A synonymous variant in GCK gene as a cause of gestational diabetes mellitus

Cover Page
  • Authors: Zubkova N.A.1, Rubtsov P.M.2, Burumkulova F.F.3, Ibragimova L.I.1, Makretskaya N.A.1, Vasilyev E.V.1, Petrov V.M.1, Tiulpakov A.N.1
  • Affiliations:
    1. Endocrinology Research Centre
    2. Engelhardt Institute of Molecular Biology Russian Academy of Sciences 
    3. Moscow Regional Research Institute of Obstetrics and Gynecology
  • Issue: Vol 22, No 2 (2019)
  • Pages: 165-169
  • Section: Case report
  • URL: https://dia-endojournals.ru/dia/article/view/9938
  • DOI: https://doi.org/10.14341/DM9938
  • Cite item

Abstract


The diagnosis of MODY as a subtype of gestational diabetes mellitus (GDM) is important for an adequate management during pregnancy and the postnatal period. The present report describes a case of GDM caused by a synonymous с.666C>G р.V222V substitution in the GCK gene. The variant, which was initially ranked as ‘likely benign’, was later proven to be pathogenic by in vitro studies. The с.666C>G substitution led to the use of a new donor splice site and synthesis of the aberrant mRNA with deletion of 16 base pairs. The case illustrates that additional clinical and experimental data may be required for the correct interpretation of sequence variants pathogenicity.


АКТУАЛЬНОСТЬ

Течение сахарного диабета (СД) типа MODY2, обусловленного гетерозиготными мутациями в гене глюкокиназы (GCK), долгие годы может оставаться бессимптомным. Глюкокиназа (гексокиназа IV, глюкозо-6-фосфотрансфераза) – фермент, принадлежащий к семейству гексокиназ, который катализирует первую реакцию гликолитического метаболического пути – фосфорилирование глюкозы в глюкозо-6-фосфат в гепатоцитах и β-клетках поджелудочной железы (ПЖ). Глюкокиназа играет важную роль в регуляции секреции инсулина, являясь связующим звеном между уровнем гликемии и началом секреции инсулина [1]. Вследствие мутаций в GCK нарушается способность глюкокиназы фосфорилировать глюкозу и, как результат, увеличивается минимальная концентрация глюкозы, необходимая для стимуляции выброса инсулина, но секреторный ответ инсулина на стимуляцию глюкозой всегда сохранен.

Во время беременности по мере созревания плаценты нарастает инсулинорезистентность, в связи с чем гипергликемия у пациентов с GCK-MODY2 часто выявляется при пренатальном скрининге I или III триместров. Диагностика случаев GCK-MODY2 в структуре гестационного сахарного диабета (ГСД) необычайно важна, так как это определяет тактику ведения пациентов во время беременности и в послеродовом периоде [2].

В последние годы молекулярно-генетический анализ, в том числе и при моногенных формах СД, становится все более рутинным, особенно после внедрения технологии секвенирования следующего поколения (NGS). С одной стороны, это значительно упрощает возможности диагностики, с другой – все возрастающий объем данных делает затруднительной оценку патогенности выявляемых изменений нуклеотидной последовательности, так как наряду с известными мутациями, с доказанной связью с наследственной патологией, нередко детектируются изменения, достоверно оценить вклад которых в ту или иную патологию сразу невозможно. Американским обществом медицинской генетики (American College of Medical Genetics, ACMG) [3] и российским обществом генетиков [4] предложены системы оценки патогенности нуклеотидных вариантов, в соответствии с которыми последние ранжированы на 5 категорий: доброкачественные, вероятно доброкачественные, варианты с неопределенной значимостью, вероятно патогенные и патогенные. К первым двум категориям (т.е. клинически незначимым изменениям) в соответствии с используемыми критериями относятся и так называемые «синонимичные» мутации, при которых замена одного нуклеотида на другой в кодирующей части гена теоретически не должна приводить к изменению аминокислотной последовательности белка.

