Новые регуляторные однонуклеотидные полиморфизмы (rSNPs) потенциально участвуют в регуляции глюконеогенеза в печени и вносят вклад в вариабельность АМФК¬зависимых механизмов индивидуального ответа на метформин

Метформин является препаратом первого выбора для лечения сахарного диабета второго типа, однако более чем у 30 % пациентов не достигается оптимальный гликемический контроль. Лежащие в основе этого феномена регуляторные механизмы и ассоциированные генетические варианты остаются неизученными. Накопленные данные свидетельствуют о том, что ключевую роль в определении фенотипической вариабельности играют функциональные генетические варианты, в особенности регуляторные однонуклеотидные полиморфизмы (rSNP), непосредственно влияющие на уровень экспрессии генов. Полногеномный поиск таких функциональных вариантов и выявление их фенотипических последствий – актуальная научная задача. Ранее на основе результатов биоинформатического анализа аллель-специфической экспрессии и профиля распределения активирующих гистоновых модификаций в мононуклеарных клетках периферической крови человека нами была сформирована оригинальная панель из 14 796 rSNP, локализованных в промоторах 5132 генов. Целью настоящей работы был поиск в нашей панели rSNP вариантов, потенциально связанных с регуляцией процессов глюконеогенеза в печени, в том числе под действием монотерапии метформином, с помощью анализа независимых релевантных полногеномных данных. Анализировали 1196 генов, экспрессия которых в гепатоцитах человека изменялась под влиянием метформина АМФК-зависимым образом, а также 115 генов, вовлеченных в глюконеогенез и/или его регуляцию, согласно данным генных онтологий. Для функциональной аннотации использовали инструменты свободного программного обеспечения R и базы данных STRING (v.11). В результате анализа был выделен ряд генов, которые, вероятно, играют особую роль в механизмах действия метформина и индивидуальной чувствительности к препарату, в промоторных районах которых нами были картированы rSNP. Функциональный анализ обогащения выявил вовлеченность этих генов в ключевые сигнальные пути, ассоциированные также с осложнениями сахарного диабета второго типа. Для шести генов (ARPP19, ATF4, NR3C1, PFKFB3, TCF7L2 и WDR5) экспрессия не только тесно связана с регуляцией глюконеогенеза, но также может модулироваться в гепатоцитах под действием метформина. Мы предполагаем, что rSNP в промоторах генов ферментов, участвующих в глюконеогенезе, и транскрипционных факторов могут играть существенную роль в механизмах формирования индивидуального ответа на терапию метформином.

1. Ansari Z., Chaurasia A., Neha, Sharma N., Bachheti R.K., Gupta P.C. Exploring inflammatory and fibrotic mechanisms driving diabetic nephropathy progression. Cytokine Growth Factor Rev. 2025;84: 120-134. doi 10.1016/j.cytogfr.2025.05.007

2. Ashburner M., Ball C.A., Blake J.A., Botstein D., Butler H., Cherry J.M., Davis A.P., … Matese J.C., Richardson J.E., Ringwald M., Rubin G.M., Sherlock G. Gene Ontology: tool for the unification of biology. Nat Genet. 2000;25(1):25-29. doi 10.1038/75556

3. Bailey K.A., Savic D., Zielinski M., Park S.-Y., Wang L., Witkowski P., Brady M., Hara M., Bell G.I., Nobrega M.A. Evidence of non-pancreatic beta cell-dependent roles of Tcf7l2 in the regulation of glucose metabolism in mice. Hum Mol Genet. 2015;24(6):1646-1654. doi 10.1093/hmg/ddu577

4. Beaupere C., Liboz A., Fève B., Blondeau B., Guillemain G. Molecular mechanisms of glucocorticoid-induced insulin resistance. Int J Mol Sci. 2021;22(2):623. doi 10.3390/ijms22020623

5. Behl T., Wadhwa M., Sehgal A., Singh S., Sharma N., Bhatia S., AlHarrasi A., Aleya L., Bungau S. Mechanistic insights into the role of FOXO in diabetic retinopathy. Am J Transl Res. 2022;14(6):3584-3602

6. Bu Y., Peng M., Tang X., Xu X., Wu Y., Chen A.F., Yang X. Protective effects of metformin in various cardiovascular diseases: Clinical evidence and AMPK-dependent mechanisms. J Cell Mol Med. 2022;26(19):4886-4903. doi 10.1111/jcmm.17519

