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Fenotipi e patologie complesse
Variabilità genetica e malattia
Singolo gene Malattie “mendeliane”
Geni multipli Malattie complesse
Polimorfismi Suscettibilità a malattie non genetiche
Farmacogenetica Suscettibilità agli effetti dei farmaci
Malattie Mendeliane
•mutazioni altamente penetranti
•spesso soggette a selezione negativa
(varianti rare)
•effetto deleterio sulla funzione della
proteina è spesso evidente (stop
codon, frameshift, mutaz splicing
etc)
Malattie complesse
•contribuiscono alla predisposizione
alla malattia
•rischio relativo moderato
•non soggette a forte pressione
selettiva (varianti più comuni)
•varianti con effetti moderati sulla
funzione o regolazione
dell’espressione
•regioni non codificanti
La prevalenza di obesità e sovrappeso tra i bambini e gli
adulti è notevolmente aumentata nel corso degli ultimi decenni
nella maggior parte dei paesi sviluppati o in via di sviluppo
(Stein and Colditz., 2004; Wang et al., 2002).
Obesità
Essa sta assumendo proporzioni epidemiche e rappresenta un importante fattore di
rischio per patologie quali ipertensione, malattie
cardiovascolari, patologie metaboliche, diabete, ecc.
OBESITY: A Huge Public Health Problem
Definition of obesity:
BMI>30
Definition of overweight:
BMI >25
BMI = weight (kg)/ height2 (m)
PRIMARIA: non dovuta a disfunzioni endocrino metaboliche
SECONDARIA: causata da una disfunzione endocrina o metaboliche
•DIFFUSA : adipe presente in tutti i distretti del
corpo (tronco e arti)
•DISTRETTUALE: adipe presente soltanto in alcunezone (addome, glutei, fianchi e torace)
OBESITA’ ANDROIDE (UOMO) (adipe localizzato principalmente nell’addome)
OBESITA’ GINOIDE (DONNA) (adipe localizzato principalmente su glutei e fianchi)
F.Monaco “Endocrinologia Clinica” III Ed-SEU
Secondo le linee guida europee la circonferenza vita non dovrebbe superare i 102 cm negliuomini e gli 88 cm nelle donne. Il rapporto vita/fianchi dovrebbe essere inferiore a 0,95 pergli uomini e 0,8 nelle donne.
La circonferenza della vita è rappresentativa delgrasso viscerale intraddominale mentre quelladei fianchi del grasso sottocutaneo gluteo-femorale.
La tabella sottostante ci mostra il rischio di malattie basato sulla relazione tra BMI e circonferenza del giro vita tra i due sessi.
BMIuomini ≤ 102 cm donne ≤ 88 cm
uomini ≥ 102 cm donne ≥ 88 cm
sottopeso < 18.5 — —
normopeso 18.5 – 24,9 — —
sovrappeso 25 - 29.9 aumentato alto
obesità I grado 30 - 34.9 alto molto alto
obesità II grado 35 - 39.9 molto alto molto alto
obesità III grado ≥ 40 estremamente alto estremamente alto
F.Monaco “Endocrinologia Clinica” III Ed-SEU
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14%
www.cdc.gov
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% ≥20%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% ≥20%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% ≥20%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% ≥20%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%–24% ≥25%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
Obesity Trends* Among U.S. AdultsBRFSS, 2002
No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%–24% ≥25%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%–24% ≥25%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%–24% ≥25%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%–24% 25%–29% ≥30%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs. overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%–24% 25%–29% ≥30%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs. overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%–24% 25%–29% ≥30%
(*BMI ≥30, or ~ 30 lbs. overweight for 5’ 4” person)
No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%–24% 25%–29% ≥30%
Attualmente il 5.7% della spesa sanitaria degli USA è imputabile ai danni dell’obesit{. Si stima che ogni anno vengano spesi 3,9 miliardi di dollari per spese mediche legate all’obesit{. Altri 33 miliardi sono spesi per prodotti e servizi per la perdita di peso.
Ambiente
Obesità
Malattia Multifattoriale
40-70%
Genotipo
Interazione tra geni ed ambiente
GENI
Tasso spontaneo di mutazione0.5% /milione di anni:
in 10,000 anni~ 0.005% mutazioni
In 100 anni radicali modifichedi dieta e stile di vita
AMBIENTE
Il fenomeno può essere interpretato come una risposta adattativa alla scarsità di energia disponibile che ha caratterizzato per lungo tempo l’evoluzione dell’uomo (Ulijaszek e Lofink, 2006).