В представленной работе приводится описание клинического случая ГСД, ассоциированного с синонимичным вариантом в гене GCK, патогенность которого была подтверждена функциональными исследованиями in vitro.

ОПИСАНИЕ КЛИНИЧЕСКОГО СЛУЧАЯ

Беременная Л., 22 лет. Впервые повышение гликемии в биохимическом анализе крови до 6,7 ммоль/л было выявлено в возрасте 8 лет, в связи с чем проведен оральный глюкозотолерантный тест (ОГТТ), по результатам которого диагностировано нарушение толерантности к глюкозе. В 13 лет при очередном обследовании НbА – 6,0%, по данным ОГТТ, гликемия натощак 5,6 ммоль/л, на 120 минуте – 11,2 ммоль/л. Установлен диагноз «Сахарный диабет». Маркеры аутоиммунного сахарного диабета (антитела (АТ) к островковым клеткам (islet cell antibodies, ICA), тирозинфосфатазе (cytoplasmic islet cell antibody, IA-2A), глутаматдекарбоксилазе (glutamic acid decarboxylase antibodies, GADA)) – отрицательные. Далее пациентка придерживалась диеты с ограничением легкоусвояемых углеводов. Дальнейшее обследование в 16 лет, когда при уровне глюкозы венозной плазмы натощак 7,0 ммоль/л С-пептид – 140 пмоль/л (референсные значения 100–1010), инсулин – 31 пмоль/л (референсные значения 15–180).

На сроке беременности 6–7 нед (первый пренатальный скрининг) выявлено повышение уровня глюкозы в биохимическом анализе крови – 6,1 ммоль/л, диагностирован ГСД, рекомендовано соблюдение диеты с исключением легкоусвояемых углеводов. На этом фоне показатели гликемии натощак – до 5,5 ммоль/л, через 1 ч после еды – до 7,5 ммоль/л. После 22-й недели беременности отмечалось периодическое повышение показателей гликемии натощак до 5,6 ммоль/л, обусловленное нарушением диеты. На сроке беременности 29 нед: гликемия натощак 6,1–6,4 ммоль/л, через 1 ч после еды максимально до 8,0 ммоль/л при адекватном режиме питания. Общая прибавка массы тела за 29 нед – 17 кг (вес до беременности 63 кг, ИМТ = 21,8 кг/м2). По данным УЗИ плода на сроке 29 нед 3 дня выявлена тенденция к крупному плоду: окружность груди (ОГ) – 289 мм, окружность живота (ОЖ) – 276 мм, предполагаемая масса плода (ПМП) – 1873 г (>90 перцентилей). Проведено непрерывное мониторирование гликемии системой iPro2, по данным которого подтверждено повышение гликемии натощак и постпрандиально (рис. 1). С 30-й недели беременности инициирована инсулинотерапия в базис-болюсном режиме: инсулин пролонгированного действия детемир 16 ЕД (0,2 Ед/кг) в 22.00 с последующим постепенным увеличением дозы до 24 Ед в связи с повышенными показателями гликемии утром натощак, инсулин ультракороткого действия аспарт по 4 Ед перед завтраком, обедом и ужином за 15 минут до еды (0,43 Ед/кг). На фоне инсулинотерапии и диеты к 33-й неделе беременности достигнуты целевые показатели гликемии: натощак – до 5,1 ммоль/л, через 1 ч после еды – до 7,0 ммоль/л (рис. 2). Дальнейшей коррекции доз инсулина не требовалось.

 

Рис. 1. Суточное мониторирование гликемии пациентки Л. до назначения инсулинотерапии.

 

Рис. 2. Суточное мониторирование гликемии пациентки Л. после назначения инсулинотерапии.

 

Родоразрешение на 39 нед через естественные родовые пути. При рождении вес ребенка (девочка) – 3280 г (-0,02 SD), рост – 51 см (+0,91 SD). В возрасте 3 мес при измерении сахара крови у ребенка зафиксирована гипергликемия 6,2 ммоль/л (голодный промежуток 3 ч).

Семейный анамнез (рис. 3).

