MUTAZIONI NEL RECETTORE DELLA MELANOCORTINA 3 ASSOCIATE AD OBESITA’ GRAVE
Creators: name: Aversano, Francesco
Publisher: name: Università degli Studi di Napoli Federico II
Year: 2010

description: L’obesità è una patologia cronica, ad eziologia multifattoriale, caratterizzata da elevato peso corporeo dovuto ad eccessivo accumulo di tessuto adiposo. Obesità e sovrappeso sono importanti fattori di rischio per mortalità prematura e numerose patologie croniche quali: diabete mellito di tipo 2, ipertensione, dislipidemia, cancro del colon, complicanze respiratorie ed osteoartriti di grandi e piccole articolazioni. L’incidenza di tale patologia è aumentata enormemente nell’ultimo decennio ed è in continua crescita. Sovrappeso e obesità sono in costante e rapido aumento in molte parti del mondo non solo nei paesi industrializzati ma anche in quelli in via di sviluppo, tanto da indurre l’OMS ad utilizzare la definizione di "pandemia". 
Più di un miliardo di adulti nel mondo sono in sovrappeso ed almeno 300 milioni di questi sono obesi e, i bambini sotto i 5 anni di età in sovrappeso o obesi sono più di 22 milioni, mentre quelli in età scolare (5-17 anni) sono circa 155 milioni (10 % del totale) di cui 30-45 milioni sono obesi (1 su 10).  La componente genica incide per circa il 30% sullo sviluppo dell’obesità, lo stile di vita (dieta, esercizio fisico) insieme ad altri fattori ambientali incidono per il restante 70%. Finora sono stati identificati circa 240 geni suscettibili di obesità grave nell’uomo. In particolare, è stato rimarcato il ruolo importante del sistema della melanocortina nella regolazione dell’omeostasi energetica e nello sviluppo dell’obesità nell’uomo. Le melanocortine sono ormoni peptidici derivanti dal taglio proteolitico della proopiomelanocortina (POMC) e comprendono -, -, -MSH (melanocyte stimulating hormone) ed adrenocorticotropina (ACTH). Sono stati individuati cinque recettori della melanocortina (MCRs) con cui essi interagiscono. Il recettore 1 (MC1R) è espresso nei melanociti e media gli effetti sulla pigmentazione della pelle e dei capelli. Il recettore 2 (MC2R), espresso soprattutto nella corteccia surrenalica, media gli effetti dell’acetilcolina (ACTH) sulla sintesi e il rilascio dei glucocorticoidi. I recettori 3 e 4 (MC3R, MC4R) sono espressi nel cervello e soprattutto nelle aree ipotalamiche coinvolte nella regolazione del bilancio energetico. In particolare il recettore 3 (MC3R) è localizzato nell’ipotalamo e nel sistema limbico ed è espresso ad alti livelli nei neuroni arcuati, inclusi i neuroni esprimenti POMC. Il recettore 4 (MC4R) è più ampiamente distribuito nel cervello, nell’ipotalamo, nel talamo e nella corteccia. Esso è particolarmente rappresentato nel nucleo paraventricolare e nell’area ipotalamica laterale, che sono quelle più importanti nella regolazione del bilancio energetico. Il recettore 5 (MC5R) è espresso nelle ghiandole esocrine e nel muscolo scheletrico. L’alterazione o la distruzione di MC1R, MC2R e MC5R determina, rispettivamente, anomalie nella pigmentazione, nella produzione degli steroidi a livello del surrene, nella funzione delle ghiandole esocrine, ma non alterazioni nell’omeostasi energetica. Al contrario, alterazioni o distruzioni di MC3R e MC4R provocano uno scompenso nel bilancio energetico con  conseguente iperfagia e obesità. La β-endorfina e gli altri peptidi MSH sembrano avere effetti sulla regolazione neuroendocrina, sul dolore, sul comportamento e sulla funzione immune. Le melanocortine mediano l’azione della leptina  sul controllo dell’omeostasi energetica tramite l’interazione con i recettori della melanocortina (MC-Rs) 3 e 4 espressi nel nucleo ipotalamico laterale. La leptina (il cui nome deriva dal greco leptos che vuol dire magro) è un ormone prodotto dal tessuto adiposo e regola il senso di sazietà. I recettori MC3R ed MC4R,  regolano l’omeostasi energetica principalmente attraverso il legame competitivo col peptide anoressizzante -MSH ed il peptide oressizante agouti, (Ag-RP). Mutazioni in eterozigosi nei recettori MC3R e MC4-R sono state riscontrate in associazione con forme precoci di obesità, accompagnate da un irregolare comportamento alimentare, una severa iperinsulinemia e un incremento nello sviluppo della massa grassa. Il deficit funzionale del recettore 4 della melanocortina (MC4R) rappresenta la causa più frequente di obesità monogenica nell’uomo con un’incidenza del 4-5% nella popolazione adulta.  
Il gene del recettore MC3R codifica per l’isoforma 3 del recettore melanocortinico (MC3R), è localizzato sul cromosoma 20 e mappa nella regione 20q13.2-q13.3. Il gene codifica per una proteina di 360 aminoacidi (1083 nucleotidi, Genbank L06155) associata alle proteine G.  
Nell’uomo sono state identificate tre mutazioni missenso in eterozigosi (Ile183Asn, Ala70Thr, and Met134Ile)  associate ad obesità in età evolutiva ad insorgenza precoce. I soggetti eterozigoti per le tre mutazioni presentano un aumento della massa grassa e più alti livelli di leptina rispetto ai soggetti obesi non portatori di mutazioni nel gene MC3R. Infine,sia i topi knock-out per MC3R sia quelli per MC4R sono entrambi obesi ma, a differenza dei secondi, i topi knock-out per MC3R non sono iperfagici. Inoltre, i topi knock-out per entrambi i geni presentano un fenotipo obeso più grave rispetto ai topi MC3R-/- e ai topi MC4R -/-, dimostrando che entrambi i geni sono importanti e non ridondanti.  
Il presente progetto di ricerca prevede l’identificazione di nuove mutazioni nel gene che codifica per MC3R associate ad obesità grave in una popolazione locale. Durante questi tre anni ho provveduto allo screening del gene MC3R in una coorte di 50 soggetti adulti gravemente obesi con Body Mass Index (BMI)  &gt;40 e su 100 soggetti normopeso (gruppo controllo) 19 &lt; BMI &lt; 24,9 utilizzando reazioni di PCR e sequenziamento al fine di identificare nuove varianti associate ad obesità grave. La coorte di soggetti gravemente obesi era stata oggetto dello screening di MC4R nel laboratorio di ricerca dove ho svolto la tesi. La popolazione in studio era costituita da pazienti severamente obesi non imparentati, di età compresa tra i 17 e 70 anni, reclutati dal Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale, Università “Federico II” di Napoli. Tutti i soggetti erano caucasici e vivevano in Italia da oltre tre generazioni. I criteri di inclusione erano: assenza di diabete trattato, assenza di malattie coronariche, assenza di ipertensione trattata e presenza di obesità grave (BMI&gt;40 kg/m2).    
Le caratteristiche biochimico cliniche dei soggetti severamente obesi oggetto dello studio sono descritte in un precedente lavoro  e sono riportate nella tabella 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Risultati 
L’analisi del gene MC3R effettuata nella popolazione di studio rispetto al gruppo di controllo ha evidenziato 2 polimorfismi già descritti in letteratura (tab. 2).  
 
