La maggior parte delle mutazioni nel gene insulina conduce l'insorgenza di DM permanente neonatale. Le β-cellule deteriorate sviluppano prima la maturazione del sistema immunitario con una forma negativa di auto-antigene di apparente tipo 1 DM. Questo può essere dovuto a mutazioni nei geni diversi dal gene insulina. La causa più comune è una mutazione eterozigote attivante in una subunità del canale del potassio voltaggio-dipendenti, chiamate KCNJ11e ABCC8. Il fenotipo diabetico risultante può essere transitorio o permanente. Il riconoscimento di questa sindrome consente l'aggiunta o la rimozione di un cisteina, portando in entrambi i casi ad un numero dispari di siti di accoppiamento. Questo squilibrio porta in genere a misfolding e aggregazione.
Sorprendentemente alcune mutazione umane codificano per gli stessi geni del topo Akita, e questo permette di provare trattamenti con farmaci orali (sulfaniluree) che inibiscono il canale piuttosto che di insulina. Mutazioni dominanti nel gene dell'insulina definiscono la seconda più comune causa genetica di permanente DM neonatale. Tali mutazioni si
verificano in ogni regione di preproinsulina: peptide segnale, A, B e C domini. La maggior parte di tali mutazioni dominante da sostituzione forniscono così un modello fallimentare per le β-cellule. Cambiamenti analoghi sono stati caratterizzati nell' insulina umana e analoghi della proinsulina privi cistina A7-B7. L'identificazione di mutazioni identiche tra umani e murini alla posizione A7 suggerisce che la patogenesi del DM neonatale in questi pazienti è simile a quella del topo Akita. Sebbene il meccanismo di degenerazione delle β- cellule nel topo Akita rimane completamente sconosciuto, le sue β-cellule mostrano un
56 difetto nelle prime fasi del ripiegamento e del traffico di entrambi tipi di proinsulina wild- type e variante. La biosintesi ridotta è accompagnata da elevati marcatori di RE stress, depositi in RE anormali, alterata struttura mitocondriale e perdita progressiva della massa di β-cellule. Questi risultati alle varianti umane sono stati trasformati delle proteine di fusione della proinsulina fluorescenti innovative e il loro uso in linee cellulari e topi transgenici come sonde di localizzazione subcellulare, e di aggregazione.
Studi biochimici di varianti cliniche in β-cellule o linee cellulari neurosecretorie hanno rivelato cambiamenti nell'accoppiamento del disolfuro, che vanno da grave o lieve a seconda del sito di mutazione e dalle proprietà della catena laterale sostituita.
Considerando che un numero dispari di cisteine induce presumibilmente un blocco grave della piegatura, le mutazioni meglio tollerate sono quelle presenti come auto-anticorpo- negativi che si presentano nell'eta adulta. Una tale mutazione, si presenta generalmente nel secondo decennio di vita come il diabete dell'età adulta dei giovani (MODY), è dovuto alla sostituzione di ArgB22 da Gln. Il DM presente nel terzo decennio di vita è associato con la sostituzione di PheB24 da Ser. Questa mutazione causa solo una lieve incrinatura di
legame col recettore ma come GlnB22 impone stress reticolare a livello intermedio. L'aumento cronico di stress delle β-cellule presumibilmente porta ad una lenta ma progressiva perdita di massa β-cellulare. La prova dimostra che i cambiamenti della biosintesi dell' insulina(in seguito a geni di insulina variante o mutazioni nel meccanismo pieghevole) possono contribuire alla patogenesi del DM2 negli esseri umani come nel topo Akita. Un contributo biofisico appena riconosciuto a tale disfunzione β-cellulare è un "affollamento molecolare" in RE a causa di sovra-espressione di proinsulina di nuova sintesi di fronte alla resistenza periferica all'insulina, un concetto che potrebbe avere implicazioni terapeutiche.
Le mutazioni nel gene dell'insulina non associate con la piegatura difettosa della proinsulina possono essere associate a insorgenza della malattia nell'età adulta di penetranza variabile. La diversità di sindromi genetiche riflette una serie di meccanismi molecolari in accordo con la legge di Murphy della genetica. Le insulinopatie classiche (LeuA3 e LeuB25), ad esempio, che cambiano gravemente il legame al recettore, con conseguente riduzione della clearance e iperinsulinemia mutante. La sostituzione di
HisB10 da Asp invece aumenterebbe l'attivita' recettoriale aberrante di proinsulina mutante costitutiva di un granulo (cioè, senza regolamento di glucosio). A causa dei granuli
57 costitutivi che mancano di pro-ormone convertasi, i pazienti presentano iperproinsulinemia mutante. Ancora un'altra sindrome è causata da una mutazione a livello della giunzione CA. Il trattamento pro-ormone porta alla secrezione di una proinsulina che ha ridotta attività biologica. La secrezione di insulina mutante non esclude l'induzione concomitante di stress cronico o perturbazione di altri organelli come meccanismo patobiologico contribuiente. In effetti, noi ipotizziamo che la penetranza genetica variabile delle sindromi viste sopra può essere il segno distintivo di una variante genetica che modifica la sopravvivenza a lungo termine di β-cellule come un componente di un tratto multi-genico. Le mutazioni in proinsulina associate con DM neonatale possono codificare sostituzioni amino-acido che non prevedono cisteina. All'interno della frazione di insulina tali mutazioni sono state trovate solo nel dominio B. Tali sostituzioni sono di interesse strutturale rispetto al meccanismo di ripiegamento proteico. Le mutazioni avvengono all'interno del segmento N-terminale della B-catena (residui B1-B8), centrale α-elica (B9-B19), e adiacente β-turn (B20-B23). L'assenza di mutazioni cliniche nel dominio A può esser dovuta ad un
campionamento incompleto di pazienti, o, in alternativa, puo' indicare che i residui di non cisteina nel dominio A svolgono un ruolo meno critico nell'accoppiamento del disolfuro rispetto al dominio B. Noi crediamo che entrambe le spiegazioni abbiano una validità parziale. Da un lato, gli studi del meccanismo di combinazione della catena hanno dimostrato che l'N-terminale della A-catena α-elica (residui A1-A8) non è richiesta l'associazione del disolfuro,cosa che è in accordo con un percorso strutturale in cui piegatura segmentale della α-elica è un evento tardivo. D'altra parte, l'efficienza della catena è sensibile alle sostituzioni di residui nucleo nel C terminale della A catena α-elica (LeuA16 e TyrA19). Di conseguenza, prevediamo che continuare lo screening genetico di neonati e bambini con anticorpo DM negativo scoprirà mutazioni A-dominio analoghe.