Katsaus Suvi P. Kallio, JannA Saarela ja Leena Peltonen-Palotie Multippeliskleroosi geenitutkimus apuna taudin biologisen palapelin kokoamisessa Multippeliskleroosin tiedetään olevan synnyltään monitekijäinen, eli perityn alttiuden ohella myös tuntemattomat ympäristötekijät vaikuttavat taudin puhkeamiseen. Geneettisen tutkimuksen tavoitteena on paikantaa altistavat geenit, joiden tunteminen vasta selvittää taudissa muuntuneet aineenvaihduntareitit ja taudin patofysiologian. Ainutlaatuisen suomalaisen aineiston hyödyntäminen on johtanut proteiinikinaasia koodittavan PRKCAgeenin tunnistamiseen MS-taudin alttiusgeeninä. Löydös on merkittävä, sillä PRKCA on ensimmäinen useissa eri väestöissä tunnistettu MS-taudin geneettinen riskitekijä HLAalueen ulkopuolella. Hiljattain valmistuneissa tutkimuksissa myös interleukiini 7 -reseptoria koodittavan IL7R-geenin on havaittu useissa väestöissä liittyvän sairastumiseen. IL7R on myös MS-taudin ensimmäisen perimän kattavan assosiaatioanalyysin päälöydöksiä. Duodecim 2007;123:2217 25 V aikka yhteys keskushermoston valkean aineen muutosten ja neurologisten oireiden välillä havaittiin jo yli vuosisata sitten (Charcot 1868), multippeliskleroosin etiologia on edelleen lähes tuntematon. Epidemiologiset selvitykset ovat kiistatta osoittaneet MS-taudin olevan perinnöllinen. Kaksostutkimusten mukaan identtisten kaksosten yhteissairastuvuus (konkordanssi) on noin 20 40 %, epäidenttisten vain noin 5 % (Ebers ym. 1986, Dyment ym. 2004, Willer ym. 2003). Identtisten ja epäidenttisten kaksosten konkordanssisuhde viittaa siihen, ettei yksi geeni selitä sairauden puhkeamista, vaan MS-taudin takana on useita toisistaan riippumattomasti periytyviä alttiusgeenejä ja perityn alttiuden lisäksi myös edelleen tuntemattomat ympäristötekijät vaikuttavat taudin puhkeamiseen. MS-tauti onkin niin sanottu monitekijäinen sairaus, jolle ei ole määritettävissä selkeää periytymismallia. Kaikki geneettisen riskin kantajat eivät siis sairastu, vaan geneettisesti altistuneillakin taudin vaatii puhkeaminen edellyttää myös ulkoista indusoivaa tekijää. Tällaisiksi indusoiviksi tekijöiksi on arveltu muun muassa erilaisia virusinfektioita, jotka immuunijärjestelmää muokkaamalla johtaisivat taudin syntyyn (Elovaara ja Soilu-Hänninen 2006). MS-taudin esiintyvyys vaihtelee alueittain. Tautia esiintyy eniten pohjoiseurooppalaisiin väestöihin kuuluvilla kansoilla. Niillä taudin esiintyvyys on noin 1 / 1 000 ja noin 15 % tapauksista on familiaalisia eli sairaus kulkee suvussa (Compston ja Coles 2002). MS-taudin on edelleen havaittu rikastuneen selvästi muutamassa väestöisolaatissa. Esimerkkinä tällaisesta väestöisolaatista on Etelä-Pohjanmaan alue, jossa taudin esiintyvyys on maan muihin osiin nähden kaksinkertainen, 2 / 1 000 (Sumelahti ym. 2000, 2001) ja jossa tautia esiintyy myös tavallista useammin suvuittain (Wikström ja Palo 1975) (kuva 1). Nämä tekijät viittaavat siihen, että MS-taudille altistavat perintötekijät ovat kyseisellä alueella rikastuneet poikkeuksellisella tavalla alueen asutushistorian vuoksi. Niinpä alue tarjoaa ainutlaatuisen tutkimusaineiston MS-taudille altistavien geenien tunnistamiseksi. 2217
Esiintyvyys 1/ 1 000 Esiintyvyys 2/ 1 000 Kuva 1. MS-taudin esiintyvyys Suomessa vastaa esiintyvyyttä muualla Pohjois-Euroopassa. Taudin ja sille altistavien geenien poikkeuksellinen rikastuminen on kuitenkin havaittavissa Etelä-Pohjanmaalla, jossa taudin esiintyvyys on noin 2 / 1 000. Sukututkimus on osoittanut, että kuvan suuren MS-suvun sairailla on yhteinen, 1500-luvun lopulla elänyt esi-isä. MS-geenien paikantaminen: kytkentä ja assosiaatio Alttiusgeenien tunnistaminen on erityisen tärkeää MS:n kaltaisessa sairaudessa, jossa prosessin alku ja etenemisen yksityiskohdat tunnetaan varsin vajavaisesti. Alttiusgeenien tuntemisen avulla voidaan päästä keskushermoston tai immuunijärjestelmän häiriintyneiden