Genetische Variationen in Prozess der T-Zell-Regulation (PTPN22) und des Vitamin D Stoffwechsel /Megalin) als Prädispositionsfaktoren für Autimmunendokrinopathien
Typ 1 Diabetes mellitus (T1D), Hashimoto-Thyreoiditis (HT) und Morbus Addison (AD) sind autoimmunvermittelte Erkrankungen mit multifaktorieller und polygener Ätiologie. Die gemeinsamen prädisponierenden genetischen Merkmale (HLA Klasse II-Moleküle und CTLA-4) bedingen eine Störungen in der T-Zell-Aktivierung und Homöostase. Es mehren sich Hinweise, dass PTPN22 ein weiterer genereller Risikofaktor für Autoimmunität ist. PTPN22 kodiert für eine intrazelluläre Tyrosin-Phosphatase, die als Suppressor der T-Zell- Aktivierung wirk. In der vorliegenden Arbeit wurde die Verteilung des PTPN22 1858 C/T Polymorphismus in deutschen Patienten mit T1D (n = 220), AD (n = 121) und HT (n = 116) sowie gesunden Kontrollen (n = 239) untersucht. Hierbei konnte eine signifikante Assoziation der Genvariation und den Erkrankungen T1D und HT bestätigt werden. PTPN22 1858 T wurde häufiger bei Patienten mit T1D (19,3% vs. 11,3%; p = 0,001; OR für Allel T = 1,88, 95% CI [1,30-2,72]) und HT (18,1% vs. 11,3%; p = 0,0129; OR für Allel T = 1,74, 95% CI [1,12-2,69]) beobachtet. Erstmals konnte eine exklusive Assoziation zum weiblichen Geschlecht bei Patientinnen mit T1D beobachtet werden (p = 0,0001). Ein signifikanter Unterschied zwischen männlichen Typ 1 Diabetikern und Kontrollen war nicht nachweisbar. Für eine Assoziation von PTPN22 1858 C/T und AD fanden sich keine Hinweise. Zusammenfassend ist der Polymorphismus PTPN22 1858 C/T in der Pathogenese von HT und T1D in der deutschen Bevölkerung involviert, beim T1D durch einen geschlechtsspezifischen Mechanismus, der zu einer Risikoerhöhung im weiblichen Geschlecht führt. Diese Ergebnisse werden durch aktuelle Studien bestätigt. Der Vitamin D-Stoffwechsel ist ein weiteres System mit einem klar belegten Einfluss auf das Immunsystem. Die Gabe von aktivem Vitamin D zeigte im Tiermodell eine Protektion vor T1D. Der modulierende Einfluss auf T-Zell-Differenzierung und Aktivität von dendritischen Zellen mittels Zytokinausschüttung bewirkt ein Verschiebung des Gleichgewichts von T-Helferzellen in Richtung Th2-Zellen und regulatorischen T-Zellen. Zusätzlich belegen epidemiologische Daten eine Verbindung von Vitamin D Ernährungsstatus in der frühen Kindheit und der Prävalenz von T1D. Ein genetisches Risiko für T1D konnte für die folgenden Komponenten des Vitamin D-Systems identifiziert werden: Vitamin D bindendes Protein (DBP), CYP2R1, CYP27B1 und CYP24 sowie Vitamin D-Rezeptor (VDR). Ein weiteres Makromolekül mit essentieller Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Vitamin D-Metabolismus ist Megalin. Der endozytotische Multiliganden-Rezeptor gehört zur Familie der low-density Lipoprotein (LDL)-Rezeptoren und wird hauptsächlich in den Zellen des proximalen Tubulus der Niere exprimiert, zusätzlich aber auch in anderen resorptiven Epithelien. Megalin liefert den größten Beitrag zur Protein-Aufnahme aus dem glomerulären Filtrat in die Zellen des proximalen Tubulus. Neben einer relativ unspezifischen Bindung vieler Proteine (z.B.: Albumin, ベ1- und ベ2-Mikroglobulin) bindet Megalin einige Liganden mit hoher Affinität. Hierzu zählen Hormone, Vitamin-bindende Proteine und Lipoproteine. Megalin gewinnt durch die zelluläre Aufnahme von Vitamin D im Komplex mit seinem Transportprotein DBP eine große Bedeutung im Vitamin D-Stoffwechsel. Die Endozytose ist notwendig um 25 OH D3 zu konservieren und um Zellen mit der Vorstufe zur Generierung von 1,25 (OH)2 D3, der biologisch aktiven Form von Vitamin D, zu versorgen. Weiterhin ist die Aufnahme möglicherweise direkt mit der Aktivierung des nukleären VDR verbunden, als Vorbereitung