Gli antenati dell’uomo moderno sono stati in grado di sopravvivere grazie alla capacità di sfruttamento di nuovi alimenti e dalla trasformazione dei sistemi metabolici in grado di fornire maggiori quantità di energia necessaria.
I primi ominidi sono comparsi circa 6 milioni di anni fa nell’Africa orientale(Tanzania, Kenia, Etiopia). Dieta: foglie, radici, frutta, noci (carboidrati)Circa 2 milioni di anni fa: •clima più secco e freddo, •le foreste furono sostituite dalle prateria,
•Già con Homo erectus: cambio dieta (usodi utensili, fuoco): > proteine e acidigrassi insaturi. Aumento del cervello.
La dieta Paleolitica: consumo di calorie giornaliero: ~ 3000 kcalla carne: 35–50% della dieta
Neandertaliani: Mangiavano prevalentemente carne, grassi e midolloConsumo giornaliero: sino a 4000 kcal
Le carni degli animali selvatici: meno grassi saturi e più grassi polinsaturi.Carne magra+frutta+ verdura +noci: ricca di antiossidanti. Poco sale, più fibre e più vitamine e minerali. I resti scheletrici delle popolazioni del Paleolitico superiore ci indicanoche gli individui erano di alta statura, buona ossatura e buoni denti
La dieta paleolitica è caratterizzata da periodialterni di abbondanza e di carestia.
L’abilit{ di immagazzinare grassi di riserva durante i periodi di abbondanza permetteva loro di avere adeguate riserve energetiche durante i periodi di carestia e sufficienti energie per lo sviluppo del cervello.
L’obesit{ nel Paleolitico era sicuramente un rarit{.
Venere
del Paleolitico
“Venere”
dei giorni nostri
Steatopigia: accumulo di grasso senza impedire la dispersione di caloreSecondo R. Pöch in periodi di fame e di sete ritarderebbe la perdita di albumina, consentendo al Boscimano e all'Ottentotto di resistere alle cattive condizioni di esistenza nel deserto.
Nascita dell’agricoltura (10.000): ancora cambiamenti nella dieta. L’uomo diventa onnivoro.
Questa rivoluzione neolitica coincise con un peggioramento dellasalute (malnutrizoine).
L’agricoltura creò dipendenza dai cereali che rimpiazzarono la carne e la frutta come fonte primaria di energie. Allergie alimentari. Persistenza della lattasi (unico adattamentoall’agricoltura e all’allevamento)
Rivoluzione industriale
Divenne più facile conservare il ciboIl cibo era comunque disponibile per tutti. Le macchine hanno diminuito lo sforzo fisico .
Alcuni decenni fa Neel (1962; 1982) propose che un “thrifty genotype” (genotipo di conservazione) si sia evoluto per proteggere le popolazioni umane dalla fame, facilitando il rapido rilascio di insulina (efficiente conversione di zucchero) e l’accumulo di energia sotto forma di grasso nei periodi di abbondanza costituendo una riserva per i periodi di magra.
Teoria del genotipo di conservazione
eccesso di calorie + riduzione attività motorie = incremento obesità, diabete e malattie cardiovascolari, mancando anche un adattamento genetico-biologico alle nuove condizioni di vita e di alimentazione.Inoltre, la vita moderna è spesso caratterizzata da stress e da una riduzione di periodi di riposo e sonno. Elementi che sono stati associati con l’aumento dell’obesit{ (Bjorntorp, 2001; Chaput et al., 2006).
Mentre i grassi di riserva permettevano l’immagazzinamento di energiadurante i periodi di carestia, nella società moderna, dove il cibo è sempredisponibili e abbondante e l’attivit{ fisica sempre più ridotta, la funzione diimmagazzinare energia di questi geni è diventata una svantaggiopromuovendo l’accumulo di grasso, con conseguente obesità, produzioneeccessiva di insulina e sviluppo di insulina resistenza e diabete mellito
Recentemente Speakman contestò questa ipotesi poiché non poteva spiegare come moltissime persone attualmente mantengono un normale peso corporeo.Speakman suggerì che sicuramente antichi geni hanno controllato il peso corporeo, ma con le mutazioni responsabili dell’obesit{ che sono state selezionate contro il rischio di predazione.Gli obesi dovevano essere facili prede per ovvie ragioni, per cui erano svantaggiati. Per cui alcuni milioni di anni fa gli uomini svilupparono strategie per difendersi dai predatori (fuoco, armi).Da allora mutazioni casuali che determinavano l’aumento di peso non sono state più rimosse dalla selezione naturale e hanno cominciato a diffondersi per deriva genetica.Quando il cibo è diventato largamente disponibile e l’attivit{ fisica limitata, il peso corporeo è cominciato ad aumentare negli individui portanti tali geni.