aineenvaihduntareittien jäljille. Tämä tieto luo edellytykset myös taudin»biologiaan perustuville» uusille hoidoille ja paremmalle diagnostiikalle. On mahdollista, että MS-tauti voidaan tulevaisuudessa jakaa geenitiedon perusteella useisiin diagnostisiin alaryhmiin, joille kullekin on spesifinen tai ainakin parhaiten tehoava hoito. Monitekijäisen taudin geenien paikantaminen noin kolmen miljardin emäsparin kokoisesta perimästä on kuitenkin haastavaa. Paikantaminen perustuu yleensä kahteen strategiaan: kytkentään ja assosiaatioon. Suomalaisaineistojen voima on se, että nämä kaksi strategiaa voidaan yhdistää, jolloin alttiusgeenien tunnistamiseen saadaan lisää laskennallista voimaa. Kytkentäanalyysillä pyritään tunnistamaan perimänlaajuisin geenimerkein perhe- tai sisaruspariaineistoja hyödyntäen perimästä sellaiset alueet eli lokukset, jotka periytyvät perheissä sairauden mukana ja joissa taudille altistavien geenien voidaan näin olettaa sijaitsevan. Assosiaatioanalyysissä taas hyödynnetään tapaus-verrokkiaineistoja ja verrataan geenien eri alleelimuotojen esiintymistä sairailla ja terveillä. Myös tällöin on avuksi, jos voidaan olettaa tai sukututkimuksen perusteella jopa tietää, että sairailla yksilöillä on yhteinen esi-isä. Esi-isän tautialleelit näkyvät tällöin rikastuneena suvun sairailla, ja tämä helpottaa alttiusgeenin tunnistamista merkittävästi, vaikka suvun kaikista jäsenistä ei olisikaan saatavilla näytteitä. Monitekijäisen taudin geenien paikantamista vaikeuttaa geenitaustan monimuotoisuus: taudille altistavan geneettisen riskiprofiilin tuottamiseen tarvitaan useampi kuin yksi geeni. Periaatteessa kullakin MS-potilaalla voi olla erilainen yhdistelmä taudille altistavia alleeleja ja ympäristötekijöitä, ja myös terveet yksilöt voivat kantaa alttiusgeenejä. Tarkasteltaessa yksittäistä 2218 S. P. Kallio ym.
taudille altistavaa geeniä voi tutkimusaineistossa siis olla MS-potilaita vailla kyseistä riskitekijää ja toisaalta myös kyseisen riskitekijän omaavia terveitä yksilöitä. Tällöin assosiaatio»laimenee», ja geenin tunnistaminen sairauteen liittyväksi on vaativaa. Juuri tämän haasteen vuoksi alleelimuotojen kirjoltaan rajallinen suomalaisväestö antaa selkeän tutkimuksellisen kilpailuedun muihin väestöihin verrattuna MS-taudinkin geenijahdissa. Perimän kattavat kytkentäanalyysit MS-taudille altistavien geenien tunnistamisen haasteellisuutta kuvaa se, että alttiusalueiden paikantamiseksi on tehty 11 perimän kattavaa kytkentäanalyysiä yhdeksässä eri väestössä. Eri tutkimusten tulokset eroavat osin toisistaan, ja MS-geenipaikkoja on alustavasti tunnistettu lukuisissa kromosomeissa. Kun yksittäiset kytkentäanalyysit yhdistettiin yhteensä noin 700 perheen meta-analyysissä, vahvimman viitteen MS-alttiusgeenin paikasta antoi odotetusti HLA-alue kromosomissa 6p21. Sen jälkeen vahvimmiksi ehdokkaiksi osoittautuivat alueet kromosomeissa 22q13 ja 17q21 (GAMES ym. 2003). Meta-analyysin valmistuttua odotettua laihemmin tuloksin IMSGC-yhteistyöhanke julkaisi MS-tutkimuksen tähän asti laajin kytkentäanalyysin, jossa tarkasteltiin noin 4 500:aa SNPgeenimerkkiä (single nucleotide polymorphism, snippiä) yli 700:n useasta eri maasta kerätyn MS-perheen aineistossa (International Multiple Sclerosis Genetics Consortium 2005). Myös tämän tutkimuksen mukaan HLA-alue kytkeytyi tautiin vahvimmin, ja muiksi mahdollisiksi MSlokuksiksi osoittautuivat alueet kromosomeissa 17q23 ja 5q33. Mainittujen tutkimusten tuloksista voidaan päätellä kytkentäanalyysien voiman olevan rajallinen. Menetelmällä kyetään havaitsemaan perimästä ainoastaan alueet, joiden vaikutus tautialttiuteen on suuri. Lisäksi eri väestöissä havaitaan vain osin samoja geenipaikkoja. Kytkentäanalyysin käyttöä rajoittaa myös vaatimus perhe- tai sisaruspariaineistosta. Suurin osa MSpotilaistahan ei tiedä tautia esiintyneen aiemmin perheessään. Perimän kattavat assosiaatioanalyysit Monitekijäisten