 

Рис. 3. Родословная семьи пациентки Л.: СД - сахарный диабет.

 

Дед по линии отца, 55 лет, инфаркт миокарда (I.2). Гипергликемия до 8,0 ммоль/л впервые зафиксирована при обследовании по поводу перенесенного инфаркта в возрасте 45 лет. На фоне приема пероральных сахароснижающих препаратов (ПССП), без соблюдения диеты показатели гликемии в течение дня – до 9,0 ммоль/л.

Отец пробанда, 49 лет (II.2). В возрасте 16 лет выявлена гипергликемия. При ОГТТ гликемия натощак 7,2 ммоль/л, на 120-й минуте – 10,4 ммоль/л. Диету не соблюдал. В возрасте 25 лет повторно обследован: уровень аутоантител отрицательный, С-пептид 0,2 пмоль/л (0,36–1,7), аглюкозурия. Далее наблюдался эндокринологом с диагнозом «СД 2 типа». Гликемия в течение дня на фоне обычного режима питания достигала 16,0 ммоль/л, НbА – 7,8%.

Дядя пробанда, 43 года (II.3). Повышение гликемии натощак до 7,2 ммоль/л выявлено в 34 года. К эндокринологу не обращался, дополнительного обследования не проходил.

Двоюродный брат, 11 лет (III.3). В возрасте 1 года 9 мес проведено обследование в связи с полиурией: в биохимическом анализе крови повышение гликемии натощак 6,5 ммоль/л, после еды – 9,9 ммоль/л, НbА – 6,6%, аглюкозурия. При уровне гликемии 6,7 ммоль/л (период голодания 6,5 ч) С-пептид – 0,03 нмоль/л (0,1–1,01), инсулин – 8,0 пмоль/л (10–120), АТ ICA, IAA, GADA – отрицательные. Гликемия, по данным непрерывного суточного мониторирования уровня гликемии (Continuous Glucose Monitoring System, CGMS), достигала 10 ммоль/л, в связи с чем в возрасте 2 лет 1 мес был назначен продленный инсулин (гларгин) в дозе 2 Ед/сут – 0,12 Ед/кг. В возрасте 2 лет 9 мес к терапии добавлен короткий инсулин (актрапид) в связи с постпрандиальной гликемией до 14,9 ммоль/л.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Отсутствие аутоиммунных маркеров СД 1 типа, данные семейного анамнеза (см. рис. 3) позволили предположить наличие у пациентки моногенной формы СД. При проведении молекулярно-генетического исследования методом NGS (методика описана ранее [5]) выявлен редкий гетерозиготный вариант в кодоне V222 гена GCK (NM_000162: c.666C>G p.V222V; ExAC MAF, 0.0001). Аналогичный вариант был подтвержден при проведении секвенирования по Сэнгеру у родственников пробанда, имеющих нарушения углеводного обмена (см. рис. 3).

Согласно существующим рекомендациям [3, 4], данный синонимичный вариант следовало классифицировать как «вероятно доброкачественный», что ставило под сомнение его связь с выявленными нарушениями углеводного обмена. Между тем в предыдущем исследовании в эксперименте in vitro с использованием технологии «минигена» было показано, что трансверсия c.666C>G в экзоне 6 гена GCK может быть причиной нарушения процесса сплайсинга (исследование проведено в Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, под руководством д.б.н., г.н.с. Рубцова П.М., описано ранее [6]). Данная нуклеотидная замена приводит к появлению нового донорного сайта сплайсинга и образованию измененной мРНК с делецией 16 пар нуклеотидов (рис. 4). Таким образом, дополнительные экспериментальные данные позволили переклассифицировать вариант с.666C>G р.V222V с «вероятно доброкачественного» в «патогенный» [3, 4].

 

Рис. 4. Хроматограммы с результатами секвенирования продуктов сплайсинга, полученных in vitro с использованием технологии «минигена» [5]. WT – фрагмент последовательности транскрипта дикого типа; c663_678del – фрагмент транскрипта с делецией 16 пар нуклеотидов как результат синонимичного варианта c.666C>G.