Body
mass
Speakman JR. A nonadaptive scenario explaining the genetic predisposition to obesity: the "predation release" hypothesis. Cell Metab. 2007 Jul;6(1):5-12
Pliocene (6-2 milioni di anni)
X
X
Mutazioni
casuali
Mutazioni
casualiMutazioni
casuali
Effetto interazione GENOTIPO-AMBIENTE
Adattato da Ravussin and Bouchard, 2000
Predisposizione all’obesità
Resistenti Predisposti
BM
IAmbiente Obesogenico
Ambiente Restrittivo
Oggi sappiamo che la componente genetica è responsabile della massa corporea dal 30 al 70% (Herbert et al., 2006).la maggior parte delle formedi obesità sono sotto un controllo poligenico di diversi fattori biologici
Circa 135 geni candidati sono stati associati all’obesit{.Sono diffusi in tutto il genoma, ad eccezione del cromosoma YFattori genetici sono stati ancheassociati all’attivit{ fisica
FATTORI PRECOCI DI RISCHIO PER OBESITA’ NELL’INFANZIA (BMJ 2005 ; 330)
OBESITA’ NEI GENITORI(se entrambi BMI > 30 , OR = 10,44; se solo madre obesa OR = 4,25; se solo padre obeso OR = 2,54)
PESO ALLA NASCITA(OR = 1,05 per ogni 100 gr. di unità di incremento)
FUMO MATERNOIn gravidanza
INCREMENTO DI PESO ECCESSIVO NEL 1° ANNO DI VITA (OR = 1.06 per ogni 100 gr di unità di incremento)
+ 1 DS DEL PESO a 8 MESI ( OR = 3,13 ) e a 18 MESI (OR = 2,65)
> 8 ORE DI TV ALLA SETTIMANA a 3 ANNI ( OR = 1,55 )
CATCH UP GROWTH NEL PERIODO 0- 2 ANNI (OR = 2,60)
VERY EARLY ADIPOSITY REBOUND ( se < 43 mesi di età OR = 15 )
BREVE DURATA DEL SONNO ( < 10.5 ORE PER NOTTE ) a 3 ANNI ( OR = 1,45 )
SVANTAGGIO SOCIO-ECONOMICO
Fonte: C.Maffeis – “Il bambino obeso e le comlicanze – SEE Firenze 2004
Fonte: M. Iaia – “Cibo dei piccoli … salute dei grandi” – EDITEAM sas 2006
Esempio di
“early adiposity rebound”
BMI
BMI
Autore: Maurizio Iaia
Dopo 1 anno di vita, i valori di BMI diminuiscono per poi stabilizzarsi e riprendere ad aumentare mediamente dopo i 5-6 anni. L'età alla quale si raggiunge il valore minimo prima dell'aumento fisiologico del BMI si chiama adiposity rebound. Un incremento dei valori di BMI prima dei 5 anni: adiposity rebound precoce = rischio di sviluppo di obesità.
Alterazione dei meccanismi di controllo della fame e della sazietà
Disfunzione dei meccanismi che regolanola spesa energetica
LEPTINA
OPPIOIDIGHRHSOMATOSTATINA
SEGNALI
AFFERENTI
GLUCOCORTICOIDI
ANDROGENI
CCKGLP-1BOMBESINAGLUCOSIO
SEGNALI
AFFERENTI
NORADRENALINA
ADRENALINAESTROGENIINSULINA
NPYMCHCRHGLP-1
SEGNALIEFFERENTI
1: Rankinen T, Zuberi A, Chagnon YC, Weisnagel SJ, Argyropoulos G, Walts B, Pérusse L, Bouchard C. The human obesity gene map: the 2005 update. Obesity (Silver Spring). 2006 Apr;14(4):529-644. Review.
2: Pérusse L, Rankinen T, Zuberi A, Chagnon YC, Weisnagel SJ, Argyropoulos G, Walts B, SnyderEE, Bouchard C. The human obesity gene map: the 2004 update. Obes Res. 2005 Mar;13(3):381-490.
