Tauteja aiheuttavien X-kromosomaalisten varianttien vaikutukset heterotsygoottisissa kantajissa

Ihmisillä sukupuoli määräytyy sukupuolikromosomien X ja Y kautta. Naiset kantavat kahta X-kromosomia, kun taas miehet ovat XY-yksilöitä. Tämän X-kromosomijakauman vuoksi X-kromosomaalisten geenien ilmentymistä tasapainotetaan prosessilla X-kromosomin inaktivaatio, jossa varhaisessa naarasalkiossa toinen, joko satunnaisesti tai ensisijaisesti valittu, X-kromosomeista hiljennetään. X-sidonnaiset taudit ovat yleisempiä miehillä, sillä yleensä naisilla tautia aiheuttavan variantin vaikutukset voidaan kompensoida toisen X-kromosomin normaalilla alleelilla, mutta miehillä ilmenee se alleeli, joka on heidän ainoassa X-kromosomissaan. On kuitenkin raportoitu tapauksia, joissa heterotsygoottinen nainen ilmentää oletettavasti resessiivisesti periytyvää X-sidonnaista tautia, vaikka oireet ovat näissä tapauksissa usein lievempiä kuin miehillä. Eräs syy tähän voisi olla vinoutunut X-kromosomin inaktivaatio, jossa suurin osa naisen soluista ilmentää mutatoitunutta alleelia. Tämän tutkielman päätavoitteena oli tutkia, kuinka usein heterotsygoottisilla naiskantajilla on oireita X-sidonnaisista taudeista. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi, (todennäköisesti) patogeeniset X-kromosomaaliset variantit kerättiin ClinVar -tietokannasta, ja niiden varianttien globaalit alleelifrekvenssit tutkittiin tietokannasta The Genome Aggregation Database (gnomAD). UK Biobank (UKB) -biopankin 500 000 yksilön geneettisiä ja fenotyyppisiä tietoja hyödynnettiin geneettisissä assosiaatioanalyyseissä, joissa tutkittiin ClinVar-varianttien vaikutusta niiden raportoitujen fenotyyppien kvantitatiivisiin ominaisuuksiin. Assosiaatiot testattiin erikseen miehillä ja naisilla, jotta voitaisiin huomata sukupuolispesifit vaikutukset ja periytymismallit verraten varianttien efektikokoja. 89 (todennäköisesti) patogeenistä varianttia havaittiin UKB:sta ja suurin osa näistä varianteista oli erittäin harvinaisia eli niiden alleelifrekvenssi globaalisti oli alle 0,01 %. Sen jälkeen, kun suodatettiin pois variantit, jotka eivät täyttäneet vaatimuksia, kuten tarpeeksi kantajia, niistä valittiin 11 ja 27 miesten ja naisten assosiaatioanalyyseihin. Yhdestä viiteen kvantitatiivista ominaisuutta valittiin kullekin variantille, minkä tuloksena tehtiin miehillä 28 testiä ja naisilla 87 testiä. Nämä analyysit osoittivat muutamia merkittäviä assosiaatioita, kun taas suurimmalla osalla testatuista varianteista ei havaittu olevan vaikutusta valittuun ominaisuuteen. Tilastollisesti merkittävin assosiaatio miehillä havaittiin geenin AR (androgeenireseptori) variantilla rs137852591. Variantti voitiin yhdistää alhaisempaan lihasmassaan sekä lyhyyteen, jotka ovat ominaisia piirteitä osittaisessa androgeeni-insensitiivisyyssydroomassa, joka on raportoitu kyseiselle variantille ClinVar:ssa. Tämä variantti yhdistettiin samoihin ominaisuuksiin myös naisten assosiaatioanalyyseissä, mikä voisi viitata siihen, että naisellakin voisi olla oireita syndroomasta. Lisäksi, molemmilla sukupuolilla variantit geenissä G6PD tuntuivat liittyvän ominaisuuksiin, jotka ovat tyypillisiä glukoosi-6-fosfaattidehydrogenaasin puutokselle. Käytettyjen tietokantojen rajoitukset tulee ottaa huomioon, kun tehdään tutkimuksia niitä käyttäen. Kuitenkin, tämä tutkielma osoitti, että heterotsygoottiset kantajanaaraat voivat omata oireita X-sidonnaisista taudeista, joilla oletetaan olevan resessiivinen periytymismalli. Tulevaisuudessa, X-sidonnaisten varianttien vaikutuksia tutkiessa voitaisiin käyttää suurempaa otosta fenotyyppejä, jotta saataisiin laajempi tutkimustulos.Sex determination in humans occurs via the sex chromosomes, X and Y. Females carry two X chromosomes while males are XY individuals. Due to this X chromosome distribution the expression of X-linked genes is balanced with a process called X chromosome inactivation (XCI) where one of the X chromosomes is silenced, selected either randomly or preferentially, in early female embryogenesis. X-linked disorders are more prevalent in males as, generally, in females the effects of a disease-causing variant in other of the X chromosomes can be compensated with the normal allele on the other X whereas male express the allele on their only X chromosome. However, cases of heterozygous females manifesting an assumed recessive X-linked disorder have been reported although the symptoms are usually milder in these cases than in males. One suggested reason behind this is a skewed XCI where the majority of female’s cells express the mutated allele. The main goal of this thesis was to examine how often heterozygous female carriers have symptoms of X-linked disorders. To achieve this goal, likely pathogenic and pathogenic X-chromosomal variants were retrieved from the ClinVar database and their global allele frequencies were examined from The Genome Aggregation Database (gnomAD). The genetic and phenotypic data of 500,000 individuals from the UK Biobank (UKB) were used to conduct genetic association analyses between the ClinVar variants and quantitative traits related to their reported phenotypes. The associations were tested in males and in females separately to allow for examination of sex-specific effects and inheritance models via the comparison of effect sizes. 89 (likely) pathogenic variants were detected from UKB, and the majority of these were extremely rare with minor allele frequency below 0.01% in the global population. 11 and 27 of them were selected for the association analyses for the male and female populations of UKB, respectively, after filtering out variants that did not meet requirements such as enough carriers. One to five quantitative traits were chosen for each variant resulting in 28 tests among males and 87 among females. These analyses showed few significant associations while the majority of the tested variants were observed to have no effects on the chosen trait. The most statistically significant association was observed with variant rs137852591 on the gene AR (androgen receptor) in males. The variant was related to lower muscle mass and shorter height that are associated partial androgen insensitivity syndrome reported in ClinVar for this variant. Nominally significant associations were seen with this variant and the same traits in heterozygous females suggesting that there might be, indeed, symptoms of the syndrome in females as well. Additionally, in both sexes variants on gene G6PD seemed related to traits that are characteristics of glucose 6 phosphate dehydrogenase deficiency. The limitations of these databases must be taken into account when conducting studies utilizing them. However, this thesis demonstrated that heterozygous female carriers may have symptoms of X-linked disorders assumed to have recessive inheritance pattern. In the future, a wider set of phenotypes could be used to investigate the impacts of the X-linked variants more broadly

