Study of genetic variants associated with obesity in Portuguese children

Abstract

The prevalence of obesity is a growing problem worldwide. Such scenario urges for additional efforts in both investment on prevention and research relating to the identification of risk factors that may aid early intervention. It is widely accepted that obesity is a complex multifactorial and heterogeneous condition with an important genetic component in the susceptibility risk. Therefore, the identification of associated gene variants could be essential in the design of prevention strategies and management of individuals genetically predisposed to obesity. In 2007, it was identified the first single nucleotide polymorphism (SNP) located in the FTO gene (rs9939609) associated with obesity by genome-wide association studies (GWAS). Until now, more than 52 genetic loci have been unequivocally associated with obesity related-traits in several European populations. However, none of these studies was performed before in a sample of Portuguese population. The main aims of this study were i) to estimate the prevalence of obesity in 6-12 years old children from the central region of Portugal; ii) to investigate whether 14 previously described SNPs in obesity-related genes are associated with the risk of obesity in Portuguese children; iii) to identify MC4R gene mutations in children with morbid obesity (BMI ≥99th) that could justify this phenotype. Anthropometric parameters such as weight, height and waist circumference were measured in a random representative sample of 1433 children (747 girls and 686 boys) between 6-12 years old from several public schools in 2011. The International Obesity Task Force (IOTF) cut-offs were used to define obesity. Children classified with overweight (320) and obesity (154), and 256 randomly selected lean subjects with 18.5<BMI<25 kg/m2, were selected for genotyping. Polymorphisms were examined in DNA samples by TaqMan® assay. Sequencing of the MC4R gene was carried out in all individuals with BMI ≥99th. The prevalence of overweight/obesity found in the total sample was 33.0%; 10.7% were obese children. Overweight was significantly higher in boys than in girls (25.9% and 19.0% respectively, p=0.04), whereas no gender differences was found for obesity (10.6 % and 10.7% respectively, p=0.57). Comparison with previous studies showed a slightly increase in overweight/obesity in children of central Portugal in the last 10 years, reaching values of 40.0% prevalence in the 7-9 years old children. For three study polymorphisms located in the FTO gene, we found significant associations for SNPs rs9939609 and rs1421085 with weight, BMI, BMI Z-score and waist circumference (p<0.05 in all traits). For rs1861868, marginally significant associations were obtained with weight (p=0.08) and BMI (p=0.09). Logistic regression analysis, in the additive model, revealed both rs9939609 and rs1421085 SNPs significantly associated with obesity (OR=1.41; p=0.02 and OR=1.45, p=0.01, respectively). Haplotype analyses (rs1861868-rs1421085-rs9939609) identified two combinations (ACA and GCA) associated with a higher risk of obesity (OR=1.53; p=0.02 and OR=1.73; p=0.03, respectively). We tested the association between the -13910C>T polymorphism, located in the lactase (LCT) gene, and obesity-related traits, and found indication for an association between the -13910*T allele and abdominal obesity (OR=1.41; p=0.03). Under the dominant model, significant association was observed between the LCT-13910 CT/TT genotypes and abdominal obesity (OR=1.65; p=0.02). No association was detected with the risk of obesity (p=0.35) or anthropometrics traits (p>0.05). Finally, we tested for the association of obesity-related quantitative traits in Portuguese children with ten polymorphisms in the obesity related genes MSRA, TFAP2B, MC4R, NRXN3, PPARGC1A, TMEM18, SEC16B, HOXB5 and OLFM4. The MC4R rs12970134 polymorphism was nominally associated with BMI (p=0.03), BMI Z-score (p=0.04) and waist circumference (p=0.02), and borderline associated with weight (p=0.05). Near nominal associations were also found for the PPARGC1A rs8192678 polymorphism with weight (p=0.06), and for the MSRA rs545854 polymorphism with BMI (p=0.05) and BMI Z-score (p=0.05). Furthermore, logistic regression under the additive model showed that MC4R rs12970134 and TFAP2B rs987237 were nominally, respectively, associated (OR=1.47; p=0.02) and borderline associated (OR=1.47; p=0.05) with the obese phenotype. Additionally, 32 children who present a BMI ≥99th were screened for MC4R gene mutations. We found two previously described polymorphisms at heterozygous state in two children: the -174A>C (rs34114122) polymorphism in the 5´UTR region in a girl with BMI Z-score=2.51; and the common missense mutation 307G>A (Val103Ile) in the MC4R gene coding region identified in a boy with a BMI Z-score=2.60. No other pathogenic MC4R gene mutations were detected. In conclusion, this study shows a high prevalence of overweight/obesity among Portuguese children, following the trend of other European countries. We highlighted for the first time the possible association of FTO, MC4R, PPARGC1A, MSRA and TFAP2B SNPs with several obesity-related traits in a sample of Portuguese children. FTO SNPs showed the strong association with the risk of obesity in line with previous studies performed in European populations. Our study is a significant contribution to the knowledge of the genetic basis of obesity in the Portuguese population, but further studies are needed to a better understanding of the genetic factors linked to the obesity risk. Such information could be used in the future for the development of new obesity preventive strategies.

