Genomi Geenit ja verenpainetauti Kimmo Kontula, Markus Perola, Timo Hiltunen, Katariina Kainulainen ja Leena Palotie Geenit vaikuttavat verenpaineen yksilöidenväliseen vaihteluun, ja ne määräävät myös alttiutta sairastua verenpainetautiin. Epidemiologinen näyttö perimän osuudesta on vakuuttava. Esimerkiksi sukulaispareissa verenpaineen korrelaatio on sitä merkitsevämpi, mitä läheisempi sukulaisuussuhde on, ja adoptoitujen lasten verenpaine muistuttaa enemmän biologisten vanhempien kuin adoptiovanhempien verenpainetta. Poisto- ja siirtogeenisille koe-eläimille on aiheutettu kohonnut verenpaine reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmän säätelijägeenien toiminnan muuntelulla. Ihmisellä tunnetaan kolme harvinaista, yhdessä geenissä periytyvää hypertensiomuotoa: glukokortikoideilla lievittyvä aldosteronismi, näennäinen mineralokortikoidismi ja Liddlen tauti, joihin liittyy varhaisella iällä alkava ja usein vaikea verenpaineen kohoaminen. Sen sijaan yleinen essentiaalinen hypertensio on tavallisimmin seuraus usean eri geenin, ympäristötekijöiden ja elintapojen yhteisvaikutuksesta. Geenien osuudeksi essentiaalisen verenpainetaudin synnyssä otaksutaan 30 60 %, mutta yhtäkään yleistä verenpainegeeniä ei vielä tunneta varmasti. Kohonnut verenpaine on yksi merkittävimmistä kansansairauksista: sitä sairastaa Kansaneläkelaitoksen lääkekorvaustilastojen mukaan noin 450 000 suomalaista (Rajaniemi 1999). Kohonneen verenpaineen hoitamatta jättäminen lisää alttiutta aivoverenkierron häiriöille, sydäninfarktille sekä sydämen ja munuaisten vajaatoiminnan kehittymiselle, kun taas verenpainetta alentava lääkehoito estää näiden komplikaatioiden syntymistä (Carretero ja Oparil 2000). Kohonnut verenpaine on lähes poikkeuksetta essentiaalista, alkuperältään tuntematonta ja luokittelematonta, ja vain aniharvoin taudin selittäjäksi löytyy primaarinen mineralo- tai glukokortikoidismi, feokromosytooma, munuaisten tai munuaisvaltimoiden sairaus taikka jokin yhdessä geenissä periytyvä hypertensiosyndrooma. Essentiaalinen hypertensio kuuluu monitekijäisten tautien suurperheeseen: sen katsotaan syntyvän, kun epäedulliset elämäntavat kohtaavat taudille altistavan perimän. Näyttö geenien osuudesta on monipuolinen. Sitä on saatu epidemiologisista tutkimuksista, kohonneen verenpaineen eläinmalleista ja potilaiden geenitutkimuksista (taulukko 1). Toistaiseksi pystytään kuitenkin nimeämään varmasti vain muutamia ihmisen verenpainegeenejä. Geenien ja verenpaineen suhteesta on ilmestynyt useita erinomaisia katsauksia viime vuosina (Harrap 1996, Lifton 1996, O Byrne ja Caulfield 1998, Luft 1998, Melander 2000). Taulukko 1. Hypertension perinnöllisen osuuden puolesta puhuvia havaintoja. Kertymät suvuittain Sukulaisilla verenpainetasojen korrelaatio sukulaisuuden läheisyyteen Kaksostutkimukset Adoptiotutkimukset Esiintyvyyden erot väestöjen välillä Sisäsiittoiset koe-eläinmallit Kokeet siirto- ja poistogeenisillä eläimillä Yhdessä geenissä periytyvät hypertensiomuodot Duodecim 2000; 116: 1751 8 1751