A search for modifying genetic factors in CHEK2 : c.1100delC breast cancer patients

The risk of breast cancer associated with CHEK2:c.1100delC is 2-threefold but higher in carriers with a family history of breast cancer than without, suggesting that other genetic loci in combination with CHEK2:c.1100delC confer an increased risk in a polygenic model. Part of the excess familial risk has been associated with common low-penetrance variants. This study aimed to identify genetic loci that modify CHEK2:c.1100delC-associated breast cancer risk by searching for candidate risk alleles that are overrepresented in CHEK2:c.1100delC carriers with breast cancer compared with controls. We performed whole-exome sequencing in 28 breast cancer cases with germline CHEK2:c.1100delC, 28 familial breast cancer cases and 70 controls. Candidate alleles were selected for validation in larger cohorts. One recessive synonymous variant, rs16897117, was suggested, but no overrepresentation of homozygous CHEK2:c.1100delC carriers was found in the following validation. Furthermore, 11 non-synonymous candidate alleles were suggested for further testing, but no significant difference in allele frequency could be detected in the validation in CHEK2:c.1100delC cases compared with familial breast cancer, sporadic breast cancer and controls. With this method, we found no support for a CHEK2:c.1100delC-specific genetic modifier. Further studies of CHEK2:c.1100delC genetic modifiers are warranted to improve risk assessment in clinical practice.Peer reviewe