A prevalência da obesidade tem vindo a aumentar em todo o mundo. Tal cenário implica esforços adicionais no investimento tanto em matéria de prevenção como de investigação relacionados com a identificação de fatores de risco que podem ajudar a intervenção precoce. É amplamente aceite que a obesidade é uma condição multifatorial e heterogênea complexa com uma importante componente genética. Portanto, a identificação de variantes genéticas associadas poderão ser essenciais em estratégias de prevenção em indivíduos geneticamente predispostos à obesidade. Em 2007, foi identificado o primeiro polimorfismo de nucleótido simples (SNP) localizado no gene FTO (rs9939609) associado à obesidade em estudos de associação do genoma (GWAS). Mais de 52 loci genéticos foram já associados à obesidade em várias populações Europeias. No entanto, nenhum estudo do género foi até agora realizado numa amostra da população Portuguesa. Os principais objetivos deste estudo foram i) estimar a prevalência de obesidade em crianças dos 6-12 anos da região centro de Portugal; ii) investigar se 14 SNPs previamente descritos em genes relacionados com a obesidade, estão associados com o risco de obesidade em crianças portuguesas; iii) identificar mutações no gene MC4R em crianças com obesidade mórbida (IMC ≥99th) que poderão justificar o fenótipo. Os parâmetros antropométricos, tais como, peso, altura e circunferência da cintura (CC) foram medidos numa amostra aleatória de 1433 crianças (747 raparigas e 686 rapazes) entre os 6-12 anos, de várias escolas públicas em 2011. Os limites do International Obesity Task Force (IOTF) foram usados para definir obesidade. Crianças classificadas com excesso de peso (320) e obesidade (154), e 256 indivíduos normais escolhidos aleatoriamente com 18,5<IMC<25 kg/m2, foram selecionados para a genotipagem. Os polimorfismos foram examinados em amostras de DNA por ensaios com sondas TaqMan®. A sequenciação do gene MC4R foi realizada nos indivíduos com IMC ≥99th. A prevalência de excesso de peso/obesidade obtida na amostra total foi de 33,0%; 10,7% das crianças eram obesas. O excesso de peso foi significativamente maior nos rapazes do que nas raparigas (25,9% e 19,0%, respetivamente, p=0,04), não tendo sido encontradas diferenças entre os sexos para a obesidade (10,6% e 10,7%, respetivamente, p=0,57). A comparação com estudos anteriores mostrou um ligeiro aumento no excesso de peso/obesidade em crianças do centro de Portugal nos últimos 10 anos, atingindo valores de prevalência de 40,0% nos 7-9 anos de idade. Dos três polimorfismos estudados localizados no gene FTO, foram encontradas associações significativas dos SNPs rs9939609 e rs1421085 com peso, IMC, IMC Z-score e CC (p<0,05 em todos os parâmetros). Para o SNP rs1861868, foram obtidas associações marginalmente significativas com peso (p=0,08) e IMC (p=0,09). A análise de regressão logística, no modelo aditivo, revelou os SNPs rs9939609 e rs1421085 significativamente associados com a obesidade (OR=1,41; p=0,02, e OR=1,45, p=0,01, respetivamente). A análise de haplótipos (rs1861868-rs1421085-rs9939609) identificou duas combinações (ACA e GCA) associadas a um maior risco de obesidade (OR=1,53; p=0,02, e OR=1,73; p=0,03, respetivamente). Foi testada a associação entre o polimorfismo -13910C>T, localizado no gene da lactase (LCT), e a obesidade, tendo sido encontrada indicação para uma associação entre o alelo -13910*T e a obesidade abdominal (OR=1,41; p=0,03). Sob o modelo dominante, foi observada uma associação significativa entre os genótipos CT/TT e obesidade abdominal (OR=1,65; p=0,02). Nenhuma associação foi observada com o risco de obesidade (p=0,35) ou características antropométricas (p>0,05). Finalmente, foi testada a associação de características quantitativas relacionadas com a obesidade em crianças portuguesas com dez SNPs nos genes relacionados com a obesidade MSRA, TFAP2B, MC4R, NRXN3, PPARGC1A, TMEM18, SEC16B, HOXB5 e OLFM4. O SNP MC4R rs12970134 foi encontrado nominalmente associado com IMC (p=0,03), IMC Z-score (p=0,04) e CC (p=0,02), e no limite de significância com peso (p=0,05). Foram também encontradas associações nominais para o polimorfismo PPARGC1A rs8192678 com peso (p=0,06), e para o polimorfismo MSRA rs545854 com IMC (p=0,05) e IMC Z-score (p=0,05). A regressão logística sob o modelo aditivo mostrou que os SNPs MC4R rs12970134 e TFAP2B rs987237 se encontram, nominalmente, respetivamente, associado (OR=1,47; p=0,02) e no limite de significância associado (OR=1,45; p=0,05) com o fenótipo obeso. Adicionalmente, 32 crianças que apresentavam um IMC ≥99th foram rastreadas para mutações no gene MC4R. Foram encontrados dois SNPs, previamente descritos, em heterozigotia em duas crianças: o SNP -174A>C (rs34114122) na região 5'UTR numa rapariga com IMC Z-score=2,51; e a mutação missense comum 307G>A (Val103Ile) na região codificante do gene num rapaz com um IMC Z-score=2.60. Não foram detetadas outras mutações no gene MC4R. Em conclusão, este estudo mostrou uma alta prevalência de excesso de peso/obesidade nas crianças portuguesas, seguindo a tendência de outros países europeus. Foi encontrada pela primeira vez numa amostra de crianças portuguesas, uma possível associação dos SNPs nos genes FTO, MC4R, PPARGC1A, MSRA e TFAP2B com várias medidas de obesidade. Os polimorfismos no gene FTO mostraram a associação mais forte com o risco de obesidade em linha com estudos previamente realizados em populações europeias. O nosso trabalho é uma importante contribuição para o conhecimento da base genética da obesidade na população portuguesa, mas são necessários mais estudos para melhor compreender estes fatores genéticos associados ao risco da obesidade. Esta informação poderá vir a ser usada no futuro para o desenvolvimento de novas estratégias de prevenção para a obesidade.

La prevalencia de la obesidad es un problema creciente en todo el mundo. Tal escenario exige esfuerzos adicionales e inversión, tanto en materia de prevención como en investigación enfocada a la identificación de factores de riesgo que puedan ayudar a la intervención precoz. Está ampliamente aceptado que la obesidad es un complejo trastorno multifactorial y heterogéneo cuyo componente genético supone un importante factor de riesgo. Por lo tanto, la identificación de variantes genéticas asociadas podría ser esencial en el diseño de estrategias de prevención y de manejo de individuos genéticamente predispuestos a la obesidad. En 2007 se identificó el primer polimorfismo de nucleótido simple (SNP) asociado a la obesidad, localizado en el gen FTO (rs9939609), por un estudio de asociación del genoma completo (GWAS). Hasta ahora más de 52 loci genéticos han sido asociados inequívocamente a rasgos relacionados con la obesidad en varias poblaciones europeas. Sin embargo, ninguno de estos estudios se realizó antes en una muestra de población portuguesa. Los principales objetivos de este estudio fueron (i) estimar la prevalencia de la obesidad en niños de 6-12 años de edad de la región central de Portugal; (ii) investigar si 14 SNPs previamente descritos en los genes relacionados con la obesidad están asociados con el riesgo de obesidad en niños portugueses; (iii) identificar en niños con obesidad mórbida (IMC ≥ percentil 99) mutaciones en el gen MC4R que podrían justificar el fenotipo. Se midieron parámetros antropométricos tales como peso, altura y circunferencia de la cintura en una muestra aleatoria representativa de 1433 niños (747 niñas y 686 niños) de 6-12 años de varias escuelas públicas en 2011. Para definir la obesidad se utilizaron los puntos de cortes de la International Obesity Task Force (IOTF), y con ellos se seleccionaron para el genotipado 320 niños con sobrepeso, 154 con obesidad, y 256 de peso normal escogidos al azar para el grupo control de un total de 928 (18.5<IMC<25 kg/m2). Los SNPs se estudiaron en muestras de ADN mediante ensayos TaqMan®. La secuenciación del gen MC4R se realizó en individuos con IMC ≥ percentil 99. La prevalencia de sobrepeso/obesidad en la muestra total fue de 33,0%; 10,7% eran obesos. El sobrepeso fue significativamente mayor en niños que en niñas (25,9% y 19,0% respectivamente, p=0,04), mientras que no se encontraron diferencias de sexo en los obesos (10,6% y 10,7% respectivamente, p=0,57). La comparación con estudios anteriores mostró un ligero aumento del sobrepeso/obesidad en los niños del centro de Portugal en los últimos 10 años, alcanzando una prevalencia del 40,0% en los 7-9 años de edad. De los SNPs localizados en el gen FTO se encontró una asociación significativa de rs9939609 y rs1421085 con el peso, IMC, IMC Z-score y circunferencia de la cintura (p<0,05 en todas las asociaciones), mientras que el SNP rs1861868 presentó una asociación marginalmente significativa con el peso (p=0,08) y el IMC (p=0,09). El análisis de regresión logística, con el modelo aditivo, reveló una asociación significativa entre los SNPs rs9939609 y rs1421085 y la obesidad (OR=1.41 p=0.02; y OR=1.45 p=0.01; respectivamente). Los análisis de haplotipos (rs1861868, rs1421085, rs9939609) identificaron dos combinaciones (ACA y GCA) asociadas a un mayor riesgo de obesidad (OR=1,53 p=0,02; y OR=1,73 p=0,03; respectivamente). En el SNP -13910C>T, situado en el gen de la lactasa (LCT), se encontraron indicios de asociación entre el alelo -13910*T y la obesidad abdominal (OR=1,41 p=0,03). Bajo el modelo dominante, se observó una asociación significativa entre los genotipos CT/TT y la obesidad abdominal (OR=1,65 p=0,02), pero no se detectó asociación con el riesgo de obesidad (p=0,35) o con rasgos antropométricos (p>0,05). Por último, se estudiaron otros diez SNPs de genes relacionados con la obesidad (MSRA, TFAP2B, MC4R, NRXN3, PPARGC1A, TMEM18, SEC16B, HOXB5 y OLFM4). El SNP rs12970134 MC4R mostró una asociación nominal con el IMC (p=0,03), el valor Z-score (p=0,04) y la circunferencia de la cintura (p=0,02), y en el límite de significancia con el peso (p=0,05). En el límite se encuentran también las asociaciones nominales obtenidas para el SNP rs8192678 PPARGC1A con el peso (p=0,06), y para el SNP rs545854 MSRA con el IMC (p=0,05) y el IMC Z-score (p=0,05). Por otra parte, la regresión logística bajo el modelo aditivo mostró que los SNPs MC4R rs12970134 y TFAP2B rs987237, en relación con el fenotipo obeso, estaban nominalmente asociados (OR=1.47; p=0.02) y nominalmente en el límite de la asociación (OR=1.47; p=0.05), respectivamente. Además, se realizó el cribado de mutaciones del gen MC4R en los 32 niños que presentaban un IMC ≥ percentil 99. Se encontraron dos SNPs descritos anteriormente en estado heterocigoto: el polimorfismo -174A>C (rs34114122) en la región 5'UTR en una niña con IMC Z-score=2,51; y la mutación común missense 307G>A (Val103Ile) en la región codificante del gen MC4R de un niño con IMC Z-score=2,60. No se detectaron otras mutaciones patogénicas en el gen MC4R. En conclusión, este estudio muestra una alta prevalencia de sobrepeso/obesidad entre los niños portugueses, siguiendo la tendencia de otros países europeos. Además, se destaca por primera vez la posible asociación de SNPs en los genes FTO, MC4R, PPARGC1A, MSRA y TFAP2B con varios rasgos relacionados con la obesidad en una muestra de niños portugueses. Los SNPs del gen FTO mostraron una fuerte asociación con el riesgo de obesidad, en línea con estudios previos realizados en poblaciones europeas. Este trabajo es una contribución significativa al conocimiento de las bases genéticas de la obesidad en la población portuguesa, pero se necesitan más estudios para una mejor comprensión de este componente genético, lo que podría ser utilizado en el futuro para el desarrollo de nuevas estrategias preventivas frente a la obesidad.