Tabella 2. Elenco mutazioni e polimorfismi trovati nel gene MC3R 
 

POLIMORFISMI
(eterozigosi composita)
 
Frequenza allelica 6%
Frequenza allelica 6%
 

(omozigosi)
MUTAZIONI
eterozigosi
 
Il polimorfismo in eterozigosi c.17 C&gt;A / c.241 G&gt;A è stato identificato in sei soggetti obesi ed in sei soggetti normopeso con una percentuale del 1.2% negli obesi e del 6% negli adulti normopeso. Lo stesso polimorfismo (c.17 C&gt;A / c.241 G&gt;A) in omozigosi è stato riscontrato in un solo soggetto obeso con una percentuale del 2%. E’ stato inoltre identificata una sola mutazione in eterozigosi (nt 283 C &gt;T) presente solo in un soggetto obeso che non comporta cambio aminoacidico (L95L) con una percentuale del 2%.  
 
 
CONCLUSIONI 
Un recente lavoro ha dimostrato che la presenza in omozigosi delle due varianti polimorfiche Thr 6 Lys e Val 81 Ile in MC3R è associata a insorgenza precoce dell’obesità infantile. Entrambe le varianti in omozigosi erano state identificate solo tra i bambini che erano in sovrappeso con un BMI &gt; 95° percentile. Questi bambini presentavano elevati livelli di massa grassa, alti livelli di insulina e leptina, rispetto ai bambini normopeso o ai bambini eterozigoti per le varianti polimorfiche descritte. Inoltre l’analisi funzionale in vitro delle due varianti polimorfiche in omozigosi ha mostrato una ridotta produzione intracellulare di c-AMP (in vitro) rispetto allo studio condotto con le stesse varianti polimorfiche in eterozigosi in seguito al legame del ligando (α-MSH) al recettore. E’ interessante notare che le due varianti polimorfiche Thr6Lys e Val81Ile si trovano, rispettivamente, nella regione NH2-terminale extracellulare e nel primo tratto dell’elica transmembrana della proteina MC3R. Entrambe le mutazioni potrebbero influire sulla funzionalità di MC3R, in particolare si ritiene che proprio il primo tratto transmembrana, dove cade una delle due varianti polimorfiche (Val81Ile), sia coinvolto nel legame con il ligando α-MSH (fig.16). Mediante studi di affinità di legame è stato dimostrato,che il doppio mutante in omozigosi ha una ridotta capacità di legame, vi è cioè una diminuita affinità con il ligando e α-MSH, supportato anche da diminuita produzione di c-AMP intracellulare. In conclusione, le variazioni in MC3R sono state evidenziate nel 9,3% della coorte esaminata (14/150), tali risultati sono completamente in accordo con i recenti dati della letteratura relativi alla popolazione europea.