tautien tutkimuksessa päädytään yhä useammin koko perimän kattaviin assosiaatioanalyyseihin. Myös ensimmäisestä MStaudin perimän kattavasta assosiaatioanalyysistä on jo saatu muutamia löydöksiä (ks. myöhemmin), ja lisää lupaavia tuloksia on odotettavissa lähiaikoina. Näissä analyyseissä perimä katetaan 300 000 1 000 000 SNP-geenimerkillä, joista jokaisen yhteyttä sairauteen testataan. Tämä menetelmä on geenimerkkien tiheyden vuoksi aiempia, muutamalla sadalla geenimerkillä suoritettuja kytkentäanalyysejä tehokkaampi myös pienemmän vaikutuksen omaavien alttiusalueiden paikantamisessa. Menetelmän erottelukyky on hyvä, ja yksilölliset geeniprofiilit piirtyvät esiin hyvin tarkasti. Herkkyydellä on kuitenkin kääntöpuolensa: geenimerkkien valtaisa lukumäärä johtaa väistämättä myös vääriin positiivisiin tuloksiin, testataanhan analyyseissä assosiaatiota satojatuhansia kertoja. Nämä tutkimukset ovat kuitenkin ensimmäinen yritys hahmottaa perimän laajuisia MS-taudin alttiusprofiileja. Ehdokasgeenianalyysit Perimän kattavien analyysien rinnalla on vuosikymmenien ajan tutkittu myös useita MS-taudin ehdokasgeenejä eli geenejä, joiden tunnettu biologinen tehtävä sopisi oletettuun tautiprosessiin. MS-tautia pidetään luonteeltaan autoimmuunityyppisenä. Tätä ajatusta tukee myös vahvin tunnettu MS-taudin perinnölliseen alttiuteen liittyvä tekijä, HLA-alue kromosomissa 6. Eri autoimmuunitautien on havaittu kasautuvan tietyille yksilöille (Somers ym. 2006). Ilmiö johtuu mahdollisesti autoimmuniteetin yhteisistä geneettisistä riskitekijöistä. Useille autoimmuunitaudeille altistavat geenit, kuten CTLA4 ja PTPN22, eivät kuitenkaan vaikuta altistavan MS-taudille (Dyment ym. 2002, Begovich ym. 2005). Myös lukuisten muiden immuunivasteeseen vaikuttavien geenien osuutta MS-taudin perinnöllisessä taustassa on testattu useissa eri tutkimusryhmissä (kuva 2). Löydöksistä vakuuttavin on interleukiini 7 -reseptoria koodaavan IL7R- Multippeliskleroosi geenitutkimus apuna taudin biologisen palapelin kokoamisessa 2219
Kuva 2. MS-taudin»biologinen palapeli»: MS-tautialttiuteen yhdistettyjä geenejä ja niiden mahdollinen rooli taudin patogeneesissä. geenin havaitseminen MS-alttiuteen liittyväksi (ks. myöhemmin). Esimerkkeinä muista lupaavista löydöksistä mainittakoon suomalaisaineistossa MS-tautialttiuteen liittyväksi osoitettu MBP-geeni (Tienari ym. 1992 ja 1998) ja pohjoismaisia MS-potilaita tutkimalla tautialttiuteen liitetty MHC2TA-geeni (Swanberg ym. 2005). Kyseisten geenien koodittamat valkuaisaineet toimivat keskushermoston rakenneproteiinina (MBP) ja immuunijärjestelmän muokkaajana (MHC2TA ja MBP:n golli-muoto) ja ovat täten myös toimintansa perusteella hyviä ehdokkaita MS-taudin alttiusgeeneiksi. Eri väestöissä tehtyjen tutkimusten tulokset ovat kuitenkin yleensä olleet varsin ristiriitaisia: yhdessä tehtyä havaintoa ei tyypillisesti ole voitu toistaa toisessa väestössä. Ongelmana useissa raportoiduissa ehdokasgeenianalyyseissä ovat olleet tutkimusten riittämättömät aineistokoot, jolloin on kyseenalaista, voiko raportoituihin löydöksiin luottaa, ja toisaalta negatiiviset löydökset eivät sulje pois tutkittujen geenien mahdollista osuutta MS-taudin synnyssä. Lisäksi klassisten, yhden geenin muutoksesta johtuvien perinnöllisten tautien geenien tunnistus kytkentä- ja assosiaatioanalyysein on opettanut tutkijoille, että»ilman hypoteesia», perimänlaajuisella haulla löydetyt alttiusgeenit ovat usein toiminnaltaan yllättäviä eikä niitä olisi osattu arvata syyllisiksi taudin luonteen perusteella. Juuri tästä syystä tutkijat mielellään hyödyntävät»hypoteesitonta», geenimerkkeihin perustuvaa geenijahtia monitekijäisten tautien taustan selvittämisessä. Kokeellinen autoimmuunienkefalomyeliitti Tautien taustalla olevia geenejä voidaan selvittää myös eläinmalleilla, jolloin etuna ovat nopeasti tuotettavissa olevat isot tutkimusaineistot 2220 S. P. Kallio ym.