Suku- ja kaksostutkimukset viestivät kohonneen verenpaineen periytyvyydestä Sukulaisuus ja verenpaine. Jo 1930-luvulla laskeskeltiin, että lapsen tulevan hypertension vaara on vain noin 3 %, jos kummallakaan vanhemmista verenpaine ei ole kohonnut, mutta luku on 28 %, mikäli toisella vanhemmista on hypertensio, ja 45 %, jos se on kummallakin vanhemmalla (Ayman 1934). Aviopareilla diastolisen verenpaineen korrelaatiokerroin on vain noin 0.05, mutta sisaruksilla se on noin 0.15, erimunaisilla kaksosilla 0.25 ja samamunaisilla kaksosilla noin 0.60 (Williams ym. 1988). Kun yksilöllä on vähintään kaksi hypertensiota sairastavaa ensimmäisen asteen sukulaista, hänen vaaransa sairastua samaan tautiin on noin nelinkertainen verrattuna tilanteeseen, jossa hypertensiivisiä ensimmäisen asteen sukulaisia ei ole osoitettavissa (Williams ym. 1991). Kaksos- ja adoptiotutkimukset. Hypertension periytyvyyttä on selvitelty myös lukuisissa tutkimuksissa, joissa on vertailtu taudin samanaikaista esiintyvyyttä sama- ja erimunaisilla kaksospareilla, sekä asetelmissa, joissa on laskettu adoptiolasten verenpainetason korrelaatio biologisten ja toisaalta adoptiovanhempien verenpainetasoon. Edellisten tutkimusten perusteella verenpaineen periytyvyydeksi (heritabiliteetti) on laskettu 50 70 %, jälkimmäisten perusteella 30 45 % (ks. Melander 2000). Väestöjen erot. Hypertension periytyvän komponentin puolesta puhuvat myös tulokset sairauden esiintyvyyden eroista eri väestöjen välillä. Yhdysvaltain (afrikkalaista alkuperää olevilla) mustilla hypertension prevalenssi on noin 50 % suurempi kuin saman valtion valkoisella ja väliamerikkalaista alkuperää olevalla väestöllä (Burt ym. 1995). Toisaalta hypertension esiintyvyys on Pohjois-Amerikassa nykyisin asuvalla mustalla väestöllä kaksinkertainen Länsi-Afrikan mustan väestön vastaavaan esiintyvyyteen verrattuna (Cooper ym. 1997). Edelleen mustan rodun»suolaherkkyys» eli verenpaineen suureneminen suolakuormituksen aikana on tavallisempaa kuin valkoisen rodun. Nämä havainnot ovat synnyttäneet»afrikan verenpainegeenin» hypoteesin, jonka mukaan Pohjois-Amerikassa orjuuden kärsimyksistä selvisivät parhaiten ne mustat, joiden kyky säästää suolaa ja ylläpitää ankarissa olosuhteissa verenkiertoa olivat hyvät edullisen perimän ansiosta. Valitettavasti tuollaisesta»saidasta geenistä» on tullut nykyajan oloissa epäedullinen. Oppia eläinmalleista Sisäsiittoiset eläinkannat. Hypertension perinnöllisyyttä tukevat myös havainnot useista sisäsiittoisista rottakannoista, joille kehittyy vaikea hypertensio; osassa näistä eläinlinjoista verenpaine nousee erityisen herkästi suolakuormituksen vaikutuksesta (yleiskatsaus: Hamet ym. 1998). Rotan kromosomissa 10 sijaitseva, kohonneeseen verenpaineeseen kytkeytyvä alue on homologinen ihmisen kromosomin 17 alueen kanssa, mikä on antanut aiheen etsiä ihmisen verenpainegeenejä viimeksi mainitulta alueelta. Tällä alueella sijaitsee tyypin 2 pseudohypoaldosteronismiin eli Gordonin syndroomaan liittyvä geeni (Mansfield ym. 1997). Tämän yhdessä geenissä periytyvän harvinaisen oireyhtymän yksi kliininen ilmentymä on verenpaineen nousu. Poisto- ja siirtogeenisistä eläimistä on myös saatu vihjeitä verenpaineen tärkeistä säätelijägeeneistä (Thompson ym. 1995). Hiirillä verenpaineen taso on verrannollinen ACE:tä tai angiotensinogeenia koodittavien geenien kopioiden lukumäärään, ja reniinigeenin ylimääräinen ilmentäminen saa aikaan verenpaineen rajun nousun rotilla. Toisaalta tyypin 1 angiotensiinireseptorin (AT1R) geneettinen tuhoaminen aiheuttaa hiirten systolisen verenpaineen laskun. Miten tutkia verenpainegeenejä? Lander ja Schork (1994) kuvasivat neljä eri menetelmää monitekijäisten tautien taustalla olevien geenien löytämiseksi: kytkentäanalyysi, sisarusparianalyysit, assosiaatioanalyysi ja eläinmallien tutkimus. Kolme ensin mainittua perustuu viime kädessä kytkentäepätasapainoon, eli pyritään löytämään perimän geenimerkki, joka periytyy yhdessä sairauden kanssa. Kytkentäanalyysi on näistä tilastollisesti voimakkain, mutta koska se edellyttää jotain tietoa periyty- 1752 K. Kontula ym.