 

По оценкам некоторых авторов, патогенный эффект не менее чем 15% диагностируемых мутаций обусловлен полными или частичными нарушениями механизма сплайсинга, а не только аминокислотными заменами в затронутых кодонах [7, 8], при этом доля внутриэкзонных патогенных вариантов, согласно биоинформатическим исследованиям, может достигать 25% [9, 10]. О существовании таких механизмов следует помнить при интерпретации данных молекулярно-генетических исследований. Как демонстрирует представленный нами клинический пример, именно синонимичная мутация, первоначально интерпретированная как «вероятно доброкачественная» нуклеотидная замена, была причиной снижения функции глюкокиназы и нарушения углеводного обмена у пациентки с ГСД и ее прямых родственников. Подтверждение функциональной значимости выявленной в гене GCK синонимичной замены позволит избежать назначения медикаментозной терапии и достичь целевых показателей гликемии на фоне диетотерапии в послеродовом периоде, а также обеспечить персонализированный подход к сахароснижающей терапии при планировании последующих беременностей нашей пациентки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящем сообщении подчеркивается важность тщательной клинической оценки всех случаев моногенных форм СД, проанализированных методом NGS. В случае характерных фенотипических проявлений и отягощенной в нескольких поколениях наследственности показано проведение дополнительных функциональных методов исследования для оценки патогенности вариантов, первично классифицированных как «возможно доброкачественные».

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Исследование частично выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №16-15-10408). Результаты изучения сплайсинга in vitro получены в рамках Программы фундаментальных исследований государственных академий наук на 2013–2020 годы (тема № 01201363822).

Согласие пациентов. Пациентка добровольно подписала информированное согласие на публикацию персональной медицинской информации в обезличенной форме в журнале «Сахарный диабет».

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Участие авторов. Н.А. Зубкова, Н.А. Макрецкая, А.Н. Тюльпаков – концепция и дизайн исследования, анализ полученных данных, написание текста; Л.И. Ибрагимова, Е.В. Васильев – сбор материала, анализ полученных данных; А.Н. Тюльпаков, Н.А. Макрецкая, Е.В. Васильев, П.М. Рубцов – проведение молекулярно-генетического исследования. Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Natalia A. Zubkova

Endocrinology Research Centre

Author for correspondence.
Email: zunata2006@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6097-7831
SPIN-code: 5064-9992

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD, senior research associate

Petr M. Rubtsov

Engelhardt Institute of Molecular Biology Russian Academy of Sciences 

Email: rubtsov@eimb.ru
ORCID iD: 0000-0002-9867-2344
SPIN-code: 8227-7362

Russian Federation, 32, Vavilov street, Moscow, 119991

PhD in Biology, leading research associate

Fatima F. Burumkulova

Moscow Regional Research Institute of Obstetrics and Gynecology

Email: fatima-burumkulova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9943-0964
SPIN-code: 6592-7736

Russian Federation, st. Pokrovka, d.22a, 101000 Moscow

MD, PhD, leading research associate

Liudmila I. Ibragimova

Endocrinology Research Centre

Email: ibragimovaliudmila@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3535-520X
SPIN-code: 5013-8222

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD, senior research associate

Nina A. Makretskaya

Endocrinology Research Centre

Email: makretskayan@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0412-7140
SPIN-code: 4467-7880

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, research associate

Evgeny V. Vasilyev

Endocrinology Research Centre

Email: vas-evg@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1107-362X
SPIN-code: 5767-1569

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

PhD in Biology, senior research associate

Vasily M. Petrov

Endocrinology Research Centre

Email: petrov.vasiliy@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0520-9132
SPIN-code: 4358-2147