Kuva 3. Suomalaisia MS-sukuja tutkimalla on paikannettu neljä tautiin kytkeytyvää perimän aluetta kromosomeissa 5p, 6p, 17q ja 18q. Alueet on osoitettu tautiin kytkeytyviksi myös useissa muissa väestöissä, ja lisäksi osa alueista vastaa myös jyrsijöiden EAE-alttiusalueita (EAE = kokeellinen autoimmuunienkefalomyeliitti). sekä vakioitavissa olevat ympäristötekijät. Tämä mahdollistaa myös vähäisemmän vaikutuksen omaavien alttiusalueiden havaitsemisen kytkentäanalyysein»eläinsukupuissa». MS-taudin mallisairaus kokeellinen autoimmuunienkefalomyeliitti (Eae), on eläimelle myeliinipeptideillä immunisoimalla aiheutettu MS-taudin kaltainen keskushermoston tulehdus. Tulehdusvaste vaihtelee eläimen geneettisen taustan mukaan, ja erilaisen Eae-alttiuden omaavia hiiri- ja rottakantoja tutkimalla onkin mahdollista paikantaa alttiuteen liittyviä perimän alueita sekä mallintaa MS-taudin biologisia prosesseja ja niihin perustuvia mahdollisia hoitomenetelmiä. Myös Eae-jyrsijöiden perimänlaajuisissa analyyseissä on HLA-alue osoittautunut tärkeimmäksi (Olsson 2006). Muita tautialttiuteen mahdollisesti kytkeytyviä perimän alueita on havaittu jopa 50, joista rohkaisevasti osa on päällekkäisiä ihmisen perimään paikannettujen MSalueiden kanssa (Olsson 2006). Suomalaisissa MS-aineistoissa paikannetuista perimän alueista kromosomien 6p, 17q ja 5p alueet vastaavat jyrsijöiden Eae-alueita (kuva 3). On kuitenkin epäselvää, miten hyvin Eae mallintaa MS-tautia ja Eae-jyrsijöitä tutkimalla tehtyjen havaintojen merkitys MS-taudin etiologiassa onkin toistettava potilasaineistoja tutkimalla lopullisten päätelmien tekemiseksi. HLA-alue, parhaiten tunnettu MS-taudin geneettinen riskitekijä Vahvasti kytkeytyvän HLA-alueen haplotyyppi DRB1*1501-DQB1*0602 kromosomissa 6p on ainoa lähes kaikissa aineistoissa varmistettu MS-taudin riskitekijä (Jersild ym. 1972, Dyment ym. 2004). Kolme vuosikymmentä assosiaation havaitsemisen jälkeen on kuitenkin edelleen kiistanalaista, aiheuttavatko tautialttiuden ainoas- Multippeliskleroosi geenitutkimus apuna taudin biologisen palapelin kokoamisessa 2221
taan HLA-luokan II geenien variantit vai onko myös muilla, edellisten kanssa kytkentäepätasapainossa olevilla varianteilla vaikutusta. Suomalaisessa ja kanadalaisessa aineistossa tehtiin vastikään tiheä HLA-lokuksen kartoitus SNPgeenimerkein ja osoitettiin, että juuri luokan II geenit aiheuttavat pääosin HLA-alueeseen liittyvän lisääntyneen riskin sairastua MS-tautiin. Aiemminkin tunnistettu DRB1*1501-variantti riitti selittämään koko havaitun assosiaation (Lincoln ym. 2005). Kyseinen HLA-variantti on kuitenkin yleinen myös terveillä, eikä variantin määritys siten ole sovellettavissa MS-taudin diagnostiikkaan. Koko HLA-alueen on arvioitu selittävän 14 50 % taudin koko geneettisestä riskistä (Hafler ym. 2005). On siis huomattava, että HLA-alueenkin geenillä on vain kohtalainen vaikutus yksilön sairastumisriskiin ja MS-taudille altistavia geenejä on HLA-riskitekijän lisäksi todennäköisesti lukuisia. HLA-alueen alttiusgeenin kantaminen perimässä tuottaa arviolta 2 4-kertaisesti lisääntyneen riskin sairastua MS-tautiin (Dyment ym. 2004). Lymfosyyttien erilaistumista ja aktivaatiota säätelevää interleukiini 7 reseptoria koodittava IL7R-geeni sijaitsee kromosomin 5p MS-tautiin kytkeytyvällä alueella. Suomalaisperheitä tutkimalla erään geenissä sijaitsevan SNP-markkerin on havaittu assosioituvan MS-tautiin (Riise-Stensland ym. 2005). Samanaikaisesti ruotsalaistutkijat julkaisivat»hypoteesiperusteisen» tutkimuksen, jossa tarkasteltiin kytkeytyville alueille paikantuvia immunologisen luonteen omaavia geenejä (Zhang ym. 2005). Tutkituista 66 geenistä LAG3- ja IL7R-geenien havaittiin assosioituvan MS-tautiin. IL7R-löydös on edelleen