Variations of taste perception and possible association with bmi in healthy subjects: a functional and genomic approach

Il senso del gusto è parte del sistema sensoriale ed è una fonte importante di input sensoriali: esso influenza l'appetibilità e il grado di accettazione di cibi o bevande. Esistono sei diversi gusti ad oggi noti, amaro, dolce, acido, salato, umami e gusto del grasso. Alcuni studi hanno stabilito una relazione tra variazione genetica, percezione del gusto e stato di salute: variazioni genetiche nei geni dei recettori del gusto inducono variazioni nella percezione del gusto. Tuttavia, la selezione del cibo dipende anche da altri fattori come lo stato nutrizionale, la fisiologia, l'ambiente e i fattori socioculturali. Le scelte del cibo e le abitudini alimentari possono influenzare lo stato di salute e il rischio di sviluppare malattie complesse. Il metodo più comunemente usato per studiare le patologie complesse è lo studio di associazione, che mira ad identificare, in una popolazione, una correlazione tra gli alleli di uno o più marcatori genetici, soprattutto i singoli nucleotidi polimorfici (SNP), e il fenotipo. L'obiettivo generale di questa tesi è quello di indagare come la percezione gustativa influenza l’ indice di massa corporea (BMI) e predispone a malattie complesse come l'obesità. Questa ricerca include 5100 partecipanti provenienti da tre diversi progetti all'interno del consorzio “Network Italiano Isolati Genetici” (INGI). I DNA genomici dei soggetti sono stati estratti da campioni di sangue e poi genotipizzati utilizzando “Illumina 370K high-throughput SNP array”, per un totale di circa 370.000 SNP per campione. Attraverso la consultazione del database bibliografico PubMed abbiamo selezionato tutti i geni recettori del gusto e i geni coinvolti nella cascata di trasduzione del segnale del gusto. Abbiamo eseguito una "analisi di associazione per geni candidati" assumendo il log10 del BMI come variabile dipendente e gli SNP di tutti i geni selezionati come regressori. Abbiamo utilizzato un modello genetico additivo e abbiamo assunto sesso ed età come covariate. Ogni popolazione è stata prima analizzata separatamente e poi risultati sono stati combinati mediante metaanalisi. Dopo l’analisi del fenotipo e del genotipo, 2827 soggetti sono stati analizzati complessivamente. La metaanalisi ha identificato alcuni polimorfismi associati con il BMI: 2 SNP appartengono al gene SCNN1B gene, un recettore del gusto salato, invece otto SNP appartengono al gene GNAT3, un gene che codifica una proteina-G gusto-selettiva implicata nella trasduzione del gusto dolce, amaro e umami, e 4 SNPs appartengono al gene PDE4B, una fosfodiesterasi AMPc-specifica per la trasduzione del segnale in generale. I risultati dei nostri studi suggeriscono che il meccanismo con cui le variazioni dei recettori del gusto possono influenzare il BMI, e quindi il rischio di sviluppare sovrappeso e obesità, è molto complesso e probabilmente strettamente correlato all’espressione e alla funzione dei recettori del gusto. I nostri risultati confermano che questi geni sono altamente polimorfici e che questi polimorfismi sono legati o alla proteina del recettore o alla proteina coinvolta nella cascata del segnale.The sense of the taste is part of the sensory system and is an important source of sensory input: it influences the palatability and the degree of acceptance of foods or drinks. There are six different tastes until now known, bitter, sweet, sour, salt, umami and fat taste. Some studies established a relationship between genetic variation, taste perception and health status: genetic variations in taste receptor genes induce variations in taste perception. However, food selection depends also on other factors like nutritional status, physiology, environment and sociocultural factors. Food choices and dietary habits may influence the health status and the risk of complex diseases. The method most commonly used for studying the complex disease is the association study, that aims to identify, in a population, a correlation between the alleles of one or more genetic markers, mostly the Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), and the phenotype. The general aim of this thesis is to investigate how taste perception affects body mass index (BMI) and predisposes to complex diseases such as obesity. This research includes 5100 participants from three different projects within “Italian Network on Genetic Isolate” (INGI) consortium. Genomic DNAs of subjects were extracted from blood samples and then were genotyped using Illumina 370k high-throughput SNP arrays, for a total of about 370.000 SNPs per samples. We selected all the taste receptors genes and the genes involved in the cascade of taste signal transduction through consultation of bibliographic database PubMed. We carry out a “candidate gene association analysis” assuming the log10 of BMI as the dependent variable and the SNPs of all selected genes as the regressors. We used an additive genetic model and gender and age as covariates. Each population was firstly separately analyzed and results were combined using meta-analysis. After phenotype and genotype analysis, 2827 subjects were analyzed overall. Meta-analyses identified some polymorphisms associated with the BMI: 2 SNPs belong to SCNN1B gene, which is a salty taste receptor, instead 8 SNPs belong to GNAT3 gene, a gene encoding a taste-selective G protein of transduction of sweet, bitter and umami taste, and 4 SNPs belong to PDE4B gene, which is a phosphodiesterase AMPc-specific for signal transduction in general. The outcomes of our studies suggest that the mechanism by which variations in taste receptors may influence the BMI, and therefore the risk of developing overweight and obesity, is very complex and probably closely related to expression and function of the taste receptors. Our results confirm that these genes are highly polymorphic and these polymorphisms are related to either protein receptor or protein involved in signaling cascade