mismallista ja useita sukupolvia käsittävien perheiden saatavuutta, sitä on puhtaimmillaan usein vaikea soveltaa verenpainetaudin tutkimukseen. Assosiaatioanalyysien käyttäminen verenpainetaudin ja muiden monitekijäisten sairauksien tutkimisessa voi niin ikään olla hankalaa, sillä näille taudeille altistavien mutaatioiden yleisyys väestössä sekä taudin perinnöllisen komponentin heterogeenisuus vievät voimaa tämäntyyppisiltä analyyseiltä (Terwilliger ja Weiss 1998). DNA-sirutekniikat ovat kuitenkin viime aikoina tuoneet uutta innostusta assosiaatioanalyysien kehittämiseen ja hyödyntämiseen monitekijäisten tautien geenitutkimuksessa (Risch ja Merikangas 1996). Verenpaineen geenitutkimuksia hankaloittavat edelleen mitattavan ominaisuuden tavattoman suuri vaihtelu tutkimustilanteen, ajankohdan, mittaustavan ja erilaisten ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta (Pickering 1994). Todennäköisesti eduksi olisi, mikäli tutkittavaksi joukoksi pystyttäisiin kaventamaan varhaisella iällä sairastuneita ja hoikkarakenteisia potilaita, joilla lisäksi olisi vankka sukutausta taudin suhteen ja jotka olisi kerätty alueellisesti rajatulta seudulta. Yksi mahdollinen menettelytapa on valita taudin kriteeriksi jokin välivaiheen fenotyyppi esimerkiksi verenpaineen suolaherkkyys, verenpaineen normaalin vuorokausivaihtelun puuttuminen tai jonkin komplikaation esiintyminen ja etsiä tähän fenotyyppiin kytkeytyvää verenpainegeeniä. Yhdessä geenissä periytyvä verenpainetauti Aldosteroni GRA + + Na + Liddle K + ATP MLR Na + AME Kortisoli Kortisoni 11β HSD2 koidien ylimäärässä (apparent mineralocorticoid excess, AME) puolestaan munuaissoluissa metaboloitumatta jäävä kortisoli pääsee aktivoimaan tubulussolun mineralokortikoidireseptorin, ja Liddlen taudissa ENaC-kanava on mutaation johdosta yliaktiivinen. Natriumin kiihtyneen takaisinimeytymisen kanssa samanaikainen kaliumin erittyminen selittää sen, että näiden tautien klassisissa muodoissa potilailla esiintyy tavallisesti hypokalemiaa. Se on kuitenkin yleensä lievähkö ja saattaa tulla esiin vain natriumin runsaan saannin tai diureettien käytön yhteydessä, jolloin distaalisiin kokoojaputkiin saapuvan natriumin määrän myötä myös natriumin takaisin imeytymisen säätelyn merkitys kasvaa. Monogeenisen hypertensiosyndrooman mahdollisuus tulisi pitää mielessä silloin, kun potilaan verenpaineen kohoaminen alkaa varhaisella iällä, kun hänellä esiintyy hypokalemiaa tai kun hän itse tai hänen vanhempansa ovat sairastuneet varhaisella iällä aivoverenvuotoon. Vallitsevasti periytyvän GRA-taudin syynä on meioosin vähennysjakautumisessa syntynyt poikkeava yhdistelmägeeni, jonka alkuosa on peräisin kortisolisynteesiä säätelevästä 11-beetahydroksylaasigeenistä ja loppuosa aldostero- Soluvälitila Munuaistiehyt K +, H + Kuva 1. Tunnetut monogeeniset verenpainetautimuodot johtuvat natriumin liiallisesta takaisin imeytymisestä munuaisten tubuslussoluissa. GRA = glukokortikoideilla lievittyvä aldosteronismi, AME = näennäinen mineralokortikoidiylimäärä, Liddle = Liddlen tauti, MLR = mineralokortikoidireseptori, 11β-HSD2 = tyypin 2 11β-hydroksisteroididehydrogenaasi. Kaikissa tunnetuissa ihmisen monogeenisissä eli yhden geenin virheen aiheuttamissa verenpainetautimuodoissa verenpaineen kohoamisen syynä on perimmiltään natriumin liiallinen takaisin imeytyminen munuaisten distaalisissa kokoojaputkissa (kuva 1) (Lifton 1996). Glukokortikoideilla lievittyvässä aldosteronismissa (glucocorticoid remediable aldosteronism, GRA) kasvanut mineralokortikoidipitoisuus aiheuttaa suurentuneen epiteliaalisen natriumkanavan (ENaC) ja natrium-kalium-atpaasin aktiivisuuden lisääntymisen. Näennäisessä mineralokorti- Geenit ja verenpainetauti 1753
