Positionelle Klonierung von Tbc1d1, einem neuen Suszeptibilitätsgen für Adipositas and Typ-2-Diabetes

Fragestellung: Fettreiche Ernährung zählt zu den Hauptursachen für die Entstehung von Adipositas, Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes. Der Nob1-QTL (Quantitative trait locus) auf Chromosom 5 (LOD 7,9) wurde in einer Rückkreuzung zwischen schlanken SJL- und adipösen NZO-Mäusen identifiziert und bestimmt in diesem Modell wesentlich die diätabhängige Prävalenz für Adipositas und Diabetes. Durch die Kombination genetischer, zell- und molekularbiologischer Methoden sollte das für den Effekt des Nob1 verantwortliche Gen identifiziert und funktionell charakterisiert werden.

Methodik: Für Kreuzungsexperimente wurden der adipositasresistente SJL-Stamm, Mäuse des adipösen NZO-Stamms und C57BL/6J-Mäuse verwendet. Der kritische QTL-Bereich wurde durch markerassistierte Kreuzung auf den Referenzstamm C57BL/6J übertragen (RCS-Linie Nob1.10) und durch Sequenzierung, Haplotypenanalysen und Expressionsanalysen charakterisiert. Für die funktionelle Charakterisierung von Tbc1d1 wurden Messungen des Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsels mit [1-¹⁴C]Palmitat und 2-Desoxy-[1,2-³H]Glucose als Substrate an kultivierten C2C12-Myotuben sowie in intakten isolieren Skelettmuskeln durchgeführt.

Ergebnisse: In Kreuzungsexperimenten mit verschiedenen adipösen und schlanken Mausstämmen konnte das SJL-Allel von Nob1 als Adipositas-Suppressor identifiziert werden. Durch weiterführende Untersuchungen der Genexpression und Sequenzanalysen des kritischen QTL-Bereichs konnte bei der schlanken SJL-Maus eine Mutation im Tbc1d1-Gen identifiziert werden, die zu einem vollständigen Funktionsverlust des Proteins führt. Tbc1d1 wird hauptsächlich im Skelettmuskel exprimiert und ist ein Homolog zum Insulinsignalprotein As160, welches essentiell ist für die insulinstimulierte Glucoseaufnahme durch den Glucosetransporter GLUT4. Der knockdown von Tbc1d1 in C2C12-Muskelzellen durch siRNA bewirkt eine Erhöhung der Palmitataufnahme und -oxidation. Die Überexpression von Tbc1d1 hat in diesen Zellen den gegenteiligen Effekt. Rekombinant-kongene Tbc1d1-defiziente Mäuse zeigen einen erniedrigten respiratorischen Quotienten (RQ) und im Skelettmuskel eine erhöhte Fettoxidation und verminderte Glucoseaufnahme gegenüber den Kontrollen. Tbc1d1 wird insulin- und kontraktionsabängig durch die AKT- und AMP-Kinase phosphoryliert und reguliert über die Rab-GTPase-activating (GAP)-Domäne den Glucose- und Lipidstoffwechsel im Skelettmuskel.

Schlussfolgerung: Tbc1d1 spielt eine wichtige Rolle in der Energiehomöostase und der Regulation der metabolischen Flexibilität des Skelettmuskels. Die Deletion des Tbc1d1-Gens bewirkt eine erhöhte Fettaufnahme und Verbrennung im Skelettmuskel und wirkt so protektiv gegenüber Adipositas und Diabetes. Der Befund, dass eine Mutation im Tbc1d1-Gen auch für bestimmte Formen familiärer Adipositas beim Menschen verantwortlich ist, machen dieses neue Gen zu einem interessanten Kandidaten zur Diagnose und Therapie von Adipositas und Diabetes.