toistettu yhdysvaltalaisessa, eurooppalaisessa sekä yhdistetyssä pohjoismaisessa tutkimusaineistossa (Lundmark ym. 2007, Gregory ym. 2007). IL7R on HLA-alueen ja IL2Rgeenin ohella myös IMSGC-yhteistyöhankkeen julkaiseman perimän kattavan assosiaatioanalyysin päälöydöksiä (IMSGC 2007). Taudille altistavan variantin arvellaan olevan IL7R-geenin eksonin 6 variantti rs6897932, joka vaikuttaa geenin silmukoitumiseen ja edelleen IL7-reseptorin liukoisen ja kalvoihin sitoutuvan muodon määrään. MS-tautiin assosioituva alleeli lisää proteiinin liukoista muotoa ja voisi näin vaikuttaa lymfosyyttien säätelyyn ja edelleen MS-alttiuteen. Kyseinen alleeli on kuitenkin erittäin yleinen myös terveillä, ja sen vaikutus sairastumisalttiuteen on arvioitu vähäiseksi (Gregory ym. 2007, IMSGC 2007). Edellä mainitun riskialleelin on havaittu olevan yliedustettuna myös suomalaisilla MS-potilailla verrattuna terveisiin verrokeihin. Perheaineistossa assosiaatiota kyseiseen varianttiin ei kuitenkaan voitu todeta (Kallio ym. julkaisematon havainto 2007). Nämä seikat huomioiden IL7R tuskin yksin riittää selittämään koko kromosomissa 5p havaittua vahvaa kytkentää. IL7R ehdokasgeeni kytkeytyvällä alueella y d i n a s i a t MS-taudin takana on useita alttiusgeenejä, jotka yhdessä toistaiseksi tuntemattomien ympäristötekijöiden kanssa vaikuttavat taudin puhkeamiseen. MS-tauti ja sille altistavat perintötekijät ovat rikastuneet muutamassa väestöisolaatissa, mm. Etelä-Pohjanmaalla. Alttiusgeenien paikantaminen ja tunnistaminen perustuu yleensä kahteen strategiaan: kytkentään ja assosiaatioon. HLA-alueen haplotyyppi DRB1*1501-DQB1*0602 kromosomissa 6p on ainoa lähes kaikissa väestöissä varmistettu MS-taudin riskitekijä. Suomalaistutkimus on osoittanut kromosomin 17 kytkeytyvällä alueella sijaitsevan PRKCA-geenin MS-taudin riskigeeniksi. IL7R-geeni on tunnistettu MS-alttiuteen liittyväksi useissa eri väestöissä. 2222 S. P. Kallio ym.
Kuva 4. Suomalaisen tutkimusaineiston hyödyntäminen on johtanut kromosomiin 17q kytkeytyvällä alueella sijaitsevan PRKCAgeenin tunnistamiseen MS-tautialttiuteen liittyväksi. Kytkeytyvältä alueelta analysoitiin sen kavennuksen jälkeen 211 SNP-geenimerkkiä (single nucleotide polymorphism, kolmiot). PRKCA-geeniin osuva variantti antoi vahvimman viitteen assosiaatiosta. Lisäksi PRKCA:n tiettyjen alleelisten»riskihaplotyyppien» havaittiin olevan yliedustettuna MS-potilailla verrattuna heidän terveisiin perheenjäseniinsä. Suomi monitekijäisten tautien tutkimuksessa Monitekijäisen taudin alttiusgeenien löytämistä helpottavat suuresti tutkimusaineistot, joissa on rajallinen määrä väestöhistorian ja alueen isolaation vuoksi rikastuneita alttiusgeenien alleeleja ja joissa sairaat yksilöt jakavat samat riskitekijät, mm. samankaltaisen elinympäristön ja elämäntavat. Suomessa esiintyvien perinnöllisten tautien tutkimuksen vahvuutena ovatkin olleet maamme erikoisen asutushistorian myötä syntyneet väestöisolaatit (Peltonen ym. 2000). Kuhunkin isolaattiin on sattumanvaraisesti valikoitunut sille ominainen, perustajaväestön kantama perimä, ja sattumalta valikoituneet geenit ovat rikastuneet isolaatin sisällä. Muuttoliikkeen vähäisyyden vuoksi geenien sekoittuminen eri isolaattien välillä on ollut vähäistä. Tämä isolaattirakenne on edelleen nähtävissä: tiettyjen perinnöllisten tautien esiintyvyys vaihtelee huomattavasti maamme eri osissa. Tällaiset väestöisolaatit toimivat ainutlaatuisena aineistona myös perinnölliseltä taustaltaan monisyisempien tautien geneettisessä tutkimuksessa. Vaikka alttiusgeenejä on useita, kutakin koskevat samanlaiset lainalaisuudet, jotka liittyvät pienen perustajaväestön ja vuosisataisen isolaatin etuihin. Sekä itse MS-taudin että sille altistavien geenien rikastuminen