nisyntaasigeenistä (Lifton 1996). Vaikka geenien yhdistymiskohta vaihtelee kuvatuissa GRA-tapauksissa, niissä on aina 11-beetahydroksylaasigeenin alkuosa, jossa sijaitsee adrenokortikotrooppiselle hormonille (ACTH) herkkä säätelyalue, ja aldosteronisyntaasigeenin loppuosa, jossa taas on aldosteronisyntaasin katalyyttinen alue. Tämän johdosta GRA-taudissa ACTH piiskaa aldosteronin tuottoa lisämunuaisen zona fasciculata -kerroksessa, joka normaalisti tuottaa pääasiassa glukokortikoideja. Taudin kliininen diagnostiikka ja spesifinen hoito perustuvat deksametasonin käyttöön: estämällä ACTH:n eritystä aivolisäkkeestä deksametasoni estää myös yhdistelmägeenin ilmentymistä lisämunuaisissa ja lieventää siten aldosteronismia. Yhdistelmägeeni voidaan osoittaa myös molekyylibiologisin menetelmin. GRA lienee Suomessa äärimmäisen harvinainen (Hiltunen ja Kontula, julkaisematon havainto). AME-oireyhtymän syynä on munuaisten 11- beetahydroksisteroididehydrogenaasin vähentynyt aktiivisuus. Kyseinen entsyymi inaktivoi mineralokortikoideille herkissä soluissa glukokortikoideja, jotka muuten pystyisivät sitoutumaan mineralokortikoidireseptoriin ja aktivoimaan sen. AME:n hankinnaisen muodon eli lakritsioireyhtymän syynä on lakritsin sisältämä glykyrretiinihappo, joka on tämän entsyymin estäjä. AME:n periytyvässä muodossa potilaan kummassakin 11-beetahydroksisteroididehydrogenaasia koodittavassa alleelissa on mutaatio, joita tunnetaan jo parikymmentä (Wilson ym. 1998). Perinnölliseen AME-tautiin viittaavia piirteitä ovat veren pienet kalium-, aldosteronija reniinipitoisuudet, virtsan kortisoli- ja kortisonimetaboliittien suurentunut suhde ja tilan pysyminen ennallaan lakritsin syönnin lopettamisen jälkeenkin. Taudin hoitoon sopivat spironolaktoni (mineralokortikoidireseptoriantagonisti), deksametasoni (vähentää endogeenisten glukokortikoidien määrää eikä pysty sitoutumaan mineralokortikoidireseptoriin) ja amiloridi tai triamtereeni (estävät ENaC-kanavien toimintaa). Suomalaisia AME-mutaatioita ei toistaiseksi tunneta, eikä myöskään tiedetä, saavatko AME-mutaation heterotsygoottiset kantajat normaalia herkemmin lakritsioireyhtymän. Liddlen tauti johtuu munuaisten distaalisen kokoojaputken ENaC-kanavien liian voimakkaasta toiminnasta. ENaC-kanavat koostuvat kolmesta erilaisesta alayksiköstä (alfa, beeta ja gamma), ja ne imevät tubuluksen luumenista natriumioneja soluun, josta puolestaan solun»pohjaosan» kalvoissa sijaitsevat natrium-kalium-atpaasi-kanavat siirtävät natriumionit edelleen soluvälitilaan. Natrium-ionien takaisin imeytymisen vastapainoksi tubulukseen erittyy kalium- ja vetyioneja. Vallitsevasti periytyvän Liddlen taudin syyksi on osoittautunut joko beeta- tai gamma-enac-kanavaa koodittavan geenin mutaatio (Lifton 1996). Liddlen taudin kliiniskemiallinen diagnoosi perustuu AME:ssä todettavien laboratorioarvojen kaltaisiin tuloksiin, mutta virtsan kortisoli- ja kortisonimetaboliittien suhde on normaali. Taudin täsmälääkkeitä ovat amiloridi ja triamtereeni, jotka sitoutuvat ENaC-kanavan ioniaukkoon ja estävät natriumin takaisin imeytymisen. Alustavat geenitutkimuksemme antavat aiheen olettaa, että osalla hankalahoitoisista suomalaisista verenpainepotilaista taudin taustalta löytyy ENaC:n geenivirhe (Hiltunen ja Kontula, julkaisemattomia havaintoja). Verenpaine ja brakydaktylia. Saksalainen tutkijaryhmä on kuvannut mielenkiintoisen oireyhtymän, jossa varhain alkava ja vaikea hypertensio liittyy lyhytkasvuisuuteen ja lyhytsormisuuteen. Tämä vallitsevasti periytyvä tauti löytyi alun perin turkkilaisesta perheestä (Schuster ym. 1996), ja uusia sukuja on kuvattu esimerkiksi Yhdysvalloista, Kanadasta ja Japanista. Geeni paikantuu kromosomiin 12, mutta sen laatua ei vielä tunneta tarkemmin. Nähtäväksi jää, tuottaako geenin lopullinen tunnistaminen uusia ajatuksia myös essentiaalisen hypertension syntymekanismeista. Geenit ja essentiaalinen hypertensio: ehdokkaista aiheuttajiksi? Essentiaalisen verenpainetaudin taustalla olevien geenien etsintä ja löydösten varmistaminen on osoittautunut työlääksi. Useimmat tähänastiset tutkimukset nojautuvat edelleen ehdokasgeenilähtöiseen asetelmaan. On luontevaa olettaa, 1754 K. Kontula ym.
että esimerkiksi kaikki ne geenit, jotka koodittavat suolatasapainoon, verisuonten seinämän tonukseen, sydämen pumppauskykyyn ja autonomisen hermoston säätelyyn vaikuttavia välittäjäaineita ja niiden reseptoreita, ovat myös verenpainetaudin ehdokasgeenejä, ja näiden listahan on lähes loputon. Eniten on tutkittu reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmää, jonka säätelijägeenien mahdollista osuutta on helppo perustella tämän vaikutusketjun fysiologisen tehtävän, eläinkokeiden tulosten ja yksigeenisten verenpainetaudin muotojen esiintymisen perusteella (kuva 2). Reniini, ACE ja angiotensinogeeni. Reniinitai ACE-geenin mutanttien tai polymorfismien osuudesta ihmisen hypertension synnyssä ei ole saatu pitävää näyttöä. Reniinin katalysoima angiotensinogeenin