Четыре белок-кодирующих гена и несколько отдельных вариантов были достоверно связаны (P менее 1 х 10^-8) по крайней мере с одним клиническим фенотипом, связанным с диабетом, в ancestry collapsing анализе только для европейцев (рис. 1A, табл. 1 и таблицы S4-S7). Три гена из объединенного анализа были связаны с повышенной вероятностью развития диабета и были описаны ранее: GCK, GIGYF1 и HNF1A (13-15). Наша рецессивная collapsing модель, включающая гомозиготных, гемизиготных и предполагаемых сложных гетерозиготных носителей не-синонимичных вариантов с минорной частотой аллелей (MAF) менее 1%, выявила достоверную ассоциацию между MAP3K15 и self-reported диабетом {отношение шансов (OR) = 0,70, 95% доверительный интервал (CI): [0,62, 0,79], P = 5,0 ? 10?9} (Таблица 1). В соответствии с этим, рецессивные носители квалифицирующих вариантов (QVs) MAP3K15 имели значительно более низкий уровень HbA1c (β = -0.14 SD единиц, 95% CI: [-0.16, -0.11], P = 3.1 x 10^-23) (рис. 1B) и уровень глюкозы крови без приема пищи (nonfasted) (β = -0.13 SD единиц, 95% CI: [-0.16, -0.10], P = 2.5 x 10^-17) (таблица S7). SLC30A8, ген, потеря функции которого, как известно, защищает от T2DM (16), был единственным другим геном, достоверно связанным как со снижением HbA1c (модель "flexdmg"; β = -0.24 SD единиц, 95% CI: [-0.30, -0.19], P = 1.4 x 10^-17) и глюкозы крови (β = -0.19 SD единиц, 95% CI: [-0.25, -0.13], P = 7.3 x 10^-10) в collapsing анализе (рис. 1B).

Fig. 1. Genetic associations with diabetes and related traits among the European ancestry participants in the UKB.

Данное исследование экзомного секвенирования 456 796 участников UKB расширяет наше понимание высокоэффективных генетических факторов, вовлеченных как в предрасположенность к диабету, так и в защиту от него у людей. Мы обнаружили, что рецессивные PTVs в MAP3K15 снижают вероятность развития диабета на 35% и значительно снижают уровень HbA1c и глюкозы в крови. Хотя защитный сигнал был наиболее сильным для T2DM, PTVs MAP3K15 также защищали от T1DM в когортах UKB и FinnGen. Несмотря на различия в этиологии, T1DM и T2DM в конечном итоге имеют некоторые общие патофизиологические пути, такие как дисфункция клеток и постоянная гипергликемия (3, 42). Полученные нами результаты позволяют установить генетическую связь между T1DM и T2DM, которая объединяет их общую клиническую картину гипергликемии и ее многочисленные негативные последствия для здоровья.

Гены с мутациями потери функции, которые защищают от заболеваний человека, представляют собой подходящие терапевтические мишени. Поскольку PTVs в MAP3K15 достоверно связаны с более низкой вероятностью развития T1DM и T2DM, целенаправленное воздействие на него может иметь терапевтическое значение во всем спектре диабета. В нашей ранее опубликованной работе MAP3K15 был одним из 15 генов, сильно ассоциированных с глюкозой и/или HbA1c (12). Другое недавнее независимое исследование экзомов UKB (43) также показало связь между MAP3K15 и T2DM среди списка ассоциаций генов и признаков; однако это наблюдение не достигло значимости в рамках всего исследования (OR = 0,85, P = 2,8 х 10^-6). В предыдущем транс-этническом GWAS интронный вариант MAP3K15 был среди 318 значимых локусов общих вариантов, зарегистрированных для T2DM (6). Этот общий вариант не связан ни с каким другим комплексным признаком, кроме T2DM, в Open Targets, что согласуется с нашими результатами по феному в целом, основанными на PTVs MAP3K15 (44). С добавлением еще 150 000 экзомов в настоящем исследовании мы наблюдаем, что потеря MAP3K15 ассоциируется со статистически значимым снижением риска диагностирования диабета в дополнение к снижению HbA1c. Потеря MAP3K15 последовательно коррелирует с более низким уровнем глюкозы в крови и HbA1c, которые являются прогностическими показателями микрососудистых последствий, таких как периферическая нейропатия, нефропатия и ретинопатия. Эти сходящиеся ассоциации имеют важное значение для интерпретации генетических ассоциаций биомаркеров, поскольку генетические ассоциации с клинически значимыми биомаркерами не всегда связаны с патофизиологией заболевания. Здесь мы связываем генетические сигналы как с биомаркерами диабета, так и с его клиническим диагнозом. В терапевтическом плане это позволяет предположить, что целенаправленное воздействие на MAP3K15 может влиять на патофизиологию, лежащую в основе диабета, а не только на снижение уровня глюкозы в крови.