on havaittavissa Etelä-Pohjanmaalla Seinäjoen sairaanhoitopiirin alueella, joka on noin 2000 vuotta vanha isolaatti. Alueella esiintyy MS-tautia tavallista enemmän ja myös tavallista useammin suvuittain (Sumelahti ym. 2000 ja 2001, Wikström ja Palo 1975) (kuva 1). Taudin geneettiset riskitekijät periytyvät todennäköisesti yhteiseltä esi-isältä, jolloin sairaat yksilöt jakavat samat tautialleelit. Tämä helpottaa kytkennän ja assosiaation havaitsemista. Perimän kattavaa kytkentäanalyysiä varten suomalaiset kliinikot ovat keränneet tältä suuren riskin alueelta suuria sukuja, joissa MS-tautia esiintyy useassa sukupolvessa. Näitä sukuja tut- Multippeliskleroosi geenitutkimus apuna taudin biologisen palapelin kokoamisessa 2223
kimalla on havaittu neljä MS-tautiin kytkeytyvää aluetta: HLA-lokus kromosomissa 6p, MBP-lokus (myelin basic protein) kromosomissa 18q ja kaksi laajahkoa aluetta kromosomeissa 5p12-p14 ja 17q22-q24 (Kuokkanen ym. 1997) (kuva 3). Kytkennästä geeniin PRKCA Tutkimusryhmämme on pyrkinyt paikantamaan MS-taudille altistavan geenin kromosomin 17q kytkentäalueelta. Kuten edellä on kuvattu, kyseinen perimän alue on osoitettu tautiin kytkeytyväksi myös useissa muissa väestöissä ja se edustaa laajimmassa tehdyssä MS-taudin kytkentäanalyysissä toiseksi tärkeintä lokusta heti HLAalueen jälkeen (International Multiple Sclerosis Genetics Consortium 2005). Tämän perimän alueen biologista merkitystä tukee myös sen homologia jyrsijöiden EAE-alueiden kanssa (Butterfied ym. 1998, Jagodic ym. 2001). Suomalaisen väestöisolaatin tarjoaman erityisedun ansiosta voitiin kytkeytyvä alue rajoittaa noin kolmen miljoonan emäksen kriittiseksi alueeksi (Saarela ym. 2002) (kuva 4). Tätä aluetta analysoitiin edelleen testaamalla 211 yhden nukleotidin varianttia (SNP) runsaan 200 suomalaisen ja yli 500 kanadalaisen MS-perheen aineistossa (Saarela ym. 2006) (kuva 4). Alueella sijaitsevan PRKCA-geenin introniin 3 osuva variantti antoi vahvimman viitteen yhteydestä (p = 0,0001), ja PRKCA:n tiettyjen alleelisten riskihaplotyyppien havaittiin olevan yleisempiä MS-potilailla verrattuna heidän terveisiin perheenjäseniinsä (kuva 4). Rohkaisevaa on, että PRKCA-geenin ilmentymisen lymfosyyteissä havaittiin korreloivan sen mukaan, kantoiko yksilö yhtä vai kahta riskihaplotyyppiä. Havainto voitiin toistaa myös muissa skandinaavisissa perheissä (Kallio, julkaisematon havainto 2006) ja kanadalaisperheissä (Saarela ym. 2006). Tutkimustulostemme mukaan PRKCA-geenin spesifiset alleelit siis liittyvät MS-tautialttiuteen suomalaisissa, muissa skandinaavisissa ja kanadalaisissa MS-perheissä. Varsinaiset»MS-mutaatiot» ja niiden seuraamukset geenin toiminnalle ovat edelleen tunnistamatta. Tiedetään tosin, että mutaatiot eivät sijaitse geenin koodittavalla alueella eivätkä siis riko PRKCA-proteiinia, ja mitä todennäköisimmin ne edustavatkin muutoksia geenin ilmentymistä säätelevillä DNAalueilla. Tähän viittaavat myös alustavat löydökset ilmentymistason muutoksista riskihaplotyyppien kantajien lymfosyyteissä. PRKCA-geeni koodittaa proteiinikinaasi C- proteiinia, joka toimii tärkeänä tiedon välittäjänä useissa elimistön signalointireiteissä. Sillä on raportoitu olevan keskeinen rooli muun muassa elimistön immuunijärjestelmän aktiivisuuden (Baier 2003) ja veri-aivoesteen läpäisevyyden (Stamatovic ym. 2006) säätelyssä. Häiriö veriaivoesteen toiminnassa mahdollistaisi tulehdussolujen pääsyn keskushermostoon ja voisi täten johtaa MS-taudille ominaiseen keskushermoston krooniseen tulehdusreaktioon. Paljon lisää tutkimusta tarvitaan, ennen kuin PRKCA:n osuus MS-taudin geneettisessä taustassa on todennettu. On kuitenkin rohkaisevaa, että ensimmäinen HLA-alueen ulkopuolinen useassa väestössä toistettu MS-taudin