pilkkoutuminen on angiotensiini II:n synteesinopeutta rajoittava askel, ja siten angiotensinogeeniä koodittava geeni on hypertension looginen ehdokasgeeni. Angiotensinogeenin Met235Thr-muutos (kodonin 235 metioniini muuttunut treoniiniksi) on historiallisesti mielenkiintoinen, koska se oli ensimmäinen raportoitu»verenpainemutaatio». Alun perin sen havaittiin kytkeytyvän essentiaaliseen verenpainetautiin ranskalaisessa ja yhdysvaltalaisessa aineistossa (Jeunemaitre ym. 1992). Muutoksen kantajilla veren angiotensinogeenin pitoisuus on suurempi kuin muilla. Havainto on pystytty toistamaan monissa mutta ei kaikissa tutkimuksissa. Suomalaiset assosiaatio- ja kytkentätutkimukset eivät tue olettamusta, että angiotensinogeenin Met235Thr-muutoksella tai sen muilla geneettisillä polymorfismeilla olisi ratkaisevan tärkeää osuutta essentiaalisen verenpainetaudin patogeneesissä (Kiema ym. 1996, Kainulainen ym. 1999). Tyypin 1 ja 2 angiotensiinireseptorit välittävät angiotensiini I:n solunsisäiset vaikutukset. Niiden ominaisuuksien pohjalta (Lehtonen 1999) samoin kuin siirtogeenisilla eläimillä suoritettujen tutkimusten perusteella voitaisiin pohdiskella, että ensin mainitun aktivoivat tai viimeksi mainitun inaktivoivat mutaatiot voisivat aiheuttaa verenpaineen kohoamisen. Suomalaisessa tutkimuksessa, jonka kohteina olivat erimunaiset verenpainetautiin nuorena sairastuneet AGT Reniini Verenkiertoelimet A I A II Lisämunuaiset AT1R AT2R AT1R Vasokonstriktio Verenpaineen nousu ACE Vasodilataatio Hypertrofian esto Liddle Aldosteroni Mineralokortikoidireseptori Na + - reabsorptio α-addusiini GRA AME Kuva 2. Reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmän tärkeimmät säätelijät, joita koodittavat geenit ovat samalla essentiaalisen hypertension eniten tutkittuja ehdokasgeenejä. AGT = angiotensinogeeni, AI = angiotensiini I, AII = angiotensiini II, ACE = angiotensiinikonvertaasi, AT1R ja AT2R = tyypin 1 ja 2 angiotensiinireseptorit. Yhdessä geenissä periytyvien verenpainetautimuotojen (GRA, AME, Liddlen tauti) patofysiologisesti merkittävät kohteet on merkitty kuvaan. kaksosparit, todettiin ensin verenpainetaudin kytkeytyminen tyypin I angiotensiinireseptorigeenin variaatioon kaksospareilla ja toisessa vaiheessa saman variaation assosioituminen verenpainetautiin erillisessä tapaus-verrokkiaineistossa (Kainulainen ym. 1999). Kyseinen nukleotidimuutos (A1166C) on toistaiseksi paras ehdokas suomalaiseksi essentiaalisen verenpainetaudin geenimerkiksi, mutta senkin spesifisyys ja herkkyys geenitestinä olisi hyvin huono: alleelin taajuus suomalaisilla verenpainepotilailla on 30 % ja normotensiivisilla verrokeilla 15 % (Kainulainen ym. 1999). A1166C-muutos sijaitsee reseptorigeenin koodittamattomalla, lähetti-rna:n häntää vastaavalla alueella, eikä toistaiseksi tiedetä, aktivoiko muutos geenin toimintaa. Geenit ja verenpainetauti 1755
Alfa-addusiini on munuaissolujen tukirankaproteiini, joka osallistuu natriumin reabsorption säätelyyn munuaistiehyiden soluissa. Tunnetaan ns. Milanon rottakanta, jonka perinnöllisestä hypertensiosta alfa-addusiinin geenivaihtelu selittää ainakin puolet. Alfa-addusiinigeenin Gly460Trp-polymorfismin on havaittu assosioituvan ranskalaisilla ja italialaisilla essentiaaliseen hypertensioon: 460Trp-alleeli esiintyi useammin hypertensiopotilailla kuin terveillä verrokeilla, ja tämän geenimuutoksen on arveltu myös liittyvän lisääntyneeseen suolaherkkyyteen ja parempaan diureettihoitovasteeseen (Cusi ym. 1997). Kuitenkin ruotsalaisilla ja suomalaisilla verenpainepotilailla 460Trp-alleeli näyttää olevan pikemminkin harvinaisempi kuin verrokeilla (Melander ym. 2000), joten asia vaatii vielä lisätutkimuksia. G-proteiinit. Siffertin ym. (1998) mukaan hypertensiopotilaiden solujen natrium-protonivaihdossa esiintyy häiriö ja tätä ioninvaihtoa säätelevän G-proteiinin toiminta on kiihtynyt. Samat tutkijat havaitsivat, että mainitun G-proteiinin beeta-3-alayksikössä (GNB3) esiintyy 41 aminohapon mittainen insertio-deleetiopolymorfismi ja että deleetioalleeli on hypertensiopotilailla yleisempi kuin verrokeilla. Tutkittavaksi kuitenkin vielä jää, aiheuttaako GNB3:n deleetio havaitun ioninkuljetushäiriön ja liittyykö tämä hyvin yleinen variantti essentiaaliseen hypertensioon muissa väestöissä. Muitakin ehdokasgeenejä on tutkittu paljon. Niistä avaingeeneistä, jotka