7. Chen Y.-C., Navarrete M.S., Wang Y., McClintock N.C., Sakurai R., Wang F., Chen K.T., Chou T.-F., Rehan V.K., Lee D.J., Diaz B. N-myristoyltransferase-1 is necessary for lysosomal degradation and mTORC1 activation in cancer cells. Sci Rep. 2020;10(1):11952. doi 10.1038/s41598-020-68615-w

8. Cook M.N., Girman C.J., Stein P.P., Alexander C.M. Initial monotherapy with either metformin or sulphonylureas often fails to achieve or maintain current glycaemic goals in patients with Type 2 diabetes in UK primary care. Diabet Med. 2007;24(4):350-358. doi 10.1111/j.1464-5491.2007.02078.x

9. Damarov I.S., Korbolina E.E., Rykova E.Y., Merkulova T.I. Multiomics analysis revealed the rSNPs potentially involved in T2DM pathogenic mechanism and metformin response. Int J Mol Sci. 2024;25(17):9297. doi 10.3390/ijms25179297

10. Degtyareva A.O., Antontseva E.V, Merkulova T.I. Regulatory SNPs: altered transcription factor binding sites implicated in complex traits and diseases. Int J Mol Sci. 2021;22(12):6454. doi 10.3390/ijms22126454

11. Dzeja P., Terzic A. Adenylate kinase and AMP signaling networks: metabolic monitoring, signal communication and body energy sensing. Int J Mol Sci. 2009;10(4):1729-1772. doi 10.3390/ijms10041729

12. El-Mir M.-Y., Nogueira V., Fontaine E., Avéret N., Rigoulet M., Leverve X. Dimethylbiguanide inhibits cell respiration via an indirect effect targeted on the respiratory chain complex I. J Biol Chem. 2000;275(1):223-228. doi 10.1074/jbc.275.1.223

13. Gaedigk A., Whirl-Carrillo M., Pratt V.M., Miller N.A., Klein T.E. PharmVar and the landscape of pharmacogenetic resources. Clin Pharmacol Ther. 2020;107(1):43-46. doi 10.1002/cpt.1654

14. GoDARTS and UKPDS Diabetes Pharmacogenetics Study Group; Wellcome Trust Case Control Consortium 2; Zhou K., Bellenguez C., Spencer C.C., Bennett A.J., Coleman R.L., … McCarthy M.I., Holman R.R., Palmer C.N., Donnelly P., Pearson E.R. Common variants near ATM are associated with glycemic response to metformin in type 2 diabetes. Nat Genet. 2011;43(2):117-120. doi 10.1038/ng.735

15. Gong L., Goswami S., Giacomini K.M., Altman R.B., Klein T.E. Metformin pathways. Pharmacogenet Genomics. 2012;22(11):820-827. doi 10.1097/FPC.0b013e3283559b22

16. Guo X., Li X., Yang W., Liao W., Shen J.Z., Ai W., Pan Q., Sun Y., Zhang K., Zhang R., Qiu Y., Dai Q., Zheng H., Guo S. Metformin targets Foxo1 to control glucose homeostasis. Biomolecules. 2021; 11(6):873. doi 10.3390/biom11060873

17. Gwinn D.M., Shaw R.J. AMPK Control of mTOR signaling and growth. In: Tamanoi F., Hall M.N. (Eds). The Enzymes. Vol. 28. Academic Press, 2010;49-75. doi 10.1016/S1874-6047(10)28003-4

18. Hall J.A., Tabata M., Rodgers J.T., Puigserver P. USP7 attenuates hepatic gluconeogenesis through modulation of FoxO1 gene promoter occupancy. Mol Endocrinol. 2014;28(6):912-924. doi 10.1210/me.2013-1420

19. Hou G., Dong Y., Jiang Y., Zhao W., Zhou L., Cao S., Li W. Immune inflammation and metabolic interactions in the pathogenesis of diabetic nephropathy. Front Endocrinol. (Lausanne). 2025;16: 1602594. doi 10.3389/fendo.2025.1602594

20. Hunter R.W., Hughey C.C., Lantier L., Sundelin E.I., Peggie M., Zeqiraj E., Sicheri F., Jessen N., Wasserman D.H., Sakamoto K. Metformin reduces liver glucose production by inhibition of fructose1-6-bisphosphatase. Nat Med. 2018;24(9):1395-1406. doi 10.1038/s41591-018-0159-7