alttiusgeeni on löydetty juuri suomalaisaineistojen ainutlaatuisuutta hyödyntäen. Lopuksi MS-taudin biologisen taustan selvittäminen on kuin palapelin rakentamista. Tämä etiologinen palapeli on vielä paljolti levällään ja monia palasia puuttuu. Yksittäisiä pieniä mutta tärkeitä nurkka- ja reunapaloja on viime vuosina kuitenkin löydetty hyödyntäen suurella vaivalla kerättyjä ja huolella kliinisesti tutkittuja potilas- ja perheaineistoja. Perimän tarkemman luonnehdinnan mahdollistavat uudet työvälineet auttavat lähivuosina tutkijoita varmasti kokoamaan kuvan MS-taudin patogeneesista. Tämä luo edellytykset taudin tarkemmalle diagnostiikalle ja lopulta»biologisen syyn mukaiselle» hoidolle. 2224 S. P. Kallio ym.
Kirjallisuutta Baier G. The PKC gene module: molecular biosystematics to resolve its T cell functions. Immunol Rev 2003;192:64 79. Begovich AB, Caillier SJ, Alexander HC, ym. The R620W polymorphism of the Protein Tyrosine Phosphatase PTPN22 is not associated with multiple sclerosis. Am J Hum Genet 2005;76:184 87. Butterfield RJ, Sudweeks JD, Blankenhorn EP, ym. New genetic loci that control susceptibility and symptoms of experimental allergic encephalomyelitis in inbred mice. J Immunol 1998;161:1860 7. Charcot J. Histologic de la sclerose en plaque. Gaz Hôp 1868;41:554 66. Compston A, Coles A. Multiple sclerosis. Lancet 2002;359:1221 31. Dyment DA, Willer CJ, Scott B, ym. Genetic susceptibility to MS: a second stage analysis in Canadian MS families. Neurogenetics 2001;3:145 51. Dyment DA, Steckley JL, Willer CJ, ym. No evidence to support CTLA-4 as a susceptibility gene in MS families. J Neuroimmunol 2002; 123:193 8. Dyment DA, Ebers GC, Sadovnick AD. Genetics of multiple sclerosis. lancet Neurol 2004;3:104 10. Ebers GC, Bulman DE, Sadovnick AD, ym. A population-based study of multiple sclerosis in twins. N Engl J Med 1986;315:150 151. Ebers GC, Kukay K, Bulman DE, ym. A full genome search in multiple sclerosis. Nat Genet 1996;13:472 6. Elovaara I, Soilu-Hänninen M. Nykykäsitys multippeliskleroosin patogeneesista. Duodecim 2006;122:2239 47. Eraksoy M, Kurtuncu M, Akman-Demir G, ym. A whole genome screen for linkage in Turkish multiple sclerosis. J Neuroimmunol 2003; 143:17 24. GAMES and the Transatlantic Multiple Sclerosis genetics Collaborative. A meta-analysis of whole genome linkage screens in multiple sclerosis. J Neuroimmmunol 2003;143:39 46. Gregory SG, Multiple Sclerosis Genetics Group. Interleukin 7 receptor alpha chain (IL7R) shows allelic and functional association with multiple sclerosis. Nat Genet 1997;39:1083 91. Hafler DA, Slavik JM, Anderson DE, ym. Multiple Sclerosis. Immunol Rev 2005;204:208 31. Ibsen SN, Clausen J. Genetic susceptibility to multiple sclerosis may be linked to polymorphism of the myelin basic protein gene. J Neurol Sci 1995;131:96 8. International Multiple Sclerosis Genetics Consortium (IMSGC). A highdensity screen for linkage in multiple sclerosis. Am J Hum Genet 2005;77:454 67. International Multiple Sclerosis Genetics Consortium (IMSGC). Risk alleles for multiple sclerosis identified by a genomewide study. N Engl J Med 2007;357:851 62. Jagodic M, Kornek B, Weissert R, Lassmann H, Olsson T, Dahlman I. Congenic mapping confirms a locus on rat chromosome 10 conferring strong protection against myelin oligodendrocyte glycoproteininduced experimental autoimmune encephalomyelitis. Immunogenetics 2001;53:410 15. Jersild C, Svejgaard A, Fog T. HL-A antigens and multiple sclerosis. Lancet 1972;1(7762):1240 1. Kuokkanen S, Sundvall M, Terwilliger JD, ym. A putative vulnerability locus to multiple sclerosis maps to 5p14-p12 in a region syntenic to the murine locus Eae2. Nat Genet 1996;13:477 80. Kuokkanen S, Gschwend M, Rioux JD, ym. Genomewide