aiheuttavat yhdessä geenissä periytyviä ihmisen verenpaineoireyhtymiä, ei ole innokkaista yrityksistä huolimatta pystytty löytämään essentiaaliseen verenpainetautiin assosioituvia tai kytkeytyviä geenivariantteja. On tosin kiintoisaa, että laajassa australialaisessa perhetutkimuksessa havaittiin geneettinen kytkentä beeta/gamma-enac-geenilokuksen ja systolisen verenpaineen välillä (Wong ym. 1999). Tämä puhuu sen mahdollisuuden puolesta, että»lievä Liddle-geeni» voisi toimia väestötasolla verenpainegeeninä. Afrikkalaista alkuperää olevilla mustilla esiintyy valkoiselta rodulta puuttuva beeta-enac:n Thr594 Met-variantti, ja tässä väestössä variantti oli yleisempi hypertensiivisillä (6 8 %) kuin normotensiivisillä ihmisillä (2 %) (Baker ym. 1998, Persu ym. 1998). Tuskinpa tästä geenimuutoksesta on kuitenkaan»afrikan verenpainegeenin» selittäjäksi. Lisätutkimuksia vaatii myös hätkähdyttävä väite, jonka mukaan transformoivan kasvutekijä-beeta1:n geneettinen vaihtelu ja ilmentymisen muuntelu voisivat selittää osan mustan rodun verenpainevitsauksesta (Suthanthiran ym. 2000). Ehdokkaiden lista ei pääty tähän. Havainnot muiden geenien (esimerkiksi aldosteronisyntaasin, beeta 2 -adrenergisen reseptorin, lipoproteiinilipaasin ja typpioksidisyntaasin) yleisten polymorfismien liittymisestä hypertensioalttiuteen ovat toistaiseksi kuitenkin alustavia tai ristiriitaisia. Koko genomin haku: pääseekö kameli neulansilmän läpi heinäsuovassa? Koko perimän systemaattisessa haussa käytetään hyväksi geenimerkkejä, joiden kromosomaalinen sijainti on tarkoin tiedossa ja jotka kattavat perimän (yhteensä kolme miljardia emäsparia) 5 10 miljoonan emäsparin välein (keskimäärin 15 20 merkkiä/kromosomi). Kymmenien tai satojen sukuryvästen aineistoista etsitään sitten perinnölliseen tautiin kytkeytyviä geenimerkkejä. Menetelmän saavutukset ovat olleet loistavat paikannettaessa yhdessä geenissä periytyviä tauteja ja tautigeenien lopullisessa eristämisessä mutta monitekijäisissä taudeissa vielä melko vaatimattomat. Essentiaalisen hypertension osalta on toistaiseksi tiedossa kolme tällaista koko perimän kattavaa hakututkimusta: yksi yhdysvaltalaisessa (Krushkal ym. 1999), yksi kiinalaisessa (Xu ym. 1999) ja yksi suomalaisessa potilasaineistossa (Perola ym. 2000). Suomalaisissa sisaruspareissa AT1R-geenilokus säilyi todistusvoimaltaan merkittävimpänä löydöksenä koko genomin haravoinninkin jälkeen. Kaikki kolme tutkimusta tunnistivat useita verenpainetautiin mahdollisesti kytkeytyviä kromosomilokuksia, mutta yksikään ei tuottanut sellaista positiivista geenilokushavaintoa, joka olisi tullut toistetuksi vähintään kahdessa eri tutkimuksessa (taulukko 2). Missä vika? Ensiksi tutkitut väestöt ovat perimältään erilaisia, ja myös käytetyt tilastolli- 1756 K. Kontula ym.
Taulukko 2. Missä kromosomeissa verenpainegeenit ovat? Tulokset ihmisen koko perimän kattavista kartoituksista. Tutkimus Väestö»Paras» Muut kromosomi kromosomit Krushkal ym. 1999 Yhdysvaltalainen 6 2, 5, 15 Xu ym. 1999 Kiinalainen 16 3, 11, 16 Perola ym. 2000 Suomalainen 3 1, 2, 22, X set analyysimenetelmät ovat eronneet hieman toisistaan. Toiseksi osa löydöksistä edustanee vain sattuman kautta syntyneitä vääriä positiivisia havaintoja. Kolmanneksi on mahdollista, ettei yhtäkään näistä tutkimuksista ole vielä tehty niin suuressa potilasaineistossa ja niin tiheää geenimerkistöä käyttäen, että verenpainegeeni olisi ylipäänsä ollut mahdollista löytää. Kohti uutta teknologiaa:»snipit» ja sirut Tulevaisuus asettaa kovia haasteita verenpainegeenien etsinnälle. Yksi ilmeinen mahdollisuus on kehittää laboratoriotekniikkaa ja uusia biomatemaattisia analyysitapoja, jotka mallintavat paremmin hypertension geenitaustaa. Tietokannoista voidaan perimän kartoitushankkeen työn hedelminä löytää kymmeniätuhansia SNP-geenimerkkejä eli geenien sisäisiä yhden nukleotidin muutoksia, joita esiintyy perimässä kaikkiaan miljoonia. Keskimäärin yksi nukleotidi tuhannesta on erilainen yksilöiden välillä. Eri geenien sekvenssianalyysit osoittavat, että perimäämme on paikannettavissa noin kolme miljoonaa sellaista SNP-geenimerkkiä, joiden kohdalla harvinaisemman alleelin kantajuus väestössä on ainakin 5 %. Tällaiset geenimerkit ovat erinomainen työväline pyrittäessä perimän läpikäyntiin tiheällä kammalla verenpainealttiusgeenien löytymiseksi. Geenisirutekniikkaan asetetaan paljon toiveita. Koska yhteen siruun voidaan sijoittaa ainakin 2000 SNP-geenimerkkiä, ei ole ihme, että lukuisat tutkijaryhmät ovat suunnittelemassa juuri sirutekniikkaan perustuvia laajoja assosiaatioanalyysejä suurissa potilasaineistoissa. Koska SNP-muutosten huolellinen todentaminen mahdollistaa geenitiedon keräämisen sadoista, jopa tuhansista ehdokasgeeneistä samanaikaisesti, tarvitaan myös entistä voimakkaampia tilastollisia analyysejä, joiden avulla voidaan määrittää usean geenin yhtäaikainen vaikutus hypertension patogeneesiin. SNP-geenimerkkien analyysit voidaan kohdistaa myös rotta- tai hiirimalleissa tunnistettujen geenialueiden vastineisiin ihmisen perimässä. Eri lajien perimähankkeiden edistyminen tuottaa yhä tarkempaa tietoa eri lajeilla samankaltaisina säilyneistä alueista. Rotan ja hiiren perimään paikannetut alttiusgeenit johdattavat vastaaville ihmisen perimän alueille, joilta voidaan etsiä sekä SNP-merkkejä että mielekkäitä ehdokasgeenejä potilasaineistojen tutkimiseksi. Helppoa tutkimus ei silti tule olemaan, koska hypertensiolle altistavat geenimuutokset saattavat paikantua myös geenien koodittamattomille alueille. Näidenkin löytämiseksi lajien välinen vertailu saattaa olla avuksi.»feneetikkoa» aina tarvitaan Teknologian kehittymisen lisäksi tarvitaan geneettiseen ajatteluun kykeneviä taitavia kliinikkoja, feneetikkoja, jotka pystyvät havaitsemaan tai kokeellisesti provosoimaan uuden fenotyypin. Kliinikko törmännee vain harvoin yhtä otolliseen, verenpaineen ja lyhytsormisuuden yhdistelmään kuin aikanaan Schuster ym. (1996). Mutta vaihtoehtoja on. Olisi ehkä paikallaan tutkia entistä enemmän etenevästi lasten ja nuorten verenpainetta ja nimenomaan kohonneen verenpaineen kertymistä perheisiin varhaisella iällä. Saattaahan olla, että geenien osuus näkyisi tässä ikäryhmässä neitseellisimmillään ja että länsimainen ulkoiset tekijät yhtenäistävä elämäntapa hautaa geenien variaatiot tutkijalle toivottomaksi harmaaksi massaksi myöhemmäl- Geenit ja verenpainetauti 1757
lä iällä. Toinen mahdollisuus on lähteä liikkeelle asetelmasta, jossa potilaat luokiteltaisiin fenotyyppeihin erilaisten antihypertensiivisten lääkkeiden antamien hoitovasteiden mukaan. Esimerkiksi suolalle herkkä, diureettihoitoon myönteisesti vastaava potilas saattaa erota geenitaustaltaan ratkaisevasti potilaasta, jonka verenpaine laskee hyvin kalsiumkanavan salpaajalla. Tällainen toiminnallinen luokittelu saattaa antaa vihjeitä itse häiriön patogeneesista, mutta erityisen suuri merkitys sillä olisi lääkehoidon täsmentämisessä. Kokeelliset tulokset puhuvat sen puolesta, että varhain aloitettu täsmähoito kannattaa: kun Harrap ym. (1990) hoitivat hypertensiolle altista sisäsiittoista SHR-rottakantaa kuukauden ajan ACE:n estäjällä, hoidetuille rotille ei kehittynyt seurannan aikana samanlaista hypertensiota kuin hoitamattomille. On kiehtovaa mutta vielä ennenaikaista pohdiskella sitä mahdollisuutta, että tulevaisuudessa verenpaineen lääkehoito on geeniperimän perusteella räätälöityä, määräaikaista ja ehkäisevää. Kirjallisuutta Ayman D. Heredity in arterioral (essential) hypertension: a clinical study of blood pressure of 1524 members of 277 families. Arch Intern Med 1934;53:792 803. Baker EH, Dong YB, Sagnella GA, ym. Association of hypertension with T594M mutation in β subunit of epithelial sodium channels in black people resident in London. Lancet 1998;351:1388 92. Burt VL, Whelton P, Roccella EJ, ym. Prevalence of hypertension in the US adult population. Results from the Third National Health and Nutrition Examination Survey, 1988 1991. Hypertension 1995; 25:305 13. Carretero OA, Oparil S. Essential hypertension. Part II: Treatment. Circulation 2000;101:446 53. Cooper R, Rotimi C, Ataman S, ym. The prevalence of hypertension in seven populations of west African origin. Am J Public Health 1997;87:160 8. Cusi D, Barlassina C, Azzani T, ym. Polymorphisms of α-adducin and salt sensitivity in patients with essential hypertension. Lancet 1997; 349:1353 7. Hamet P, Pausova Z, Adarichev V, Adaricheva K, Tremblay J. Hypertension: genes and environment. J Hypertens 1998;16:397 418. Harrap SB. An appraisal of the genetic approaches to high blood pressure. J Hypertens 1996;14 Suppl 5:S111 5. Harrap SB, Van der Merwe WM, Griffin SA, Macpherson F, Lever AF. Brief angiotensin converting enzyme inhibitor treatment in young spontaneously hypertensive rats reduces blood pressure longterm. Hypertension 1990;16:603 14. Jeunemaitre X, Soubrier F, Kotelevtsev YV, ym. Molecular basis of human hypertension: role of angiotensinogen. Cell 1992;71:169 80. Kainulainen K, Perola M, Terwilliger J, ym. Evidence for involvement of the angiotensin II receptor type 1 locus in essential hypertension. Hypertension 1999;33:844 9. Kiema T-R, Kauma H, Rantala AO, ym. Variation at the angiotensinconverting enzyme gene and angiotensinogen gene loci in relation to blood pressure. Hypertension 1996;28:1070 75. Krushkal J, Ferrell R, Mockrin SC, Turner ST, Sing CF, Boerwinkle E. Genome-wide linkage analyses of systolic blood pressure using highly discordant siblings. Circulation 1999;99:1407 10. Lander ES, Schork NJ. Genetic dissection of complex traits. Science 1994;265:2037 48. Lehtonen J. Angiotensiini II:n reseptorit sydän- ja verisuonitautien patogeneesissä. Duodecim 1999;115:1395 400. Lifton RP. Molecular genetics of human blood pressure variation. Science 1996;272:676 80. Luft FC. Molecular genetics of human hypertension. J Hypertens 1998; 16:1871 8. Mansfield TA, Simon DB, Farfel Z, ym. Multilocus linkage of familial hyperkalaemia and hypertension, pseudohypoaldosteronism type II, to chromosomes 1q31-42 and 17p11-q21. Nat Genet 1997; 16:202 5. KIMMO KONTULA, professori kimmo.kontula@hus.fi TIMO HILTUNEN, LT, tutkija KATARIINA KAINULAINEN, dosentti, sairaalalääkäri HYKS:n sisätautien klinikka, Meilahden sairaala 00290 Helsinki Melander O. Genetic factors in primary hypertension. (Väitöskirja). Lundin yliopisto, 2000. Melander O, Bengtsson K, Orho-Melander M, ym. Role of the Gly460Trp polymorphism of the α-adducin gene in primary hypertension in Scandinavians. J Hum Hypertens 2000;14:43 6. O Byrne S, Caulfield M. Genetics of hypertension. Therapeutic implications. Drugs 1998;56:203 14. Perola M, Kainulainen K, Pajukanta P, ym. Genome-wide scan of predisposing loci of elevated diastolic blood pressure in finnish siblings. J Hypertens 2000 (painossa). Persu A, Barbry P, Bassilana F, ym. Genetic analysis of the β subunit of the epithelial Na+ channel in essential hypertension. Hypertension 1998;32:129 37. Pickering T. Blood pressure measurement and detection of hypertension. BMJ 1994;344:31 5. Rajaniemi S. Kelan vuonna 1998 maksamat lääkekorvaukset. Suom Lääkäril 1999;54:2807 9. Risch N, Merikangas K. The future of genetic studies of complex human diseases. Science 1996;273:1516 7. Schuster H, Wienker TE, Bahring S, ym. Severe autosomal dominant hypertension and brachydactyly in a unique Turkish kindred maps to human chromosome 12. Nat Genet 1996;13:98 100. Siffert W, Rosskopf D, Siffert G, ym. Association of a human G-protein β3 subunit variant with hypertension. Nat Genet 1998;18:45 8. Suthanthiran M, Li B, Song J, ym. Transforming growth factor-β1 hyperexpression in African-American hypertensives: a novel mediator of hypertension and/or target organ damage. Proc Natl Acad Sci USA 2000;97:3479 84. Terwilliger JD, Weiss KM. Linkage disequilibrium mapping of complex disease: fantasy or reality? Curr Opin Biotechnol 1998;9:578 94. Thompson MW, Merrill DC, Yang G, Robillard JE, Sigmund CD. Transgenic animals in the study of blood pressure regulation and hypertension. Am J Physiol 1995;269:E793 803. Williams RR, Hunt SC, Hasstedt SJ, ym. Definition of genetic factors in hypertension: a search for major genes, polygenes, and homogenous subtypes. J Cardiovasc Pharmacol 1988;12 Suppl 3:S7 20. Williams RR, Hunt SC, Hasstedt SJ, ym. Are there interactions and relations between genetic and environmental factors predisposing to high blood pressure? Hypertension 1991;18 Suppl 3:129 37. Wilson RC, Dave-Sharma S, Wei JQ, ym. A genetic defect resulting in mild low-renin hypertension. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95:10200 5. Wong ZYH, Stebbing M, Ellis JA, Lamantia A, Harrap SB. Genetic linkage of β and γ subunits of epithelial sodium channel to systolic blood pressure. Lancet 1999;353:1222 5. Xu X, Rogus JJ, Terwedow HA, ym. An extreme-sib-pair genome scan for genes regulating blood pressure. Am J Hum Genet 1999; 64:1694 701. MARKUS PEROLA, LT, tutkija LEENA PALOTIE, professori Department of Human Genetics UCLA School of Medicine Los Angeles, Kalifornia USA 1758