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

PhD in Chemistry, senior research associate

Anatoly N. Tiulpakov

Endocrinology Research Centre

Email: ant@endocrincentr.ru
ORCID iD: 0000-0001-8500-4841
SPIN-code: 8396-1798

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD

  1. Matschinsky FM. Regulation of pancreatic beta-cell glucokinase: from basics to therapeutics. Diabetes. 2002;51 Suppl 3:S394-404. doi: 10.2337/diabetes.51.2007.s394
  2. Colom C, Corcoy R. Maturity onset diabetes of the young and pregnancy. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2010;24(4):605-615. doi: 10.1016/j.beem.2010.05.008
  3. Richards S, Aziz N, Bale S, et al. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet Med. 2015;17(5):405-424. doi: 10.1038/gim.2015.30
  4. Рыжкова О.П., Кардымон О.Л., Прохорчук Е.Б., и др. Руководство по интерпретации данных, полученных методами массового параллельного секвенирования (MPS) // Медицинская генетика. – 2017. – Т. 16. – №7. – С. 4-17. [Ryzhkova OP, Kardymon OL, Prohorchuk EB, et al. Guidelines for the interpretation of massive parallel sequencing variants. Medical genetics. 2017;16(7):4-17. (In Russ.)]
  5. Зубкова Н.А., Бурумкулова Ф.Ф., Петрухин В.А., и др. Весо-ростовые показатели детей, рожденных от матерей с гестационным сахарным диабетом, обусловленным мутациями в гене глюкокиназы // Сахарный диабет. – 2018. – Т. 21. – №2. – С. 92-98. [Zubkova NA, Burumkulova FF, Petrukhin VA, et al. Birth weight and length in offsprings of mothers with gestational diabetes mellitus due to mutations in GCK gene. Diabetes mellitus. 2018;21(2):92-98. (In Russ.)] doi: 10.14341/DM9429
  6. Игудин Е.Л., Спирин П.В., Прасолов В.С., и др. Функциональная характеристика двух новых мутаций сплайсинга в гене глюкокиназы при моногенном диабете MODY2 // Молекулярная биология. – 2014. – Т. 48. – № 2. – С. 288-294. [Igudin EL, Spirin PV, Prasolov VS, et al. Functional characterization of two novel splicing mutations of glucokinase gene associated with maturity-onset diabetes of the young type 2 (MODY2). Molecular biology. 2014;48(2):288-294. (In Russ.)] doi: 10.7868/S0026898414020074
  7. Baralle D, Lucassen A, Buratti E. Missed threads. The impact of pre-mRNA splicing defects on clinical practice. EMBO Rep. 2009;10(8):810-816. doi: 10.1038/embor.2009.170
  8. Soukarieh O, Gaildrat P, Hamieh M, et al. Exonic Splicing Mutations Are More Prevalent than Currently Estimated and Can Be Predicted by Using In Silico Tools. PLoS Genet. 2016;12(1):e1005756. doi: 10.1371/journal.pgen.1005756
  9. Sterne-Weiler T, Howard J, Mort M, et al. Loss of exon identity is a common mechanism of human inherited disease. Genome Res. 2011;21(10):1563-1571. doi: 10.1101/gr.118638.110
  10. Lim KH, Ferraris L, Filloux ME, et al. Using positional distribution to identify splicing elements and predict pre-mRNA processing defects in human genes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108(27):11093-11098. doi: 10.1073/pnas.1101135108

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. Daily monitoring of glycemia in patient L. before prescribing insulin therapy. View (84KB) Indexing metadata
2. Fig. 2. Daily monitoring of glycemia of the patient L. after the appointment of insulin therapy. View (65KB) Indexing metadata
3. Fig. 3. The family tree of the patient's family L .: SD - diabetes mellitus. View (107KB) Indexing metadata
4. Fig. 4. Chromatogram with the results of sequencing of splicing products obtained in vitro using the technology of "minigena" [5]. WT is a fragment of the wild-type transcript sequence; c663_678del - a fragment of a transcript with a deletion of 16 base pairs as a result of the synonymous variant c.666C> G. View (125KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 350

PDF (Russian) - 9

Cited-By


PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2019 Zubkova N.A., Rubtsov P.M., Ibragimova L.I., Makretskaya N.A., Vasilyev E.V., Petrov V.M., Tiulpakov A.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies