Kandidáns génpolimorfizmusok szerepe postmenopausas- és thyreogen csontvesztésben Bajnok Éva dr. Készült: Semmelweis Egyetem Doktori Iskola Semmelweis Egyetem I. sz. Belgyógyászati Klinika Ph. D. program: 2/7 (26/V) Klinikai endokrinológia és experimentális vonatkozásai Témavezeto: Dr. Lakatos Péter Programvezeto: Prof. Dr.de Châtel Rudolf Semmelweis Egyetem Budapest 2004 1
ÖSSZEFOGLALÁS Az osteoporosis (OP) az egyik leggyakoribb krónikus megbetegedés; egyéni, társadalmi és gazdasági következményei miatt világszerte az egyik legjelentosebb népegészségügyi probléma. A csontritkulás és az annak következtében létrejövo csonttörések kialakulásában a-környezeti tényezok mellett-dönto szerepe van genetikai faktoroknak. Célkituzésünk a kórképet befolyásoló genetikai tényezok elemzése volt, melyek azonosításával lehetové válhat a betegség korai felismerése és a megfelelo prevenció alkalmazása. Vizsgáltuk a csontanyagcserében szerepet játszó fehérjék génjeinek polimorfizmusait mind a postmenopausas, mind a hyperthyreosissal kapcsolatban kialakuló OP-ban, valamint azok toxicus adenomában (TA), mint a szekunder OP egyik jelentos csoportjában való patogenetikai jelentoségét. Eredményeink szerint súlyos osteoporosisban az I-es típusú kollagén A1 gén G1245T (Sp1) és a kalcium-szenzor receptor gén A986S polimorfizmusának szerepe lehet a postmenopausas OP kialakulásában. Nem igazolódott ezen génváltozatok csonttörésekre gyakorolt közvetlen befolyása. Kimutattuk, hogy az interleukin-1 receptor antagonista protein (IL1-RN) gén VNTR polimorfizmusa nem gyakorol jelentos hatást a postmenopausas nok csont ásványianyag-tartalmának alakulására. Ugyanakkor a csonttörések elorejelzésének egyik BMD-tol független markere lehet. Vizsgálataink további eredményeként - az irodalomban elsoként - felhívjuk a figyelmet az ösztrogén receptor (ER) alfa gén XbaI, és az inzulinszeru növekedési faktor-i (IGF-I) gén CA repeat polimorfizmusok potenciális szerepére a TA patomechanizmusában. Nem igazolódott a D vitamin receptor (VDR) gén Bsm1 és az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának funkciója a TA létrejöttében. Eredményeink továbbá felvetik az IGF-I gén CA mikroszatellit polimorfizmusának befolyását a TA következtében kialakuló, elsosorban corticalis csontokat érinto thyreogen csontvesztésre. Korábbi irodalmi adatokon nyugvó feltételezéseinkkel ellentétben az ER alfa gén XbaI, a VDR gén Bsm1 és az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusa nem gyakorol számottevo hatást a TA kapcsán kialakuló osteopathiára. 2
ABSTRACT Osteoporosis (OP) is one of the most common chronic disorders; the disabilities that result from osteoporotic fractures (OPF) worldwide have an enormous impact on the health of individuals, societies and economies. Genetic factors together with environmental factors play an important role in regulating the development of osteoporosis as well as contributing to the susceptibility of osteoporotic fractures. Our aims were to analyze some genetic factors that affected osteoporosis permitting early detection of individuals who are at risk for the disease, and allowing for early initiation of preventive therapy. We have studied the role of certain gene polymorphisms of proteins having biological effects on bone metabolism in postmenopausal and thyroid hormone stimulated bone loss. We have also looked at the possible functional contributions of these genes to the pathogenesis of hyperthyroidism in toxic adenoma (TA), as one of the major group responsible for secondary osteoporosis. Our results demonstrate that COL1A1 gene G1245T (Sp1) and CaSR gene A986S polymorphisms might cause a predisoisition to postmenopausal osteoporosis and might also be a prognostic marker of the disease. We could not prove the direct clinical significance of these gene variants on bone fracture. Based on our observation we conclude that IL- 1RN VNTR polymorphism may not play an essential role in the determination of BMD in postmenopausal osteoporosis; however, our results support a hypothesis that it may influence the bone fracture risk, independent of BMD. This is the first study reporting the possible functional contribution of ER alpha gene XbaI and IGF-I gene CA repeat polymorphism in the pathogenesis of toxic adenoma. Based on our data VDR gene BsmI- and IL-1RN gene VNTR polymorphisms do not appear to have an impact on the development of TA. Our results also raise the possibility of the contribution of this microsatellite repeat variant of IGF-I gene in bone loss as the consequence of TA. We have not confirmed the role of ER alpha XbaI-, VDR BsmI- and IL-1RN gene VNTR polymorphisms in predicting low BMD caused by toxic adenoma. 3
Tartalomjegyzék I. BEVEZETÉS...7 I.1. Az osteorosis definíciója...7 I.2. Az osteoporosis epidemiológiája...7 I.2.a Nemzetközi adatok...7 I.2.b Magyarországi adatok...9 I.3. Az osteoporosis kórélettana...10 I.4. Az osteoporosis genetikai háttere, a polimorfizmusok jelentosége...13 I.4.a A csontanyagcserére ható gének meghatározásának stratégiája...15 I.5. A csont ásványianyag-tartalommal vagy a csonttöréssel kapcsolatba hozott, vizsgálatainkban résztvevo kandidáns gének jelentosége postmenopausas osteoporosisban...16 I.5.a D vitamin receptor (VDR) gén......17 I.5.b I-es típusú kollagén (COL1A1) gén... 18 I.5.c Kalcium szenzor receptor (CASR) gén...18 I.5.d Ösztrogén receptor alfa (ER alfa) gén...19 I.5.e Interleukin-1 receptor antagonista protein (IL-1RN) gén...20 I.5.f Inzulinszeru növekedési faktor- I (IGF-I) gén...21 I.6. Pleiotropizmus-a gének sokoldalúsága....22 I.7. Génpolimorfizmusok szerepe a toxicus adenoma és az ezzel járó osteopathia kialakulásában, az általunk vizsgált kandidáns gének jelentosége...22 I.7.a VDR gén......23 I.7.b ER gén... 24 I.7.c IL-1RN gén...25 I.7.d IGF-I gén...25 I.8. A génpolimorfizmusok lehetséges felhasználása a közeljövoben...26 II.1. CÉLKITUZÉSEK...27 4
III. BETEGEK ÉS ALKALMAZOTT MÓDSZEREK...28 III.1. A vizsgálatokban résztvevo betegek...28 III.1.a Az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a csont ásványianyagtartalomra (BMD) mérsékelten osteoporoticus postmenopausas nokben...28 III.1.b A CaSR gén A986S polimorfizmusának hatása a csont ásványianyagtartalomra mérsékelten osteoporoticus postmenopausas nokben...28 III.1.c A COL1A1 gén G1245T (Sp1), a CaSR gén A986S és az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a csont ásványianyag-tartalomra és csonttörésre súlyos, postmenopausas osteoporosisban...29 III.1.d Az ER alfa gén XbaI, a VDR gén BsmI és az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a toxicus adenoma kialakulására és a thyreogen csontvesztésre postmenopausas nokben.....29 III.1.e Az IGF-I gén CA repeat polimorfizmusának hatása a toxicus adenoma kialakulására és a thyreogen csontvesztésre postmenopausas nokben...30 III.2. Génpolimorfizmusok meghatározása...30 III.2.a VDR gén...30 III.2.b COL1A1 gén...31 III.2.c CaSR gén...31 III.2.d ER alfa gén...31 III.2.e Il-1RN gén...32 III.2.f IGF-I gén...32 III.3. BMD mérése...33 III.4. Statisztikai elemzés...33 IV. EREDMÉNYEK...34 IV.1. Az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a BMD-re mérsékelten osteoporoticus postmenopausas nokben...34 IV.2. A CaSR gén A986S polimorfizmusának hatása a BMD-re mérsékelten osteoporoticus postmenopausas nokben...36 IV.3. A COL1A1 gén Sp1, a CaSR gén A986S, és az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a BMD-re és csonttörésre súlyos, postmenopausas osteoporosisban...38 IV.4. Az ER alfa gén XbaI, a VDR gén BsmI és az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a toxicus adenoma kialakulására és a thyreogen csontvesztésre postmenopausas nokben...46 5
IV.5. Az IGF-I gén CA repeat polimorfizmusának hatása a toxicus adenoma kialakulására és a thyreogen csontvesztésre postmenopausas nokben...48 V. MEGBESZÉLÉS...53 V.1. Az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a BMD-re mérsékelten osteoporoticus postmenopausas nokben...53 V.2. A CaSR gén A986S polimorfizmusának hatása a BMD-re mérsékelten osteoporoticus postmenopausas nokben...54 V.3. A COL1A1 gén Sp1, a CaSR gén A986S, és az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a BMD-re és csonttörésre súlyos, postmenopausas osteoporosisban...55 V.4. Az ER alfa gén XbaI, a VDR gén BsmI és az IL-1RN gén VNTR polimorfizmusának hatása a toxicus adenoma kialakulására és a thyreogen csontvesztésre postmenopausas nokben...57 V.5. Az IGF-I gén CA repeat polimorfizmusának hatása a toxicus adenoma kialakulására és a thyreogen csontvesztésre postmenopausas nokben...58 VI. KÖVETKEZTETÉSEK...60 VII. ÖSSZEFOGLALÁS...62 VIII. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS...63 IX. SAJÁT KÖZLEMÉNYEK JEGYZÉKE...64 X. IRODALOMJEGYZÉK...69 6
RÖVIDÍTÉSEK BMD bone mineral density csont ásványianyag-tartalom BMI body mass index testtömeg index Ca calcium kalcium CaSR calcium-sensing receptor kalcium szenzor receptor COL1A1 collagen type I I-es típusú kollagén DNA/DNS deoxyribonucleic acid dezoxiribonukleinsav ER alfa estrogen receptor alpha ösztrogén receptor alfa IGFBPs IGF binding proteins IGF kötofehérjék IGF-I insulin-like growth factor-i inzulinszeru növekedési faktor-1 IGF-R IGF-I receptor IGF-I receptor IL-1 interleukin-1 interleukin-1 IL-1RN interleukin-1 receptor antagonist protein IL-1 receptor antagonista protein K (C) control kontroll MRNS messenger ribonucleic acid messenger ribonukleinsav OP osteoporosis osteoporosis PBS primary biliary cirrhosis primer biliaris cirrhosis PCR polymerase chain reaction polimeraz láncreakció PTH parathormone parathormon RANKL receptor activator of NF-kappaB ligand receptor aktivátor NF-kappaB ligand SNP single nucleotid polymorphism egy nukleotidot érinto polimorfizmus SOP serious osteoporosis súlyos osteoporosis TA toxic adenoma toxicus adenoma TSH thyroid stimulating hormone thyreoidea stimuláló hormon VDR vitamin D receptor D vitamin receptor variábilis ismétlodo régió VNTR variable tandem repeat polymorphism polimorfizmus 7
I. BEVEZETÉS I.1. Az osteorosis definíciója Az osteoporosis (csontritkulás) a csontváz generalizált, progresszív megbetegedése, melyet a csonttömeg megfogyatkozása, a mikroarchitektúra károsodása és a csontminoség romlása, ennek következtében pedig fokozott törékenység jellemez (Consensus Development Conference 1993; Kanis és mtsai 1994). Az osteoporosis jelentoségét az annak talaján kialakuló törések, azok szövodményei és az életminoség romlása adják. Jelenleg a csontritkulás felismerése és diagnózisa a csont ásványianyag-tartalom denzitometriás meghatározásán alapszik. Amennyiben a mért csontsuruség (bone mineral density-bmd) vagy csont ásványianyag-tartalom (BMC) az egészséges fiatalok átlagértékéhez képest 2.5 standard deviációnyival (SD) eltér osteoporosisról beszélünk (t-score = -2,5). A törési rizikó a csont ásványianyag-tartalmának csökkenésével no. A csontdenzitás körülbelül 10 %-os csökkenése (-1SD) megduplázza az adott régióban a törés lehetoségét. I.2. Az osteoporosis epidemiológiája I.2.a Nemzetközi adatok Az osteoporosis a leggyakoribb csontanyagcsere betegség. Döntoen az idos emberekben alakul ki, azonban minden életkorban, mindkét nemben és minden népcsoportban elofordul. A csontritkulás miatt bekövetkezo rokkantság és halálozás, valamint az igen magas költségek miatt világszerte vezeto népegészségügyi problémát jelent. Elsosorban azokat a fejlett államokat érinti, ahol a lakosság életkorának növekedése kapcsán az idoskor betegségeinek aránya köztük az osteoporosis is növekszik (Wolinsky és mtsai 1997). A legtöbbször primer, involúciós (postmenopausas és szenilis) formáival találkozhatunk, de egyre nagyobb a szekunder osteoporosisok elofordulása is, amelyet más szervek betegségei vagy gyógyszerek okoznak. Az Amerikai Egyesült Államokban évente mintegy 1,5 millió csonttörés következik be az osteoporosis eredményeként (Consensus Development Conference 8
1993; Riggs & Melton 1995). Az Európai Unióban félpercenként fordul elo egy-egy újabb, az osteoporosissal összefüggésbe hozható csonttörés (Delmas & Fraser 1998). 60 év felett minden második no és minden harmadik férfi számolhat azzal, hogy életében csontritkulás következtében valamilyen típusos, osteoporosis talaján kialakuló törést szenvedhet el (Melton és mtsai 1992). Bár az osteoporosis idos korban gyakoribb és nagyobb töréskockázattal társul, a betegség már a menopausát követoen jelentossé válik. A NORA vizsgálat - a Nemzeti Csontritkulás Kockázat Értékelés (National Osteoporosis Risk Assesssment) elnevezésu tanulmány - az Egyesült Államokban a csontritkulás területén végzett eddigi legnagyobb tudományos vizsgálat: 200 160, menopausa utáni (50 éves vagy ennél idosebb), az ismert adatok alapján nem osteoporoticus no csonttömegét és más, csontritkulás-kockázati paraméterét vizsgálta egy éven át. A tanulmány szerint a menopausán túljutott, vizsgált nok 40 százalékának alacsony a csonttömege, ok már egy éven belül átlagban kétszer annyi csonttörést szenvedtek el, mint normális csontsuruségu társaik. A résztvevok 7%-ánál diagnosztizáltak definitív csontritkulást. Közöttük a csonttörések egy év alatti elofordulási gyakorisága átlagosan négyszer nagyobbnak bizonyult, mint a normális csonttömeguek esetében (Siris és mtsai 2001). Mivel a csontvesztés a trabecularis állományban gyorsabb, mint a corticalis szerkezetu csontokban, a csontritkulás talaján kialakuló csonttörések is elsosorban a trabecularis csontot legnagyobb arányban tartalmazó csigolyákon alakulnak ki. Az osteoporosis következtében kialakuló törések közel fele a csigolyákon, negyed részük csípo- negyed részük a csuklótájékon következik be (Consensus Development Conference 1993; Riggs & Melton 1995). A betegség következményeinek jelentoségét támasztják alá azok az amerikai tanulmányban napvilágot látott adatok, melyek szerint a csípotáji törésen átesett betegek közül törésük után hat hónappal minden hatodik beteg elhunyt, tíz betegbol öt segítség nélkül képtelen volt öltözni, kilenc önállóan nem tudott 800 métert gyalogolni, kilenc egyedül nem volt képes félemeletnyi magasságot lépcson megtenni. A csípotáji töröttek által igénybe vett kórházi ágyak száma meghaladja az emlorák, a szívinfarktus, a krónikus obstruktív légúti betegség és a cukorbetegség ágyigényét (Lippuner és mtsai 1997; Lips és mtsai 1999). A csonttöréseknek úgy tunik a közvetlen szövodményeken kívül is jelentos hatása van a betegek mortalitására. A csípotáji törés után az elso fél évben kialakuló nagyobb halandóság több éven át megmarad, ez arra utal, hogy még nem azonosított tényezok lévén kapcsolat lehet a 9
csonttörés létrejötte és más, vitális funkciókért felelos faktorok között (Meyer és mtsai 2000; Center és mtsai 1999). Az osteoporosis súlyos anyagi terheket ró a társadalomra. Az USA-ban évente 13 milliárd dollárt fordítanak a csontritkulásban szenvedok közvetlen és közvetett ellátására (Ray és mtsai 1997), ez az Európai Unió országai esetén összességében évente több, mint 23 milliárd euró kiadást jelent (Johnell 1997), a populáció átlagéletkorának kitolódásával pedig további növekedés várható (Riggs & Melton 1995). I.2.b Magyarországi adatok Annak ellenére, hogy az osteoporoticus betegellátás hazánkban kiemelkedo színvonalú, a magyar lakosság csontsurusége az egyik legalacsonyabb Európában. Az Európai Vertebralis Osteoporosis Tanulmány (EVOS) eredményei alapján hazánkban legalább az összlakosság 7-10 százaléka, tehát mintegy hétszázezer-egymillió ember érintett a betegségben (Poor és mtsai 1997, 1998). Vagyis ötven év felett minden 3-4. no és minden 4-5. férfi. Magyarországon évente 15-16 ezer combnyaktörés, 30-40 ezer csigolya összeroppanás és 15-28 ezer alkartörés következik be a csontszilárdság csökkenése miatt (Somogyi és mtsai 2000, 2003). A combnyak-töröttek 16 százaléka a törést követo fél éven belül meghal, másik jelentos hányaduk (kb. 40 százalék) tartósan mozgáskorlátozottá, önmaga ellátására képtelenné válik és csupán minden ötödik beteg gyógyul fel teljesen. A combnyaktöröttek halálozási arányszáma a 70 év felettieknél ugyanakkor eléri az 50 százalékot. A csigolya összeroppanások 90 %-a tünetmentes, csupán 10 %-a jár tünetekkel és válik könnyen felismerhetové. A betegség és a következményes törések költségeit Magyarországon nem ismerjük pontosan. A Magyar Osteoporosis És Osteoarthrológiai Társaság becslése szerint a kiadások minimálisan évi 12-14 milliárd forintot tesznek ki (Somogyi és mtsai 2003; Kricsfalusy és mtsai 2000). Mindezek alapján fontosnak láttuk a betegség megelozésében szerepet játszó genetikai tényezok vizsgálatát. 10
I.3. Az osteoporosis kórélettana A csontszövet mennyiségének csökkenése tulajdonképpen fiziológiás, az öregedési folyamatok eredménye. Pontos okát nem ismerjük, valószínuleg fajunkra jellemzo, genetikailag meghatározott tulajdonság. Az osteoporosis kialakulása függ a fiatalkorban megszerzett, ún. csúcscsonttömegtol, valamint a késobbi életévekben a csontvesztés mértékétol. A csúcscsonttömeget 60-80 %-ban örökletes tényezok határozzák meg. Kedvezotlen genetikai adottságok és külso tényezok hatása - mint pl. elégtelen kalciumfelvétel, inaktivitás, D-vitamin-hiány, társult betegségek, bizonyos gyógyszerek szedése - esetén kisebb csúcscsonttömeg képzodik. Mivel a csontveszteség a kezdeti csúcscsonttömegbol indul ki, ez nagyon fontos tényezo az osteoporosis kialakulása szempontjából, hiszen a kevesebbol való fogyás hamarabb idézi elo a betegség kialakulását (Hansen és mtsai 1991; Seeman és mtsai 1994). A csontszövet átépülésének folyamata életünk végéig tart, amelyet a csontok sejtes elemei végeznek helyi humorális faktorok és kalcitrop hormonok közremuködésével. Az átépülés során a csont bontása és az új csontszövet formálódása szabályozott, a csontbontás túlsúlya éppúgy osteoporosishoz vezet, mint az elégtelen csontképzés (Riggs & Melton 1986, 1992). A csontvesztés primer (I-es és II-es típus) és szekunder okokra vezetheto vissza. A primer, involúciós osteoporosisoknak ma két típusát különítjük el, a jelenleg elfogadott patogenetikai elmélet mind a postmenopausas, mind a szenilis osteoporosis kialakulásában az ösztrogén központi szerepét tételezi fel. Lényegében mindkét típusban a növekvo reszorpcióhoz képest a formáció mértéke csökken, ami osteoporosishoz vezet. Az ún. I-es típusú osteoporosis kialakulása a menopausa elmaradását követo 15-20 éven belül kezdodik, a nok 5-20%-át érinti, gyors ütemu, elsosorban a trabecularis csontállomány megfogyatkozásával jár csigolyakompresszióhoz és alkartörésekhez vezetve. A korábbi elgondolásokkal szemben (Riggs & Melton 1983) az ösztrogén termelodés hirtelen jelentkezo hiányának egyértelmu jelentoségén túl számos prediszponáló faktor felelos a csontvesztés mértékének és ütemének befolyásolásáért. Ösztrogének hiányában a csontbontó citokinek és növekedési faktorok termelodése fokozódik, az arra genetikailag érzékeny egyénekben ez csontritkulást eredményez. A gyors csontvesztés során a kalcium csontból történo kiáramlásának következtében mérsékelten emelkedo szérum ionos kalcium visszaszorítja a PTH elválasztást (Riggs és mtsai 1998), ennek eredményeképpen csökken a kalcium felszívódása és 11
visszaszívódása a bélben (Gennari és mtsai 1990) és a vesében (Young & Nordin 1967), ezzel ellensúlyozva a magasabb kalcium felszabadulást. Az évek során a szervezet kompenzatorikus folyamatok megindításával feltehetoen megtanulja az ösztrogén hiányában az új egyensúlyi állapot fenntartását. Az osteoporosis ezen típusa ösztrogén hormonok adásával lassítható vagy megállítható (Riggs és mtsai 2002). A kor elorehaladtával a corticalis és trabecularis állomány azonos mértéku érintettségével járó II-es típusú (szenilis) osteoporosis megjelenése a jellemzo, elsosorban combnyaktöréshez és a csigolyák ék alakú összeroppanásához vezetve, azonban valamennyi régió törési rizikója fokozott. Kialakulásában az életkorral összefüggo calcium (Ca) és D vitamin felszívódási zavara, az aktív D vitamin képzésében jelentos enzimek kevésbé hatásos muködése, a növekedési hormon/igf csökkent termelodése, az osteoblast funkció romlása játszik szerepet (Gallagher és mtsai 1980; Arjmandi és mtsai 1993; McKane és mtsai 1995; Marie és mtsai 1993; Ho és mtsai 1987; Khosla és mtsai 1997; Tsai és mtsai 1984). Úgy tunik, alapveto jelentosége van a csökkeno mennyiségben termelodo ösztrogén extraszkeletális hatásainak, ami a Ca bélrendszeren történo felszívódásának és a vesében történo visszaszívódásának csökkenésében, ennek következtében szekunder hyperparathyreosis kialakulásában nyilvánul meg. Az osteoporosis ezen, lassú turnoverrel járó típusa Ca szupplementációval lassítható, ösztrogén együttadásával kivédheto (Riggs és mtsai 2002). Fontos rizikótényezok azok a szisztémás betegségek, hatások, gyógyszerek, melyek a csontanyagcserét érintve szintén csontritkuláshoz és a csonttörési rizikó fokozódásához vezetnek. Postmenopausa körüli nok esetén az osteoporosis oka 30%- ban társbetegség (Consensus Development Conference 1993). Közülük az egyik legjelentosebb a hyperthyreosis (X. Bajnok E -Lakatos P). Az elso, pajzsmirigyfunkció túlmuködés következtében kialakuló klinikailag jelentos csontelváltozásról Recklinghausen számolt be 1891-ben, hyperthyreosisban elhunyt fiatal nobeteg boncolásakor a hosszú csöves csontok féregrágta megjelenését írta le (Von Recklinghausen 1891). Hyperthyreosisban az általános anyagcsere folyamatok akcelerációjának következményeként gyorsul a csont turnover, a felépítés és lebontás egyensúlya a reszorpció irányába tolódik el (Eriksen 1986), ennek eredményeként csökken a csont ásványianyag tartalma, osteopathiát, osteoporosist és a törési rizikó megnövekedését eredményezve (Ross; 2000). A fokozott reszorpció hatására a csontból Ca szabadul fel, ennek kompenzálására szekunder hypoparathyreosis alakul ki, 12
hypercalciuriához és a 25-OH D vitamin csökkent 1 alfa hidroxilációjához vezetve (Jastrup és mtsai 1982). Ezen felül a hyperthyreosis közvetett hatásának eredményeképpen fokozódik az aktív D vitamin lebontása (Karsenty és mtsai 1985), ezzel csökken a Ca bélbol való felszívódása, melyet a fokozott bél motilitás is ront, ez további Ca vesztést eredményez. Mindezek hatására negatív Ca egyensúly jön létre (Mosekilde és mtsai 1990). Jól tükrözik ezt a változást a csontanyagcsere biokémiai markerei (Garnero és mtsai 1994). A pajzsmirigyhormonok közvetlen hatása mellett, úgy tunik, az osteoclastocra elsosorban indirekt, az osteoblastok irányításával, lokális és szisztémás faktorokon keresztül fejtik ki hatásukat (Allain és mtsai 1992). Hyperthyreosisban a betegek kb. 54-57%-ában jön létre osteopathia (Foldes és mtsai 1993), a súlyos csontvesztés aránya átlagosan 10-20%-ra teheto (Linde & Friis 1979), elsosorban a corticalis csontok érintettek (Mosekilde & Melsen 1978). Tény, hogy bár a menopausa és az ösztrogén hormon termelodésének csökkenése általános, minden not érinto folyamat, gyors csontvesztés és jelentos osteoporosis kialakulása azonban csak az esetek mintegy 20 % -ában következik be, sot, ez nem minden esetben jár alacsonyabb ösztrogén szintekkel (Davidson és mtsai 1983). Ezért valószínu, hogy az egyéni különbségek hátterében egyéb faktorok, például genetikai, azaz polimorfizmus különbségek állhatnak, melyek hatása az ösztrogén hiányában kifejezettebbé válhat. Hyperthyreosisban szenvedo betegek esetén szintén felmerül a kérdés, vajon mi a magyarázata, hogy nem mindenkinél jön létre csontritkulás. Ismert, hogy primer osteoporosis létrejöttében jelentos szerepe van genetikai tényezoknek (Ralston 2002), ez szekunder osteopathiákban, így hyperthyreosis kapcsán létrejövo csontvesztésben is feltételezheto. Primer biliáris cirrhosis (PBC) következtében létrejövo osteoporosis genetikai hátterének korábbi vizsgálati eredményei megerosítik ez utóbbi elképzelést. A PBC krónikus, az intrahepatikus epeutak progresszív gyulladásával, cholestasissal járó ismeretlen eredetu májbetegség, mely elsosorban a középkorú noket érinti. A betegség gyakori szövodménye az osteoporosis (Guanabens és mtsai 1990; Lakatos és mtsai 2001). A betegség során a hiányos táplálkozás, a hormonális tényezok megváltozása, az immobilizáció, a cholestasis miatt a bélbol hiányzó epesavak, illetve az emiatt fennálló kalcium és D vitamin malabszorpció és a másodlagosan kialakuló hyperparathyreosis kedvezotlen hatással vannak a csontok épségére (Matloff és mtsai 1982; Mitchison és mtsai 1988), kialakulását továbbá genetikai különbségek is befolyásolják. PBC fennállása során fokozott és csökkent csont-turnoverrol egyaránt beszámoltak (Stellon 13
és mtsai 1987; Hodgson és mtsai 1993). Vizsgálataink során magas osteoprotegerin és alacsony RANKL szinteket mértünk PBC-s betegekben, ami a csontanyagcsere negatív egyensúlyának kompenzatorikus mechanizmusaira utal (VII. Szalay F-Bajnok E). Ezen felül a D vitamin receptor gén BsmI -és az ösztrogén receptor alfa gén XbaI - PvuII polimorfizmusainak PBC során létrejövo osteoporosisban betöltött esetleges szerepére derült fény (VI. Lakatos PL-Bajnok E). Ugyanez nem igazolódott az interleukin-1 receptor antagonista protein gén VNTR-, és a kollagén 1A1 gén G1245T (Sp1) polimorfizmusa esetén (XI. Lakatos PL-Bajnok E). Eredményeink alapján lehetséges, hogy az IGF-I gén CA mikroszatellit repeat polimorfizmus 192/192 -es genotípusának additív faktorként szerepe lehet a májbetegség patogenezisében, progressziójában és a csontvesztés mértékében PBC-s betegekben (XI. Lakatos PL-Bajnok E). I.4. Az osteoporosis genetikai háttere, a polimorfizmusok jelentosége Az osteoporosis komplex megbetegedés, számos környezeti tényezo mellett a genetikai hatás több génen keresztül érvényesül. Iker- és családfakutatások eredményei igazolják, hogy a csont ásványianyag-tartalom és a csonttörés kockázatát nagymértékben befolyásoló egyéb, BMD-tol független tényezok, mint a csontanyagcsere, combnyak geometria, az ultrahanggal mérheto csontminoség meghatározásában a genetikai faktoroknak alapveto szerepe van (Arden és mtsai 1996; Pocock és mtsai 1987; Gueguen és mtsai 1995; Slemenda és mtsai 1996; Kelly és mtsai 1993). Az osteoporosis legfontosabb rizikófaktora BMD esetén ez a genetikai befolyás igen jelentos, 60-80%-ra teheto (Pocock és mtsai 1987; Slemenda és mtsai 1991). A BMD egyedi különbségei részben a fiatal felnottkorig megszerezheto csúcscsonttömeg ill. a csontanyagcsere mennyiségi és minoségi variabilitásából adódhatnak. A csontvesztés mértékének genetikai meghatározottsága kevésbé alátámasztott, de tény, hogy ebben is szerepe van genetikai tényezoknek (Harris és mtsai 1998; Kelly és mtsai 1991). A törési rizikó önmagában 25-35%-os genetikai háttérrel bír (Deng és mtsai 2000; MacGregor és mtsai 2000). Mivel pozitív családi anamnézis esetén a magasabb csonttörési rizikó a BMD-tol függetlenül is fennmarad, a csonttörés bekövetkeztének valószínuségét más, a csontdenzitástól független genetikai tényezok is befolyásolják. Néhány ritka, a csontokra ható megbetegedés estén ismert, hogy egyetlen genetikai változás is osteoporosishoz vezethet, mint pl. a lipoprotein receptor-related protein 5 14
(LRP-5) gén inaktiváló mutációja következtében kialakuló osteoporosis-pseudoglioma szindróma esetén (Gong és mtsai 2001), ill. ugyanennek a génnek az aktivációt eredményezo mutációja következtében a normálisnál nagyobb BMD jön létre (Little és mtsai 2002). Az esetek dönto többségében azonban az osteoporosis poligénes öröklodésu megbetegedés (Gueguen és mtsai 1995). Komplexitása részben a betegség kialakulására ható különbözo faktorokban, ill. az abban résztvevo gének nagy számában, valamint az ezek között fennálló kölcsönhatásban nyilvánul meg. A genetikai rizikófaktorok (genetikai variánsok- allélek- polimorfizmusok) generációról-generációra átadódnak, a végso fenotípus klinikai manifesztálódását számos belso és külso tényezo együttes hatása determinálja. A genetikai variánsok, az allélek az egyes tulajdonságokat kialakító gének változatai, DNS szekvencia módosulatai. A változás általában érinthet egyetlen nukleotidot (SNP) vagy egy szakasz különbözo számú ismétlodésében (VNTR, microsatellita repeat) nyilvánulhat meg. Az ivarsejtek kivételével normális esetben minden eukariota sejtjében egy genotípust két allél határoz meg, egy anyai és egy apai. Ennek megfeleloen a változat homo- vagy heterozigota formában lehet jelen, és az öröklodés típusától függoen nyilvánul meg a fenotípus megjelenésében. Polimorfizmusról beszélünk, amennyiben két vagy több allél számottevo gyakorisággal (= 1%) van jelen a populációban. Humán linkage és állatvizsgálatok eredményei nagyszámú, a BMD-t reguláló genetikai lokuszt határoztak meg, ezek jó része azonban még azonosításra vár (Ralston 2002). I.4.a A csontanyagcserére ható gének meghatározásának stratégiája Valamennyi, az osteoporosis gén megtalálására kifejlesztett analitikai módszer azon a megfigyelésen alapszik, hogy két individuum génkészlete nem teljesen egyforma, bizonyos pontokon a bázissorrend eltér. Eltéro szekvencia variánsokat találni két ember között nem nehéz, ugyanis becslések szerint a humán genomban minden 500. bázispárra jut egy módosulat. A lényeg, az osteoporosis szempontjából dönto különbségek kimutatása. A poligénes öröklodésu megbetegedések hátterében álló genetikai variációk kimutatása esetén, mint amilyen az osteoporosis ez azonban rendkívül bonyolult feladat. Az elmúlt tíz évben jelentos kutatás folyt az osteoporosis kialakulásáért felelos gének azonosítására, több különbözo megközelítési módszer 15
ismert és használatos (Peacock; 2002), valamennyi eljárás más alkalmazhatósági jogosultsággal rendelkezik. Linkage vizsgálatok alkalmazása esetén arra kapunk választ, vajon a csont ásványianyag-tartalom vagy törési rizikó és az adott gén együtt öröklodik-e, közöttük szoros e a kapcsolat. Az eredményt nem befolyásolják a környezeti tényezok vagy a populáció összetétele. A módszer hátránya, hogy csak nagy esetszámú és speciálisan összeválogatott beteganyagon végezheto, ezért kivitelezése meglehetosen drága. Nagy statisztikai megbízhatósága ellenére a több gén által meghatározott megbetegedésekben, mint amilyen az osteoporosis nehezen kivitelezheto, a kis hatások kimutatására nem alkalmas. Az állatkísérletes modellekben tetszolegesen nagy esetszám és azonos környezeti körülmények biztosíthatók, az ilyen módon kapott eredmények emberi vonatkozásait azonban minden esetben igazolni kell. A kandidáns gének elemzése az eddigi ismereteink alapján a csontanyagcserében szerepet játszó fehérjékre, citokinekre, növekedési faktorokra fókuszál, melyek a csontmátrix fehérjék, receptorok vagy kalcitrotrop hormonok meghatározásában vesznek részt. A kandidáns gének keresése során identifikált szekvencia módosulatok egy része a nem kódoló régiókban helyezkedik el, ezért egyetlen expresszált fehérje muködését sem befolyásolja. Géntérképezésre és a betegségre hajlamosító génrészletek azonosítására viszont kiválóan alkalmas. Más polimorfizmusok azonban funkcionális következménnyel rendelkeznek. A bázissorrend változása módosíthatja a kódolt protein szerkezetét és ezáltal funkcióját, az 5 promoter régióban hatással lehet a fehérje expressziójának mértékére, míg a 3 területen elhelyezkedve szerepe lehet az átíródó mrns degradációjának meghatározásában. A kandidáns gének vizsgálata viszonylag egyszeruen kivitelezheto, a kisebb hatások kimutatására is alkalmas. A populáció nem megfelelo kiválasztásával azonban fals pozitív és negatív eredményeket adhat (Ralston 2002; Peacock és mtsai 2002). 16
I.5. A csont ásványianyag-tartalommal vagy a csonttöréssel kapcsolatba hozott, vizsgálatainkban résztvevo kandidáns gének jelentosége postmenopausas osteoporosisban A csontritkulás terápiájának kérdése napjainkban sem megoldott probléma. Bár kiváló gyógyszerek vannak forgalomban melyekkel az osteoporosis folyamata lassítható vagy megállítható, az elvesztett csonttömeg teljes egészében nem pótolható. Ezért kulcsfontosságú a betegség minél korábbi, még a klinikai tünetek jelentkezése elotti felismerése, prevenciója. Alapveto célkituzésünk volt egyes genetikai polimorfizmusok, mint a betegség kialakulásáért, progressziójáért felelos és esetlegesen a betegség elorejelzésére alkalmas markerek hatásának vizsgálata postmenopausas, azaz primer és hyperthyreosissal összefüggo, azaz szekunder osteoporosisban. A Semmelweis Egyetem I. sz. Belgyógyászati Klinika Endokrinológiai Szakrendelésén, az Országos Osteoporosis Centrumban megjeleno nagyszámú, viszonylag homogén, egymással rokonságban nem álló, a magyar noi populációt reprezentáló beteganyaga jó alapot szolgáltatott kandidáns gének polimorfizmus elemzésére. Tekintetbe véve a különbözo, génanalízisre alkalmas módszerek elonyös és hátrányos tulajdonságait, valamint az osteoporosis poligénes hátterét tanulmányaink során kandidáns génváltozatok elemzése kézenfekvo választás volt, ezzel az eljárással viszonylag egyszeruen, gyorsan és aránylag kedvezo anyagi ráfordítással juthatunk késobbiekben a klinikai gyakorlatban is alkalmazható eredményekhez. Munkánk elso részében néhány, korábbi irodalmi adat alapján elotérbe került kandidáns gén polimorfizmusának menopausat követoen kialakuló csontritkulásra és csonttörésre gyakorolt hatását kívántuk megvizsgálni magyar, postmenopausas nok estén. Az alábbiakban rövid összefoglaló található a munkánkban elemzésre kerülo gének és azok polimorfizmusának csontanyagcserében és csonttörésekben betöltött tényleges és lehetséges szerepérol. I.5.a D vitamin receptor (VDR) gén A D vitamin receptor génjének vizsgálata mérföldko az osteoporosis molekulárgenetikai kutatásaiban. A D vitamin receptorával összekapcsolódva a csontsejtek növekedésének és differenciációjának, a Ca bélrendszeren keresztül történo 17
felszívódásának és a PTH hormon szekréciójának szabályozásával alapveto szerepet tölt be a Ca és csontanyagcserében. Morrison 1994-ben azonosította a VDR génjének 3 régiójában, annak 8. és 9. exonja között elhelyezkedo, BsmI emésztoenzimmel kimutatható polimorfizmusát (Morrison és mtsai 1994). Szignifikáns összefüggést mutatott ki a polimorfizmus és a szérum osteocalcin szintje valamint a BMD között (Morrison és mtsai 1992, 1994). Utóbbi összefüggést ikervizsgálatok is megerosítették (Spector és mtsai 1995). Számos további asszociációs vizsgálat ellentmondó eredménye látott napvilágot (Peacock és mtsai 1995; Spotila és mtsai 1996; Uitterlinden és mtsai 1996; Salamone és mtsai 1996). Egy 1996-ban készült meta-analízis szerint a VDR gén a BMD z-score 0,15-0,2 nagyságrendu változásáért teheto felelossé (Cooper & Umbach 1996). Egy 2001-ben született tanulmány kapcsolatot talált a VDR gén ezen polimorfizmusa és az osteoporoticus törések elofordulási gyakorisága között (Uitterlinden és mtsai 2001). A VDR gén BsmI polimorfizmusának hatásmechanizmusa egyelore ismeretlen, feltételezheto, hogy mivel a DNS 3 régiójával van linkage disequilibriumban (azaz a kérdéses génlokusszal nem véletlenszeru kapcsolatban), szerepe lehet az mrns biológiai féléletidejének meghatározásában (Morrison és mtsai 1994), ill. más, funkcionális génváltozat markere lehet. I.5.b I-es típusú kollagén (COL1A1) gén A csontszövet felépítésében alapveto jelentoségu, I-es típusú kollagén génmutációinak vizsgálata elsosorban azért került az érdeklodés középpontjába, mert kódoló régióiban elhelyezkedo mutációi egy ritka, de gyakran súlyos törésekkel kísért csontbetegség, az osteogenesis imperfecta kialakulását eredményezik (Deak és mtsai 1985). Számos tanulmány kapcsolatot talált a gén elso intronjában, az Sp1 transzkripciós faktort köto területen található G? T csere következtében létrejövo G1245T polimorfizmus és a BMD, valamint a csonttörés kialakulásának gyakorisága között (Grant és mtsai 1996; McGuigan és mtsai 2001; Mann & Ralston 2003). Az osteoporosis kialakulása szempontjából más, releváns összetevok esetén, mint a csontvesztés mértéke (Brown és mtsai 2001), az ultrahanggal kimutatható csont minosége (Kann és mtsai 2002), a combnyak geometriája (Qureshi és mtsai 2001), az alkalmazott biszfoszfonat terápia hatásossága is összefüggést mutatott ezzel a génváltozattal (Qureshi és mtsai 2002). Meta-analízis eredménye alapján egy s allél 18
jelenléte 0,15 z-scorral kisebb BMD-vel és 62%-kal nagyobb törési kockázattal jár (Mann és mtsai 2003). Mann és kollégái korábban feltárták az asszociáció molekuláris hátterét. Eredményeik megmutatták, hogy ez a variáns funkcionális és a BMD-tol függetlenül is jó prediktora a csonttörés bekövetkeztének (Mann és mtsai 2001). I.5.c Kalcium szenzor receptor (CASR) gén A kalcium homeosztázis létfontosságú a megfelelo csontformáció és remodelling muködéséhez, amennyiben szabályozásának egyensúlya megbomlik, metabolikus csontanyagcsere zavarokhoz vezethet. A Ca szintjének kulcsfontosságú szabályozó eleme a CASR, ezért a CASR génnek szerepe lehet a csontbetegségek, így az osteoporosis létrejöttében. A CASR befolyásolja a PTH szekréciójának, a Ca vesén keresztüli abszorpciójának (Brown & Hebert 1997) valamint az osteoclastok kiváltotta csontreszorpció folyamatait (Kameda és mtsai 1998). A CASR génjében bekövetkezo különbözo mutációk hatására az extracelluláris Ca érzékelés érzékenységi pontja eltolódik, familiáris hypercalcaemiát vagy hypocalcaemiát okozva (Coleés mtsai 1997; Pollak és mtsai 1994). A CaSR génjének elso extracelluláris doménjében, funkcióvesztéssel járó P55L mutáció következtében kialakuló, autoszomális domináns módon öröklodo familiáris hypocalciurias hypercalcaemiát munkacsoportunk is regisztrálta és annak részletes klinikai hátterét publikálta (VIII. Speer G Bajnok E). Úgy tunik, a CASR gén citoplazmatikus végén, a 7. exonban létrejövo 986 Ala/Ser ( A986S ) missense mutáció az intracelluláris szignálmechanizmusok befolyásolásán keresztül patofoziológiai jelentoséggel bír. Egyes adatok szerint mind egészséges felnott, mind premenopausas nok esetén hatással van a szérum kalcium szintjére (Cole és mtsai 2001; Eckstein és mtsai 2002). Cole és mtsai kimutatták, hogy a homozigóta AA genotípus alacsonyabb szérumkalcium-szinttel jár együtt az AS heterozigótákhoz és az SS homozigótákhoz képest (Cole és mtsai 2001). Fejlodésben lévo lányok esetén is kimutatták ezt az összefüggést, valamint a polimorfizmus BMDvel való kapcsolatára, jóllehet, utóbbi a BMI és a fizikai aktivitás figyelembevétele esetén megszunt (Lorentzon és mtsai 2001). Egy japán, postmenopausas nok csoportján végzett tanulmány kapcsolatot írt le a BMD és a CASR egy másik, CA repeat polimorfizmusa között, utóbbi funkcionális hatása egyelore nem ismert (Tsukamoto és mtsai 2000). Mások idos ill. postmenopausas nok esetén vizsgálták a CASR A986S 19
polimorfizmusának hatását a csonttörésre, nem sikerült azonban szignifikáns hatást kimutatniuk (Bollerslev és mtsai 2003; Cetani és mtsai 2003). I.5.d Ösztrogén receptor alfa (ER alfa) gén Az ösztrogén hiánnyal járó állapotok jelentos mértéku kalcium csontból történo kiáramlásához, felgyorsult csontanyagcsere folyamatokhoz, csontvesztéshez és a törési rizikó fokozódásához vezetnek (Lindsay 1998). Bár az ösztrogén hormon csontanyagcsere folyamatok szabályozásában betöltött szerepe nem kérdéses, annak pontos mechanizmusa napjainkban sem ismert teljesen. A közelmúltban munkacsoportunk az ösztrogén hormon csontszövetre gyakorolt genetikai hatásának pontosabb megértésére normál, ovariectomizált és ösztrogénkezelt egereket felhasználva microarray technika segítségével több, eddig ismeretlen és potenciális ösztrogén hormon befolyásolta gén jelenlétét tárta fel (IX. Nagy Zs- Bajnok E). Az ER csontanyagcserében betöltött szerepét támasztja alá az a knock-out egérmodell, melyben az ER hiányos állatokban jelentosen alacsonyabb BMD volt mérheto vad típusú társaikhoz képest (Korach 1994). Súlyos osteoporosis mutatható ki azokban a fiatal férfiakban is, akik esetében az ER inaktivációs mutációja igazolható (Smith és mtsai 1994). Amerikai, japán és európai kutatók összefüggést találtak az ER promoterében található TA ismétlodo polimorfizmusa és a BMD között (Becherini és mtsai 2000). Számos, ellentmondó eredmény született az ER alfa gén XbaI és PvuII enzimekkel kimutatható, annak elso intronjában elhelyezkedo polimorfizmusának BMD-re gyakorolt hatásával kapcsolatban (Albagha és mtsai 2001; Ioannidis és mtsai 2000; Kobayashi és mtsai 1996; Vandevyver és mtsai 1999; Willing és mtsai 1998). Korábbi irodalmi adatok alapján a polimorfizmus és a menopausa beálltának ideje között fennálló kapcsolat is feltételezheto (Weel és mtsai 1999). Az ER fent említett polimorfizmusainak csontanyagcserére gyakorolt molekuláris hatása egyelore nem ismert. 20
I.5.e Interleukin-1 receptor antagonista protein (IL-1RN) gén Ösztrogének hiányában a csontbontó citokinek és növekedési faktorok termelodése fokozódik, mely jelentos mértéku kalcium csontból történo kiáramlásához és csontvesztéshez vezet. Az IL-1 az osteoclastok csontbontásának osteoblastokon keresztül történo serkentésével és az osteoclastok apoptózisának gátlásával az egyik legerosebb csontreszorpciót okozó faktor (Dinarello & Thompson 1991; Ralston 1994). Az IL-1 biológiai hatása menopausát követoen fokozódik, ösztrogén tartalmú terápia alkalmazásával pedig csökken (Pacifici és mtsai 1993; Ralston 1994; Rogers & Eastell 1998). Az IL-1 IL-1-receptoron keresztül végbemeno hatásait az IL-1RN csapdareceptor módosítja (Dinarello & Thompson 1991). Az IL-1RN kompetitív módon gátolja az IL-1 csontreszorpciós hatását csontszövet tenyészetben és ovariectomizált állatkísérleti modellekben (Guise és mtsai 1993; Kitazawa és mtsai 1994). Postmenopausas noktol származó monocita-sejtkultúrában magasabbnak találták az IL-1/IL-1RN arányt, a premenopausas nok esetében megfigyeltekhez képest (Pacifici és mtsai 1993). Postmenopausas osteoporosisban szenvedo betegeknél szintén magasabbnak mutatkozott ez az arány, mint az egészséges kontrolloknál (Khosla és mtsai 1994; Kimble és mtsai 1994). Mindezek alapján az IL-1/IL-1RN rendszer feltételezhetoen szerepet játszik a postmenopausas osteoporosis létrejöttében. Az IL- 1RN gén 2. intronjában három, potenciális fehérjeköto területet tartalmazó, 86 bázispár hosszúságú szakasz különbözo számú ismétlodését azonosították, és összefüggést találtak az ismétlodo szakaszok száma és a szérum IL-1RN szintje között (Tarlow és mtsai 1993; Danis és mtsai 1995). Kapcsolatot találtak az említett VNTR polimorfizmus és a csontvesztés mértéke, az osteoporoticus csonttörést szenvedett nok BMD-je, valamint a csonttörés gyakorisága között is (Keen és mtsai 1998; Eastell és mtsai 1998; Langdahl és mtsai 2000). Más esetben nem igazolódott az összefüggés (Han és mtsai 1997). 21
I.5.f Inzulinszeru növekedési faktor- I (IGF-I) gén Az IGF-I a csontváz növekedésének régóta ismert faktora, jelenléte szükséges az osteoblastok keletkezéséhez és a csontmátrix fehérjék termelodéséhez, csakúgy, mint az osteoclastok kialakulásához és aktivációjához (Schoenle és mtsai 1982; Hock és mtsai 1998; Mochizuki és mtsai 1992). IGF-I gén deficiens, knock-out egérmodellekben a csontérés késését, retardált növekedést mutattak ki (Baker és mtsai 1993). Humán vizsgálatok eredményei szerint az IGF-I szérumszintje a kor elorehaladtával csökken (Ravn és mtsai 1995), korrelál a BMD-vel (Langlois és mtsai 1998) és a BMD-tol függetlenül is szoros összefüggést mutat az osteoporoticus csonttörések gyakoriságával (Garnero és mtsai 2000). Az egyes emberek szérum IGF-I szintje nagy egyéni variabilitást mutat (Harrela és mtsai 1996), ezt feltehetoen részben genetikai különbségek okozzák. Kapcsolatot találtak az IGF-I fehérjét kódoló gén átíródó része elott elhelyezkedo, specifikus regulációs elemeket tartalmazó szakaszon elhelyezkedo CA mikrosatellite repeat és a szérum IGF-I szint között (McCarthy és mtsai 1997; Rosen és mtsai 1998), mely valószínuleg közvetlenül vagy a növekedési hormon befolyásolásán keresztül fejti ki ezen hatását (Rietveld és mtsai 2003). A polimorfizmust összefüggésbe hozták a BMD-vel és a csontvesztés mértékével is (Rosen és mtsai 1998; Rivadeneira és mtsai 2003). I.6. Pleiotropizmus-a gének sokoldalúsága Az osteoporosis genetikai hátterének vizsgálatánál a legfobb célpont általában a csontszövet és annak változásai. Nem szabad azonban megfeledkezni arról, hogy számos gén más szöveteken is expresszálódva több funkciót lát el, így más betegségek létrejöttében is szerepe lehet. Ez az ún. pleiotropizmus jelensége. Egy pleiotrop gén változása tehát szükségszeruen több betegség patomechanizmusában is részt vehet. 22
I.7. Génpolimorfizmusok lehetséges szerepe a toxicus adenoma és az ezzel járó osteopathia kialakulásában, az általunk vizsgált kandidáns gének jelentosége Az osteoporosis egy részét konkrét, a csontanyagcserét befolyásoló szisztémás betegségek okozzák. Az egyik legjelentosebb ilyen csoport a hyperthyreosissal összefüggésben kialakuló osteopathia. A betegség súlyos morbiditási és mortalitási következményekkel jár. Az olyan jódhiányos területeken, mint amilyen hazánk is, a populációt- különösen idosebb korban- elsosorban a toxicus adenoma (TA) érinti (Aghini-Lombardi és mtsai 1999). A TA benignus, monoklonális tumor, mely növekedésre és jelentos mennyiségu pajzsmirigyhormon autonom, TSH-tól független termelésére való képességgel jellemezheto (Corvilain 2003). A TA jelenleg ismert leggyakoribb oka a TSH receptorés/vagy a Gs alfa alegység génjében bekövetkezo mutáció, mely a pajzsmirigy follikuláris sejtjeinek folyamatos és kontrollálatlan növekedéséhez és túlmuködéséhez vezet (Derwahl 1999; Tonacchera & Pinchera 2000). Tény azonban, hogy más genetikai vagy egyéb faktorok is részt vesznek a mutációt szenvedett sejtklónok toxicus adenomává válásában (Derwahl 1999; Trulzsch és mtsai 2001). A TA következtében felgyorsuló anyagcsere-folyamatok egyik, jelentos következménye a csontturnover gyorsulása, ennek eredményeképpen pedig az esetek kb. 50%-ában osteopathia és fokozott csonttörési rizikó kialakulása (De Menis és mtsai 1992; Vestergaard & Mosekilde 2002). A folyamat patomechanizmusa részleteiben napjainkban sem teljesen tisztázott. Az egyéni különbségek hátterében azonban a pajzsmirigybetegség ill. a csontanyagcsere örökletes tényezoinek szerepe is felmerül. Mint az fentebb említésre került, egyes pleiotrop gének a szervezet több pontján is muködnek, több betegség patomechanizmusában is feltételezheto hatásuk. A D vitamin/vdr, ösztrogén/er, IL-1/IL-1RN, IGF-I/IGF-R rendszer hagyományos, csontanyagcserében betöltött szerepén túl jelentos funkcionális hatással rendelkezik az immunmechanizmusok befolyásolása területén, szerepük igazolt tumorgenezisben is (Weiderpass és mtsai 2000; Bretherton-Watt és mtsai 2001; Sehouli & Mustea 2002; Khandwala és mtsai 2000). Korábban leírt adatok alapján feltételeztük, hogy ezen rendszereknek ill. a gének egyes, a csontanyagcserével kapcsolatban is vizsgált polimorfizmusainak hatása lehet a toxicus adenoma kialakulására és a thyreogen csontvesztésre. 23
Munkánk második részében e génpolimorfizmusok toxicus adenoma létrejöttében és az azzal járó csontvesztés patogenetikai folyamataiban betöltött szerepét vizsgáltuk. Az alábbiakban néhány korábban leírt, erre a feltételezésre alapot szolgáltató adat kerül leírásra. Az egyes génpolimorfizmusok további jelentoségének jellemzésében hivatkozom az I.5. pontok alatt felsoroltakra. I.7.a VDR gén Az elmúlt évtizedek eredményei igazolták, hogy a D vitamin/vdr szisztéma antiproliferatív, sejtdifferentiációt elosegíto és immunszupresszív hatásainak köszönhetoen részt vesz a tumorok kialakulásának és progressziójának szabályozásában (Walters 1992; Lemire 2000). In vivo kísérleti modellekben tumor indukciót követoen D vitamin (Xue és mtsai 1999) vagy analógjainak (Anzano és mtsai 1994) táplálékkal való bevitelével redukálni lehetett a tumor méretét vagy annak kialakulását. A D vitamin pótlás hyperthyreosis kezelésében is hatásosnak bizonyult (Kawakami-Tani és mtsai 1997). Humán vizsgálatok eredményei VDR BsmI polimorfizmusát kapcsolatba hozták a parathyroid adenoma (Carling és mtsai 1995), colorectalis (Speer és mtsai 2001), melltumorok (Ruggiero és mtsai 1998) és a diabetes mellitus (Speer és mtsai 2001) kialakulásával. Hyperthyreosisban szenvedo egyének esetén összefüggést találtak e polimorfizmus és a BMD értékek között (Obermayer-Pietsch és mtsai 2000). Mindezek alapján felmerül esetleges szerepe a toxicus adenoma és az azzal járó csontvesztés kialakulásában. I.7.b ER gén Egyre több adat támasztja alá az ösztrogén/er jelentoségét a pajzsmirigybetegségek, így a TA kialakulásában. Az ösztrogén képes a TSH mrns expressziójának fokozására, ezzel a pajzsmirigy sejtek proliferációjához, a pajzsmirigy növekedéséhez vezetve (Franklyn és mtsai 1987; Banu és mtsai 2001). Szerepe felmerül a pajzsmirigy follicularis adenoma kialakulásában (Egawa és mtsai 2001). Az ösztrogén képes az arra érzékeny szövetekben a tumorrá transzformálódás lépéseinek szabályozására, a tumorgenezis befolyásolására. Egyes adatok szerint az ösztrogén 24
adása DNS károsodást okozhat, következményes tumor kialakulást eredményezve (Roy & Liehr 1999). Ugyanakkor postmenopausaban adva mérsékeli a colontumorok elofordulását (al-azzawi & Wahab 2002; Nelson és mtsai 2002). Orális fogamzásgátló alkalmazása csökkenti a golyva incidenciáját (Knudsen és mtsai 2002). Az ER XbaI polimorfizmusa módosíthatja az ösztrogének célszöveti hatását. Számos kutatási eredmény szerint a polimorfizmus kapcsolatba hozható a rectum (Speer és mtsai 2001), prostata (Modugno és mtsai 2001) és melltumorok kialakulásával (Andersen és mtsai 1994; Weiderpass és mtsai 2000). A pajzsmirigy és ösztrogén, valamint a D vitamin receptorai, lévén valamennyien a szteroid receptor család tagjai, képesek egymás hatását kölcsönösen módosítani (Yen 2001), aminek szerepe lehet a hyperthyreosis kialakulásában. Az ER XbaI polimorfizmus és toxicus adenoma közötti kapcsolat eddig nem ismert. Az ösztrogén adása képes a hyperthyreosis kapcsán létrejövo csontvesztés kivédésére is (Schneider és mtsai 1994), ezzel a figyelmet a hormonhormonreceptor és génpolimorfizmusának esetleges szerepére irányítva. A kérdést a mai napig nem vizsgálták. I.7.c IL-1RN gén Az IL-1 rendszer alapveto funkciója a különbözo, szervezetet érinto negatív hatások kiküszöbölése, szerepköre igen széles, a bakteriális infekciókon át a malignus transzformációk kivédéséig terjed (Witkin és mtsai 2002). Az IL-1 RN az IL-1 biológiai hatását kompetitív módon gátolja (Dinarello 1998), az immunfolyamatok regulációjában nagy jelentosége van az IL-1/IL-1RN rendszer muködésének és egyensúlyának (Dinarello & Thompson 1991). IL-1RN hiányos vagy azt túltermelo állatkísérleti modellek megerosítették a szervezetben termelodo IL-1RN szerepét a növekedésben, a fertozéses-gyulladásos folyamatok és ezek során termelodo citokinek szabályozásában (Hirsch és mtsai 1996). Az IL-1 hatással van a tumor méretére, invazivitására, ugyanakkor tumorellenes folyamatok indukciójában is szerepe van. Az IL-1 RN carcinogenezisre gyakorolt hatása is igazolást nyert (Witkin és mtsai 2002). Az IL-1RN VNTR polimorfizmus kétszer ismétlodo szakaszát, azaz az A2 allél jelenlétét összefüggésbe hozták az IL-1RN termelodésével, gyulladásos-, tumoros 25