Хотя PTVs в MAP3K15, по-видимому, ассоциируются с защитой от диабета в целом, заметным исключением были Admixed American в MCPS, которые несли хорошо известный гаплотип риска SLC16A11 (20). Любопытно, что SLC16A11 и MAP3K15 влияют на разные стороны углеводного обмена, и в поисковой системе Search Tool for Retrieval of Interacting Genes/Proteins (STRING) нет доказательств того, что эти белки физически взаимодействуют (45). SLC16A11, по-видимому, особенно важен в регуляции липидного обмена путем модуляции скорости окисления жирных кислот, причем нокдаун SLC16A11 приводит к повышению уровня внутриклеточных ацилкарнитинов и триацилглицеринов (45). Напротив, люди с PTVs MAP3K15 не сильно отличаются по липидному профилю сыворотки крови по сравнению с носителями без PTVs, но значительно отличаются по уровню глюкозы в сыворотке крови. У людей, имеющих патогенные варианты SLC16A11, последствия в метаболизме липидов могут определять вероятность развития диабета гораздо больше, чем любое влияние MAP3K15 на поглощение глюкозы или глюконеогенез. Независимо от этого, будущая экспериментальная работа поможет разделить эти два эффекта. Поскольку терапевтическое воздействие на MAP3K15, вероятно, будет более эффективным у людей, не несущих гаплотип риска SLC16A11, это имеет потенциально важные последствия для прецизионной медицины и дизайна клинических испытаний.

В ходе дополнительных исследований ассоциаций на основе феномена у 454 796 человек мы обнаружили, что потеря MAP3K15 не связана с какими-либо критически неблагоприятными фенотипами, которые в противном случае препятствовали бы попыткам фармакологического воздействия на него. В предыдущей работе наблюдалось, что нокаут Map3k15 у мышей приводил к повышению кровяного давления (27), но наше обширное исследование на людях показало, что PTVs MAP3K15, по-видимому, обеспечивают защитный эффект против гипертонии.

Хотя PTVs чаще всего приводят к полной потере функции белка, они также могут вызывать частичную потерю функции или, в более редких случаях, даже усиление функции. PTVs, приводящие к частичной потере или усилению функции, как правило, преимущественно происходят на 3' конце гена и избегают нонсенс-опосредованного распада (46). Здесь мы обнаружили, что сигнал PTV MAP3K15 распределен по всему телу гена, что убедительно свидетельствует о механизме потери функции. Более того, предыдущее исследование показало, что делеции вниз по течению от аминокислоты 1179 снижают базовую киназную активность MAP3K15 и делают его неспособным образовывать молекулярные конденсаты в ответ на осмотический стресс (47). По совпадению, два более распространенных PTVs, которые мы идентифицировали (Arg1122* и Arg1136*), находятся выше по течению от этих ранее охарактеризованных вариантов. Вместе взятые, наши результаты позволяют предположить, что потеря функции MAP3K15 защищает от диабета, но будущие функциональные исследования помогут полностью раскрыть механизм действия этих PTVs.

Как именно потеря MAP3K15 может влиять на передачу сигналов инсулина и гипергликемию, пока неясно. Профиль тканевой экспрессии MAP3K15 демонстрирует сильную экспрессию в нескольких субпопуляциях островковых клеток и в надпочечниках, что позволяет предположить, что MAP3K15 может участвовать в поддержании функций островковых клеток поджелудочной железы и/или пути стрессового ответа. В соответствии с этим, известно, что семейство генов ASK (MAP-киназы) влияет на стрессовый ответ при диабете (48, 49) (например, апоптоз и воспаление) при воздействии внешних стимулов (28). Это дает важные подсказки относительно неизвестных путей, которые опосредуют защитный эффект между MAP3K15 и диабетом. Учитывая заметное повышение регуляции MAP3K15 в клеточных моделях MODY, эти модели могут дать ценное представление о роли MAP3K15 при диабете.

Хотя ожирение, как правило, является одной из основных причин развития диабета 2 типа, мы обнаружили, что защитные эффекты от потери MAP3K15 не зависят от индекса массы тела. Хотя в настоящее время нет данных по участникам UKB, другие количественные показатели инсулинорезистентности у носителей MAP3K15 PTVs, такие как уровень глюкозы натощак, тест на толерантность к глюкозе и уровень α-гидроксибутирата, могли бы прояснить, как MAP3K15 модулирует сигнальный баланс инсулин/глюкагон и влияет на гипергликемию. Тем не менее, наши результаты показывают, что фармакологическое воздействие на MAP3K15 может стать ортогональным подходом к лечению диабета за пределами традиционного арсенала.