3: Snyder EE, Walts B, Pérusse L, Chagnon YC, Weisnagel SJ, Rankinen T, Bouchard C. The human obesitygene map: the 2003 update. Obes Res. 2004 Mar;12(3):369-439. Review.
4: Chagnon YC, Rankinen T, Snyder EE, Weisnagel SJ, Pérusse L, Bouchard C. The human obesity gene map: the 2002 update. Obes Res. 2003 Mar;11(3):313-67. Review.
5: Rankinen T, Pérusse L, Weisnagel SJ, Snyder EE, Chagnon YC, Bouchard C. The human obesity gene map: the 2001 update. Obes Res. 2002 Mar;10(3):196-243. Review.
6: Pérusse L, Chagnon YC, Weisnagel SJ, Rankinen T, Snyder E, Sands J, Bouchard C. The human obesitygene map: the 2000 update. Obes Res. 2001 Feb;9(2):135-69. Review.
7: Chagnon YC, Pérusse L, Weisnagel SJ, Rankinen T, Bouchard C. The human obesity gene map: the 1999 update. Obes Res. 2000 Jan;8(1):89-117. Review.
8: Pérusse L, Chagnon YC, Weisnagel J, Bouchard C. The human obesity gene map: the 1998 update. ObesRes. 1999 Jan;7(1):111-29. Review.
9: Chagnon YC, Pérusse L, Bouchard C. The human obesity gene map: the 1997 update. Obes Res. 1998 Jan;6(1):76-92. Review.
10: Pérusse L, Chagnon YC, Dionne FT, Bouchard C. The human obesity gene map: the 1996 update. ObesRes. 1997 Jan;5(1):49-61. Review.
11: Bouchard C, Pérusse L. Current status of the human obesity gene map. Obes Res. 1996 Jan;4(1):81-90. Review.
SNPs showing polygenic effects on BMI
Geni correlati all’obesit{
LEP e LEPR
TNF
UCP1 e UCP2
AdipoQ
FTO
Chromosome Region: 16q12.2
Unknown function
Fto: originally described in a mouse
with Fused toes (syndactyly)
HUGO Gene Nomenclature
Committee changed the name to
FTO: FaT mass and Obesity associated
2900 pazienti e 5100 controlli
Gli individui portatori del polimorfismo a rischio hanno una probabilità di divenire obesi del 22% superiore (sia adulti che bambini) rispetto ai non portatori di tale polimorfismo
13 coorti con 38759 partecipanti
Soggetti (16%) che sono omozigoti per l’allele a rischio hanno un incremento di 1.67 volte della possibilità di divenire obesi (1.30 se eterozigoti) quando paragonati a quei pazienti che non hanno ereditato l’allele a rischio.
Spesa Energetica
Apporto AlimentareLEPTINA( LEP )
Tessuto Adiposo
I livelli circolanti sono proporzionaliall’adiposità. Aumenta se vi è un incrementoponderale e diminuisce nel digiuno e dopoesercizio fisico.
E’ mediata, almeno in parte, dal neuropeptide y (NPY), unpotente stimolatore dell’assunzione del cibo, su cui agisce inmaniera soppressiva.La totale mancanza o la resistenza, insensibilità, allaleptina provoca iperfagia, obesità, diabete, ed unavarietà di anomalie neuroendocrine e disfunzioni delsistema immunitario.
Risposte alle alterazioni del sistema leptina-recettore:
Mancata produzione di leptina (topi ob-/ob-)
Mancata produzione del recettore (topi db-/db-)
Comparsa precoce di obesità per mancato controllo di assunzione di cibo
Nell'uomo l'assunzione di cibo è un fenomeno assai complesso, perché mediato da numerosi segnali biologici che si integrano a livello ipotalamico ma anche da fattori non energetici (culturali, sociali, emozionali ecc.).