scan of multiple sclerosis in Finnish multiplex families. Am J Hum Genet 1997;61:1379 87. Larsen F, Oturai A, Ryder LP, ym. Linkage analysis of a candidate region in Scandinavian sib pairs with multiple sclerosis reveals linkage to chromosome 17q. Genes Immun 2000;1:456 9. Lincoln MR, Montpetit A, Cader MZ, ym. A predominant role for the HLA class II region in the association of the MHC region with multiple sclerosis. Nat Genet 2005;37:1108 12. Lundmark F, Duvefelt K, Iacobaeus E, ym. Variation in interleukin 7 receptor a chain (IL7R) influences risk of multiple sclerosis. Nat Genet 2007;39:1108 13. Olsson T, Jagodic M, Piehl F, Wallström E. Genetics of autoimmune neuroinflammation. Curr Opin Immunol 2006;18:1 7. Oturai A, Larsen F, Ryder LP, ym. Linkage and association analysis of susceptibility regions on chromosomes 5 and 6 in 106 Scandinavian sibling pair families with multiple sclerosis. Ann Neurol 1999;46:612 6. Peltonen L, Palotie A, Lange K. Use of population isolates for mapping complex traits. Nat Rev Genet 2000;1:182 90. Saarela J, Schoenberg FM, Chen D, ym. Fine mapping of a multiple sclerosis locus to 2.5 Mb on chromosome 17q22-q24. Hum Mol Genet 2002;11:2257 67. Saarela J, Kallio SP, Chen D, ym. PRKCA and multiple sclerosis: Association in two independent populations. PLoS Genet 2006;2:e42. Sawcer S, Jones HB, Feakes R, ym. A genome screen in multiple sclerosis reveals susceptibility loci on chromosome 6p21 and 17q22. Nat Genet 1996;13:464 8. Somers EC, Thomas SL, Smeeth L, Hall AJ. Autoimmune diseases cooccurring within individuals and within families. Epidemiology 2006;17:202 17. Stamatovic SM, Dimitrijevic OB, Keep RF, Andjelkovic AV. Protein kinase Calpha-RhoA cross-talk in CCL2-induced alterations in brain endothelial permeability. J Biol Chem 2006;281:8379 88. Sumelahti ML, Tienari PJ, Wikström J, ym. Regional and temporal variation in the incidence in multiple sclerosis in Finland 1979 1993. Neuroepidemiology 2000;19:67 75. Sumelahti ML, Tienari PJ, Wikström J, ym. Increasing prevalence of multiple sclerosis in Finland. Acta Neurol Scand 2001;103:153 8. Sundvall M, Jirholt J, Yang HT, ym. Identification of murine loci associated with susceptibility to chronic experimental autoimmune encephalomyelitis. Nat Genet 1995;10:313 7. Swanberg M, Lidman O, Padyukov L, ym. MHC2TA is associated with differential MHC molecule expression and susceptibility to rheumatoid arthritis, multiple sclerosis and myocardial infarction. Nat Genet 2005;37:486 94. Tienari PJ, Wikström J, Sajantila A, Palo J, Peltonen L. Genetic susceptibility to multiple sclerosis linked to myelin basic protein gene. Lancet 1992;340:987 91. Tienari PJ, Kuokkanen S, Pastinen T, ym. Golli-MBP gene in multiple sclerosis susceptibility. J Neuroimmunol 1998;81:158 67. Wikström J, Palo J. Studies on the clustering of multiple sclerosis in Finland I: Comparison between the domiciles and places of birth in selected subpopulations. Acta Neurol Scand 1975;51:85 98. Willer CJ, Dyment DA, Risch NJ, Sadovnick AD, Ebers GC. Twin concordance and sibling recurrence rates in multiple sclerosis. Proc Natl Acad Sci USA 2003;100:12877 82. Zhang Z, Duvefelt K, Svensson F, ym. Two genes encoding immune-regulatory molecules (LAG3 and IL7R) confer susceptibility to multiple sclerosis. Genes Immun 2005;6:145 52. SUVI P. KALLIO, LK, väitöskirjatutkija suvi.kallio@ktl.fi JANNA SAARELA, LT, erikoistutkija LEENA PELTONEN-PALOTIE, dosentti, akatemiaprofessori Kansanterveyslaitos, molekyylilääketieteen osasto, kansantautien tutkimuksen huippuyksikkö ja Helsingin yliopisto, lääketieteellisen genetiikan osasto Biomedicum, 00290 Helsinki Multippeliskleroosi geenitutkimus apuna taudin biologisen palapelin kokoamisessa 2225