21. Ip W., Shao W., Chiang Y.A., Jin T. The Wnt signaling pathway effector TCF7L2 is upregulated by insulin and represses hepatic gluconeogenesis. Am J Physiol Metab. 2012;303(9):E1166-E1176. doi 10.1152/ajpendo.00249.2012

22. Jiang L., Xiong J., Zhan J., Yuan F., Tang M., Zhang C., Cao Z., … Wang Hui, Wang L., Wang J., Zhu W.-G., Wang Haiying. Ubiquitinspecific peptidase 7 (USP7)-mediated deubiquitination of the histone deacetylase SIRT7 regulates gluconeogenesis. J Biol Chem. 2017; 292(32):13296-13311. doi 10.1074/jbc.M117.780130

23. Kanehisa M. KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes. Nucleic Acids Res. 2000;28(1):2730. doi 10.1093/nar/28.1.27

24. Karbalaee-Hasani A., Khadive T., Eskandari M., Shahidi S., Mosavi M., Nejadebrahimi Z., Khalkhali L., Sangdari A., Mohammadi D., Soltani A., Khodabandehloo H., Hosseini H., Koushki M. Effect of metformin on circulating levels of inflammatory markers in patients with type 2 diabetes: A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Ann Pharmacother. 2021;55(9):1096-1109. doi 10.1177/1060028020985303

25. Kristófi R., Eriksson J.W. Metformin as an anti-inflammatory agent: a short review. J Endocrinol. 2021;251(2):R11-R22. doi 10.1530/JOE-21-0194

26. LaMoia T.E., Shulman G.I. Cellular and molecular mechanisms of metformin action. Endocr Rev. 2021;42(1):77-96. doi 10.1210/endrev/bnaa023

27. Li J., Yan H., Xiang R., Yang W., Ye J., Yin R., Yang J., Chi Y. ATP secretion and metabolism in regulating pancreatic beta cell functions and hepatic glycolipid metabolism. Front Physiol. 2022;13:918042. doi 10.3389/fphys.2022.918042

28. Liu G., Chen H., Liu H., Zhang W., Zhou J. Emerging roles of SIRT6 in human diseases and its modulators. Med Res Rev. 2021;41(2): 1089-1137. doi 10.1002/med.21753

29. Loan A., Syal C., Lui M., He L., Wang J. Promising use of metformin in treating neurological disorders: biomarker-guided therapies. Neural Regen Res. 2024;19(5):1045-1055. doi 10.4103/1673-5374.385286

30. Luizon M.R., Eckalbar W.L., Wang Y., Jones S.L., Smith R.P., Laurance M., Lin L., … Molony C., Innocenti F., Yee S.W., Giacomini K.M., Ahituv N. Genomic characterization of metformin hepatic response. PLoS Genet. 2016;12(11):e1006449. doi 10.1371/journal.pgen.1006449

31. Pan Q., Ai W., Guo S. TGF-β1 signaling impairs metformin action on glycemic control. Int J Mol Sci. 2024;25(4):2424. doi 10.3390/ijms25042424

32. Ravnskjaer K., Hogan M.F., Lackey D., Tora L., Dent S.Y.R., Olefsky J., Montminy M. Glucagon regulates gluconeogenesis through KAT2B- and WDR5-mediated epigenetic effects. J Clin Invest. 2013;123(10):4318-4328. doi 10.1172/JCI69035

33. Rena G., Hardie D.G., Pearson E.R. The mechanisms of action of metformin. Diabetologia. 2017;60(9):1577-1585. doi 10.1007/s00125-017-4342-z

34. Rotroff D.M., Yee S.W., Zhou K., Marvel S.W., Shah H.S., Jack J.R., Havener T.M., … Giacomini K.M., Pearson E.R., Wagner M.J., Buse J.B., Motsinger-Reif A.A. Genetic variants in CPA6 and PRPF31 are associated with variation in response to metformin in individuals with type 2 diabetes. Diabetes. 2018;67(7):1428-1440. doi 10.2337/db17-1164

35. Rykova E., Ershov N., Damarov I., Merkulova T. SNPs in 3′UTR miRNA target sequences associated with individual drug susceptibility. Int J Mol Sci. 2022;23(22):13725. doi 10.3390/ijms232213725

36. Smiles W.J., Ovens A.J., Kemp B.E., Galic S., Petersen J., Oakhill J.S. New developments in AMPK and mTORC1 cross-talk. Essays Biochem. 2024;68(3):321-336. doi 10.1042/EBC20240007

37. St-Amour S., Tessier L., Harnois J., Allard C., Lavoie A., Caron P., Bouchard L., Perron P., Tremblay K. PCK1 and SLC22A2 gene variants associated with response to metformin treatment in type 2 diabetes. PLoS One. 2025;20(2):e0305511. doi 10.1371/journal.pone.