Risposta alla leptina nel deficit congenito
Terapia sostitutiva
CCK: (colecistochinina), ormone proteico secreto dall’intestino tenue, stimola la secrezione di succo pancreatico e di enzimi digestivi, lo svuotamento della colecisti, la motilità dell’intestino ed è un segnale di sazietà
GLP-1: Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) ormone proteico secreto dall’intestino. E’ il risultato del taglio della molecola del proglucagone
BOMBESINA: nell’uomo peptide rilasciante la gastrina. Inibisce l'assunzione di cibo
(come la colecistochinina, è una delle principali molecole che controllano il senso della
fame) regola la contrattilità della muscolatura liscia, regola la secrezione esocrina ed
endocrina, la pressione arteriosa la produzione degli zuccheri e della crescita cellulare
CRH:Ormone di liberazione della corticotropina (Corticotropin-releasing hormone eoriginariamente conosiuto come CRF ovvero corticotropin-releasing factor) è unormone polipeptidico ipotalamico, nonché un neurotrasmettitore, coinvolto nellarisposta agli stress
NPY1: neuropeptide Y è un polipeptide molto diffuso nel sistema nervoso centrale enel sistema nervoso autonomo; svolge diverse azioni, tra cui l’aumentodell’appetito e la modulazione della risposta vasocostrittrice innescata daineuroni noradrenergici è un potente stimolatore dell’appetito ed ha uno spiccatoeffetto anti-anoressizzante
MCH: ormone concentrante della melanina (MCH), promotore dell’appetito.
2008
Cushing’s Syndrome, two loci CNC1 and CNC2, mutations in PRKAR1A or MEN1 genes
Cortisone Reductase Deficiency, mutations in HSD11B1 and the H6PD gene
Isolated Growth Hormone Deficiency
X-Linked Syndromic Mental Retardation 16, MECP2 gene
Bardet-Biedl Syndrome, (14q32.1) genes BBS8, BBS3 and BBS5
Abright Hereditary Osteodystrophy-Like Syndrome
--The Human Obesity Gene Map
According to the susceptible-gene hypothesis,genes increase the risk of a certain characteristic, but arenot sufficient in themselves to explain the development of adisease. ‘Our genes permit us to become obese; the environmentdetermines if we become obese’
Attualmente sono stati pubblicati 15 studi GWAS sull’obesit{
Genome-wide association studies (GWAS) haveidentified several loci in the human genome containing genetic variants associated with common diseases, such as obesity. More than 97 genetic loci have been robustly associated with obesity-related traits, but,in general, a little overlap in the results of these studies has been observed
Distribuzione obesità in Italia
Distribuzione obesità in Italia
Piras I.S1., Vona G1., Ghiani M.E1., Inghes S2., Salaris L2., Calò C.M1.
Valutazione della statura e del BMI in Sardegna. Dati sulla leva del 1980
(1) Dipartimento di Biologia Sperimentale
(2) Dipartimento di Ricerche Economiche e Sociali
Università degli Studi di Cagliari
Obesità
4,7%
3,0% 3,1%3,4%
3,0%
2,6% 2,6%
3,0%
1,5%
0,0%
1,0%
2,0%
3,0%
4,0%
5,0%
GA
SS
OR
NU
OG
MD
CA
SU
Sar
degna
Gallura
Sulcis
Medio
Campidano
Ogliastra
Sardegna 3,0%
Gallura: 4,7%
Ogliastra: 1,5%
sottopeso NormopesoSovrappeso +
Obesi
1951 1980 1951 1980 1951 1980
Sassari 8,84 8,9 86,68 78,4 4,49 12,70
Olbia tempio 6,45 9,3 86,61 76,7 6,94 14,00
Nuoro 4,32 7,5 90,24 78,0 5,44 14,50
Ogliastra 5,66 9,8 91,04 80,1 3,30 10,10
Oristano 5,73 6,6 88,90 81,7 5,37 11,70
M.Campidano 8,22 10,2 86,67 76,6 5,11 13,20
Carbonia-Iglesias 10,16 10,1 85,49 77,2 4,34 12,70
Cagliari 8,93 10,1 86,39 77,2 4,68 12,70
Sardegna 7,91 9,0 87,21 78,2 4,88 12,80
ANALISI DEL BMI
ANALISI DEL BMI
sottopeso NormopesoSovrappeso +
Obesi
1969 1998 1969 1998 1969 1998
Montagna 3,90 9,49 91,02 78,83 5,08 11,68
Collina interna 5,65 10,12 89,66 77,95 4,69 11,93
Collina litoranea 7,65 9,39 87,22 76,47 5,13 14,15
Pianura 9,95 10,97 85,22 76,12 4,82 12,91
Incidenza dell’Obesit{ in et{ evolutiva nella Provincia di Carbonia Iglesias
Provincia di
Carbonia Iglesias
Realizzato in collaborazione con
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CAGLIARI
Dipartimento di Biologia Sperimentale e
Corso di Laurea in Scienze Motorie
Obesità e Sovrappeso nei singoli comuni
Obesità e sovrappeso nei maschi:confronto con dati precedenti
Sardegna- Ogliastra
