Functional and association analysis of polymorphisms in selected genes of fat metabolism

Böhme, Mike

The genes encoding fatty acid binding protein 2 (FABP2), microsomal triglyceride transfer protein (MTTP) and prostaglandin E synthase 2 (PTGES2) are involved in the regulation of the metabolism of dietary fat. Variants of the FABP2, MTTP and PTGES2 genes are associated with traits of the metabolic syndrome (MetS). This work expands the knowledge about the influence of the 3 gene loci on diverse MetS traits via association analysis in the KORA cohort with more than 8000 participants. Further, functional analysis of the FABP2 promoter was carried out in cell culture regarding a PPARγ/RXRα regulation. FABP2 mediates intestinal absorption and cytosolic transport of non-esterified long chain free fatty acids (FA) as well as their secretion into triglyceride rich chylomicrons. Further, FABP2 transports FA into the nucleus as ligands for transcription factors (TF). The FABP2 promoter comprises polymorphisms c.-80_-79insT, c.-136_-132delAGTAG, c.-168_-166delAAGinsT, c.-260G>A, c.-471G>A and c.-778G>T, which result in two haplotypes A and B. Studies in relatively small cohorts provide preliminary evidence that FABP2 promoter haplotypes are associated with type 2 diabetes (T2D) and BMI. Here, the influence of haplotypes on BMI was examined via linear regression analysis of 8072 male and female participants of the KORA cohort. A reduction of -0.39 BMI units (p=0.02) in homozygous male FABP2 promoter haplotype B carrier was found. Carrier of haplotype B (AB+BB) showed a significant decrease in BMI of -0.19 BMI units (p=0.03). In accordance, a significant reduction in BMI of the minor haplotype carrier in the BMI point categories of 25-30 (-0.10 BMI units, p=0.03) and <30 (-0.37 BMI units, p=0.02) were found. Female carriers showed no association with BMI. Functional analysis of haplotypes by Rosiglitazone stimulated PPARγ/RXRα displays a 2-fold higher activity of haplotype B than A. As shown by chimeric FABP2 promoter constructs, the higher responsiveness of FABP2 haplotype B is mainly but not solely determined by polymorphism c.-471G>A. As shown by electro mobility shift assays and promoter reporter assays, OCT1 interacts with the -471 region of FABP2 promoters, induces the activities of both FABP2 promoter haplotypes and abolishes the different activities of haplotypes induced by Rosiglitazone stimulated PPARγ/RXRα. MTTP is a key regulator in the assembly and secretion of chylomicrons and VLDL in the intestine and in liver. Associations between MTTP variants and traits of the MetS are carried out in relatively small cohorts and are not consistent. Seven htSNPs covering a 52 kb region of the MTTP locus and two cSNPs (I128T, H297Q) were analysed for MetS trait alteration via linear regression in 7582 participants of the KORA study cohort. A MTTP haplotype containing the minor allele of H297Q showed a significant decrease of -0.64 BMI units (p=0.04) in females but not in males. Only females carrying the Q-allele showed a decrease in BMI (Q-carrier: -0.26 BMI unit, p=0.02; Q/Q: -0.66 BMI units, p=0.01), waist circumference (Q-carrier: -0.66 cm, p=0.01; Q/Q -1.44 cm, p=0.01) and total cholesterol (Q-carrier: -0.05 mmol/l, p=0.03; Q/Q: -0.11 mmol/l, p=0.03). Males revealed no association with any of the three measured traits of the MetS. PTGES2 is required for production of the antilipolytic compound prostaglandin E2. The H-allele of the R298H polymorphism in the PTGES2 gene was associated with lower risk of T2D. To explore a PTGES2 gene influence on BMI alteration, the R298H SNP and three htSNPs covering a 20 kb gene region were analysed in the KORA study cohort with 8079 participants. A statistically significant difference in BMI between the heterozygous PTGES2 R298H genotype and the homozygous R/R genotype was found in males but not in females. Males with the R/H genotype showed a decrease in BMI of -0.30 BMI units (p=0.02) in comparison to R/R males. A haplotype comprising the minor allele of PTGES2 R298H showed a significant decrease of -0.19 BMI units in males (p=0.04) but not in females. Other haplotypes and single htSNPs were not significantly associated with BMI. Association analysis in the KORA cohort with more than 8000 participants revealed association between BMI and polymorphisms of the FABP2 promoter and the MTTP and PTGES2 genes. The MTTP SNP H297Q and related haplotypes are also associated with waist circumference and total cholesterol. Functional analysis exhibited, that the FABP2 promoter haplotype B is 2-fold more inducible by PPARγ/RXRα than haplotype A. This difference is caused by polymorphism c.-471G>A. In addition, OCT1 was identified as a TF regulating the FABP2 promoter. In conclusion, variants of the FABP2, MTTP and PTGES2 genes, which are involved in fat metabolism, contribute to the development of the MetS.

Das Fettsäure-Bindungsprotein 2 (FABP2), das mikrosomalen Triglycerid-Transfer Protein (MTTP) und die Prostaglandin E Synthase 2 (PTGES2) sind beteiligt an der Regulierung des Fettstoffwechsels. Polymorphismen in den Genen vom FABP2, MTTP und PTGES2 sind mit Markern des Metabolischen Syndroms (MetS) assoziiert. Diese Arbeit erweitert das Wissen über den Zusammenhang zwischen diesen 3 Gen Bereichen und Markern des MetS auf der Basis von Assoziationsstudien in der KORA Kohorte mit mehr als 8000 Teilnehmern. Weiterhin wurde die Regulation des FABP2 Promotors durch PPARγ/RXRα funktionell in einem Zellkulturansatz untersucht. FABP2 reguliert die Absorption und den zytosolischen Transport von nicht veresterten langkettigen freien Fettsäuren (FS) sowie deren Einbau in Chylomikronen im Darm. Weiterhin transportiert FABP2 FS in den Zellkern, in dem diese als Liganden für Transkriptionsfaktoren fungieren. Der FABP2 Promotor zeigt die Polymorphismen c.-80_-79insT, c.-136_-132delAGTAG, c.-168_-166delAAGinsT, c.-260G>A, c.-471G>A und c.-778G>T, die in den Haplotypen A and B resultieren. Studien in kleinen Kohorten zeigten Assoziationen der FABP2 Promotor Haplotypen mit Diabetes Typ 2 (T2D) und BMI. Lineare Regressions-Analysen der beiden Haplotypen im Bezug auf den BMI von 8072 Männern und Frauen der KORA Kohorte offenbarte eine Reduktion um -0.39 BMI Einheiten (E.) (p=0.02) von homozygoten männlichen FABP2 Promotor Haplotyp B-Trägern. Generell hatten Männer mit dem Haplotyp B einen um -0.19 E. (p=0.03) signifikant erniedrigten BMI. Übereinstimmend hatten Träger des seltenen Allels eine BMI Erniedrigung in den Gruppen mit einem BMI von 25-30 (-0.10 E., p=0.03) und <30 (-0.37 E., p=0.02). Weibliche Träger des seltenen Allels zeigten keine signifikanten Assoziationen. Funktionelle Untersuchungen der FABP2 Promotor Haplotypen nach PPARγ/RXRα Transfektion führten zu einer 2-fach erhöhten Aktivität des Haplotyps B im Vergleich zu A im Zellkulturansatz. FABP2 Promotor Chimären zeigten, dass die stärkere Aktivierbarkeit des Haplotyps B wesentlich von dem c.-471G>A SNP abhängig ist. Elektro Mobility Shift Assays und Promotor Reporter Analysen zeigten eine Promotor aktivierende Bindung von OCT1 im Bereich des c.-471 SNP. Die haplotypen-spezifische Induktion durch PPARγ/RXRα wurde dadurch aufgehoben. MTTP ist ein Schlüsselenzym in der Bildung und der Sekretion von Chylomikronen und VLDL im Darm und in der Leber. Assoziationsstudien zwischen MTTP SNPs und Markern des MetS, besonders Lipid-Werten, wiesen in kleinen Kohorten widersprüchliche Ergebnisse auf. 7 htSNPs, sowie 2 cSNPs (I128T, H297Q), die eine 52 kb Region des MTTP Locus umspannen, wurden auf ihr MetS Marker veränderndes Potential mittels Linearer Regression in 7582 Teilnehmern der KORA Kohorte hin untersucht. Ausschließlich weibliche Träger eines Haplotyps mit dem seltenen Allel des H297Q SNP zeigten eine signifikante Erniedrigung des BMIs um -0.64 E. (p=0.03). Ausschließlich Frauen mit einem Q-Allel zeigten Verminderungen des BMIs (Q- Träger: -0.26 BMI E., p=0.02; Q/Q: -0.66 BMI E., p=0.01), des Hüftumfangs (Q- Träger: -0.66 cm, p=0.01; Q/Q -1.44 cm, p=0.01) und des gesamt Cholesterins (Q- Träger: -0.05 mmol/l, p=0.03; Q/Q: -0.11 mmol/l, p=0.03). Männliche Träger des Q-Allels wiesen keine Veränderung dieser Parameter auf. PTGES2 bildet das antilipolytische Prostaglandin E2. Das H-Allel des R298H SNP im PTGES2 Gen ist mit einem erniedrigten T2D Risiko assoziiert. Um den Einfluss von PTGES2 SNPs auf BMI Veränderungen zu untersuchen, wurden der R298H SNP und 3 htSNPs, welche eine 20 kb Region des PTGES2 Gens umspannen, in der KORA Kohorte mit 8079 Teilnehmern analysiert. Ein statistisch signifikanter Unterschied zwischen BMI und heterozygoten Trägern des R298H SNP im Vergleich zu Trägern des häufigen Allels wurde ausschließlich in Männern gefunden. Träger des R/H Genotyps wiesen eine Reduktion um -0.30 BMI E. (p=0.02) auf. Männer die einen 298H Haplotyp aufwiesen zeigten einen um -0.19 E. erniedrigten BMI (p=0.04). Weiteren htSNPs oder Haplotypen zeigten keine Assoziationen zu einem veränderten BMI. Lineare Regressions-Analysen in der KORA Kohorte (n>8000) zeigten Assoziationen zwischen dem BMI und Polymorphismen im FABP2 Promotor und den Genen des MTTP und der PTGES2. Der MTTP H297Q SNP ist weiterhin mit Veränderungen im Hüftumfang und des Gesamt Cholesterins assoziiert. Funktionelle Analysen des FABP2 Promotors zeigten, dass die 2-fach höhere Aktivierbarkeit des Haplotyps B durch PPARγ/RXRα durch den SNP c.-471G>A hervorgerufen wird. Zusätzlich wurde OCT1 als ein Transkriptionsfaktor identifiziert, der den FABP2 Promotor reguliert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Polymorphismen in den Genen des FABP2, MTTP und PTGES2, die für den Fettstoffwechsel wichtig sind, zur Entstehung des MetS beitragen.

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Böhme, Mike: Functional and association analysis of polymorphisms in selected genes of fat metabolism. 2009.

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