38. Strang J., Astridge D., Nguyen V., Reigan P. Small molecule modulators of AMP-Activated Protein Kinase (AMPK) activity and their potential in cancer therapy. J Med Chem. 2025;68(3):2238-2254. doi 10.1021/acs.jmedchem.4c02354

39. Szklarczyk D., Kirsch R., Koutrouli M., Nastou K., Mehryary F., Hachilif R., Gable A.L., Fang T., Doncheva N.T., Pyysalo S., Bork P., Jensen L.J., von Mering C. The STRING database in 2023: protein–protein association networks and functional enrichment analyses for any sequenced genome of interest. Nucleic Acids Res. 2023;51(D1): D638-D646. doi 10.1093/nar/gkac1000

40. Vohra M., Sharma A.R., Mallya S., Prabhu N.B., Jayaram P., Nagri S.K., Umakanth S., Rai P.S. Implications of genetic variations, differential gene expression, and allele-specific expression on metformin response in drug-naïve type 2 diabetes. J Endocrinol Invest. 2022;46(6):1205-1218. doi 10.1007/s40618-022-01989-y

41. Wang Y., Liu T., Cai Y., Liu W., Guo J. SIRT6’s function in controlling the metabolism of lipids and glucose in diabetic nephropathy. Front Endocrinol (Lausanne). 2023;14:1244705. doi 10.3389/fendo.2023.1244705

42. Wang Y., Wang X., Du C., Wang Z., Wang J., Zhou N., Wang B., Tan K., Fan Y., Cao P. Glycolysis and beyond in glucose metabolism: exploring pulmonary fibrosis at the metabolic crossroads. Front Endocrinol (Lausanne). 2024;15:1379521. doi 10.3389/fendo.2024.1379521

43. Xiao D., Guo Y., Li X., Yin J.-Y., Zheng W., Qiu X.-W., Xiao L., Liu R.-R., Wang S.-Y., Gong W.-J., Zhou H.-H., Liu Z.-Q. The impacts of SLC22A1 rs594709 and SLC47A1 rs2289669 polymorphisms on metformin therapeutic efficacy in chinese type 2 diabetes patients. Int J Endocrinol. 2016;2016:4350712. doi 10.1155/2016/4350712

44. Yang Q., Huo E., Cai Y., Zhang Z., Dong C., Asara J.M., Wei Q. PFKFB3-mediated glycolysis boosts fibroblast activation and subsequent kidney fibrosis. Cells. 2023;12(16):2081. doi 10.3390/cells12162081

45. Yi Q.-Y., Deng G., Chen N., Bai Z.-S., Yuan J.-S., Wu G.-H., Wang Y.-W., Wu S.-J. Metformin inhibits development of diabetic retinopathy through inducing alternative splicing of VEGF-A. Am J Transl Res. 2016;8(9):3947-3954

46. Yu G., Wang L.-G., Han Y., He Q.-Y. clusterProfiler: an R package for comparing biological themes among gene clusters. Omi A J Integr Biol. 2012;16(5):284-287. doi 10.1089/omi.2011.0118

47. Zhang X., Yang S., Chen J., Su Z. Unraveling the regulation of hepatic gluconeogenesis. Front Endocrinol (Lausanne). 2019;9:802. doi 10.3389/fendo.2018.00802

48. Zhou Y., Ye W., Wang Y., Jiang Z., Meng X., Xiao Q., Zhao Q., Yan J. Genetic variants of OCT1 influence glycemic response to metformin in Han Chinese patients with type-2 diabetes mellitus in Shanghai. Int J Clin Exp Pathol. 2015;8(8):9533-9542

49. Zhu X., Li H., Wu Y., Zhou J., Yang G., Wang W. lncRNA MEG3 promotes hepatic insulin resistance by serving as a competing endogenous RNA of miR-214 to regulate ATF4 expression. Int J Mol Med. 2018;43(1):345-357. doi 10.3892/ijmm.2018.3975