdomen. Strategin kallas gennätverksanalys och bygger på att gener samverkar i större grupper. Gener är bitar av vårt DNA som fungerar som ritningar för proteiner. Proteiner utför viktiga uppgifter i varje cell, och mängden av olika proteiner bestämmer hur cellen fungerar. Vid typ 2 diabetes innehåller de sviktande betacellerna mer av vissa proteiner och mindre av andra proteiner jämfört med friska betaceller. När cellen ska tillverka ett protein med en gen som ritning så gör den först en avskrift av genen som fungerar som mall. Denna mall kallas mRNA. Ju mer mRNA en cell innehåller, desto mer av proteinet produceras. Hur mycket mRNA av varje sort som tillverkas beror på signaler utanför cellen – till exempel höga blodsockervärden. Det är en komplex reglering. Ett protein från en viss gen som påverkas av höga blodsockervärden kan exempelvis påverka hur mycket mRNA som produceras från flera andra gener. Nivåerna av mRNA från en del gener tenderar att vara kopplade. Det innebär att när nivån av ett mRNA ökar, så ökar även nivån av de kopplade generna. Det har visat sig att gener som på det här sättet är kopplade ofta har liknande uppgifter i cellen. Vårt mål med att använda gennätverksanalys var att hitta grupper av gener som samspelar med varandra, och som tillsammans kan tänkas påverka sjukdomsförloppet vid typ 2 diabetes.
I arbete 2 använde vi gennätverksanalys för att hitta nya gener med betydelse för typ 2 diabetes i de insulinfrisättande betacellerna.
Vi identifierade först grupper av gener i betacellerna som är kopplade med varandra. Nivåerna av mRNA från gener i en av dessa grupper var lägre hos personer med typ 2 diabetes än hos friska personer. Vi såg även att ju lägre mRNA-nivåer personerna hade, desto sämre var förmågan hos deras betaceller att frisätta insulin, vilket tydde på att vi hittat en grupp av gener som påverkar sjukdomsförloppet vid typ 2 diabetes. Genom att jämföra mRNA-nivåerna i betaceller från personer med typ 2 diabetes med tidigare publicerade data upptäckte vi att betacellerna hos dessa personer påminde mycket om omogna betaceller. Det skulle kunna betyda att betaceller delvis går tillbaka i utvecklingen när de utsätts för den stress som diabetes innebär. Vi identifierade sedan genom en rad försök SOX5 som en gen med förmåga att positivt påverka mRNA-nivåerna i gruppen av gener kopplad till typ 2 diabetes.
SOX5 är känd för sin roll vid broskbildning, men har tidigare inte studerats i samband med typ 2 diabetes. Vi kunde visa att en ökning av mRNA-nivåerna av SOX5 ökade nivåerna av de mRNA som är kännetecknande för mogna betaceller. Betacellerna blev alltså mer mogna. Ökade mRNA-nivåer av SOX5 motverkade alltså omognaden av betacellerna och förbättrade även insulinsfrisättningen i betaceller från personer med typ 2 diabetes. De har inte bara försämrad insulinfrisättning. Ett annat vanligt problem är att levern producerar och släpper ut för mycket socker till blodet. I arbete 3 använde vi därför gennätverksanalys för att försöka hitta nya läkemedel som skulle kunna förhindra överdriven sockerproduktion från levern. På så sätt identifierade vi först 50 gener som sannolikt är särskilt drivande i att orsaka överdriven sockerproduktion. Nivåerna av mRNA för dessa gener kan beskrivas som en sjukdomssignatur, ungefär som ett fingeravtryck av sjukdomsprocessen i levern. Vår hypotes var att substanser som ändrar mRNA-nivåerna från dessa gener i motsatt riktning jämfört med sjukdomssignaturen skulle kunna motverka sjukdomen och alltså utgöra nya möjliga läkemedel. Vi jämförde därför sjukdomssignaturen med publicerade data om hur olika substanser påverkar mRNA-nivåer. Totalt använde vi data för 3852 olika substanser. Av alla dessa substanser fann vi att behandling med ämnet sulforafan bäst motverkade sjukdomssignaturen. Sulforafan är ett ämne som förekommer naturligt i bland annat broccoli. Vi testade sulforafan på odlade leverceller, och såg att det faktiskt minskade deras sockerproduktion. Sulforafan förbättrade även blodsockervärdena i råttor och möss med diabetes. Vi testade slutligen sulforafan på patienter med typ 2 diabetes i en liten klinisk studie. Eftersom sulforafan finns i hög mängd i broccoligroddar fick patienterna inta sulforafan i form av ett pulver gjort på broccoligroddar en gång dagligen under 12 veckor. Vi såg att sulforafan minskade blodsockernivåerna och långtidsblodsocker (HbA1c) i kraftigt överviktiga patienter (BMI > 30) med dålig blodsockerkontroll.
Sammantaget visar resultaten i denna avhandling på möjligheterna till individanpassad behandling av T2D, och demonstrerar nyttan med att använda gennätverksanalys för att identifiera viktiga gener och potentiella nya läkemedel för typ 2 diabetes. Vi har identifierat SOX5 som en gen som påverkar betacellens funktion, och identifierat ämnet sulforafan som en potentiell ny behandling för patienter med typ 2 diabetes som har dålig blodsockerkontroll. Text: Annika Axelsson Bild: Dreamstime Länk till doktorsavhandlingen som är skriven på engelska
Länk till avhandlingen: