Liczba kopii mitochondrialnego DNA i długość telomerów leukocytów jako biomarkery u pacjentów z cukrzycą typu 2

Cukrzyca typu 2, która charakteryzuje się połączeniem oporności na insulinę i niewystarczającego wydzielania insuliny, jest główną przyczyną obciążenia chorobowego i śmiertelności na całym świecie. Liczba dorosłych chorych na cukrzycę typu 2 na całym świecie wzrasta i jeśli tendencja ta się utrzyma, wzrośnie do 693 milionów do 2045 roku. Ze zwiększonym ryzykiem rozwoju cukrzycy typu 2 wiąże się wiele czynników ryzyka, w tym otyłość, niekorzystny styl życia i czynniki genetyczne.

Mitochondria generują większość zapotrzebowania komórki na energię chemiczną w postaci ATP, a dysfunkcja mitochondriów jest powiązana z różnymi aspektami rozwoju i powikłaniami cukrzycy typu 2, w tym insulinoopornością, otyłością i dysfunkcją komórek beta. DNA mitochondrialne to kolista i dwuniciowa cząsteczka DNA zawierająca 37 genów, z których 13 genów bierze udział w łańcuchach transportu elektronów i wytwarzaniu ATP w celu dostarczania energii komórkom, podczas gdy pozostałe geny kodują białka zaangażowane w składanie aminokwasów w białka funkcjonalne. W przeciwieństwie do genomu jądrowego, który zwykle ma tylko dwie kopie na komórkę, genom mitochondrialny zawiera wiele kopii na komórkę. Ze względu na bliskość z wyższymi poziomami reaktywnych form utleniających (ROS), mitochondrialne DNA (mtDNA) jest podatne na stres oksydacyjny; co może prowadzić do dysfunkcji mitochondriów, charakteryzujących się obniżoną zdolnością oksydacyjną i zmniejszeniem produkcji energii. Dysfunkcja mitochondriów jest związana z procesem starzenia i może wpływać na funkcje komórkowe, a tym samym powodować różne choroby człowieka, takie jak rak, choroby neurodegeneracyjne, choroby sercowo-naczyniowe, cukrzyca i zespół metaboliczny. Z drugiej strony poprawa funkcji mitochondriów, nawet po krytycznej chorobie wykazano, że wiąże się to z lepszym przeżyciem. Liczba kopii mitochondrialnych (mtDNA-CN) jest zastępczym markerem funkcji mitochondriów. Wyższy poziom mtDNA-CN jest biomarkerem lepszej funkcji mitochondriów i odwrotnie. Niższe mtDNA-CN obserwowano w mięśniach szkieletowych i tkance tłuszczowej osób z otyłością lub cukrzycą typu 2. Podobnie, niższe mtDNA-CN w komórkach beta również wiązano ze zmniejszoną funkcją komórek beta.

W ostatnich latach wiele uwagi poświęcono powiązaniu między cukrzycą a przyspieszonym starzeniem biologicznym, ocenianym za pomocą powstającego biomarkera (długości telomerów).

Telomery to kompleksy DNA-białko, które pokrywają końce chromosomalnego DNA, co pozwala zachować integralność i stabilność genomu. Telomery skracają się podczas podziału komórki somatycznej, ponieważ polimeraza DNA nie jest w stanie w pełni zreplikować końca 3' DNA. Proces ten można odwrócić za pomocą enzymu (telomerazy), który jest aktywny tylko w niektórych replikujących się tkankach, takich jak męskie komórki rozrodcze i aktywowane limfocyty, komórki macierzyste i komórki nowotworowe. W normalnych ludzkich komórkach poziomy telomerazy są niewystarczające do utrzymania długości telomerów podczas podziału komórki. Kiedy telomery osiągają krytycznie krótką długość, wzrost komórek zostaje ograniczony i następuje starzenie komórkowe lub apoptoza. Stres oksydacyjny i przewlekłe stany zapalne przyspieszają przypisywanie telomerów, powodując starzenie replikacyjne i degenerację narządów. Długość telomerów odzwierciedla skumulowane uszkodzenia spowodowane przez te czynniki narażenia i może być wykorzystywana jako potencjalny wskaźnik starzenia biologicznego. Krótsza długość telomerów została powiązana z rozwojem różnych chorób związanych z wiekiem, takich jak rak, choroby układu krążenia i cukrzyca