auf kommende Liganden In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals die Bedeutung von genetischen Polymorphismen des Megalingens bei Patienten mit T1D und gesunden Kontrollen der deutschen Bevölkerung untersucht. Die Analyse von neun SNPs erbrachten interessante Erkenntnisse: Genvariationen von Megalin sind mit T1D assoziiert, wobei MegE36 A, ein SNP auf Exon 36, das Risiko einer Erkrankungsmanifestation erhöht. Allel »A« wurde häufiger bei Patienten mit T1D beobachtet (95,6% vs. 92,2%; OR für Allel A = 1,85, 95% CI [1,18-2,91]). In der geschlechtsgetrennten Analyse beschränkten sich die gefundenen Differenzen der Allelfrequenzen lediglich auf das männliche Geschlecht (p = 0,0014; OR für Allel A = 2,67, 95% CI [1,43 – 4,98]). Bei Frauen war kein signifikanter Unterschied nachweisbar. Da dieser exonische SNP still ist, d.h. durch einen synonymen Aminosäurenaustausch keinen Einfluss auf die Rezeptorfunktionalität hat, treten mögliche Effekte auf RNA-Ebene auf. Denkbar ist auch eine Kopplung mit einem benachbarten Marker. Drei weitere nicht synonyme exonische SNPs (MegE03 A/G, MegE66 A/G and MegE69 A/C) weisen eine grenzwertige Assoziation zu T1D auf und haben zugleich einen funktionellen Einfluss auf die Proteinstruktur. Bemerkenswerterweise zeigt MegE66, wie auch MegE36 A, lediglich bei Männern ein genetisches Risiko für T1D. Diese Geschlechtsspezifität wird möglicherweise durch eine Interaktion von Megalin mit Androgenen und Östrogenen in Verbindung mit dem Transportprotein (SHBG) begründet. Die Aufklärung des molekularen Mechanismus wird Gegenstand künftiger Studien sein.Type 1 diabetes mellitus (T1D), Hashimoto’s thyroiditis (HT) and Addison’s disease are multifactorial endocrine autoimmune diseases which share genetic susceptibility loci, causing a disordered T-cell activation and -homeostasis (HLA class II genes, CTLA-4). Recent studies showed a genetic variation within the PTPN22 gene to be an additional risk factor. Given the growing evidence that PTPN22 is associated with autoimmunity in general, we analysed the PTPN22 1858 C/T polymorphism in German patients with type 1 diabetes (n = 220), Addison´s disease (n = 121) and Hashimoto´s thyroiditis (n = 116) and healthy controls (n = 239). Our study confirms a significant association between allelic variation of the PTPN22 1858 C/T polymorphism and T1D and HT. PTPN22 1858T was observed more frequently in patients with T1D (19.3% vs. 11.3%; p = 0.001; OR for allele T = 1.88, 95% CI [1.30-2.72]) and HT (18.1% vs. 11.3%; p = 0.0129; OR for allele T = 1.74, 95% CI [1.12-2.69]). However, this susceptibility factor proved to be unique to the female sex in patients with T1D (p = 0.0001), which is a novel observation. No significant difference was observed between the distribution of PTPN22 1858 C/T in patients with AD and healthy controls. The PTPN22 polymorphism 1858 C/T may be involved in the pathogenesis of HT and T1D by a sex specific mechanism that contributes to susceptibility in females. These findings are supported by several recent studies. The vitamin D endocrine axis is another system with a well-established influence on the immune system. Administration of active vitamin D has been shown to prevent T1D in animal models, to modify T-cell differentiation and to modulate dendritic cell action by inducing cytokine secretion shifting the balance to regulatory T-cells. In addition there are epidemiological data linking vitamin D nutritional status in childhood with the prevalence of T1D. So far several proteins involved in the vitamin D system have been identified with genetic susceptibilities to T1D: vitamin D binding protein (DBP), the hydroxylases CYP2R1, CYP27B1 and CYP24 and vitamin D receptor (VDR). Another macromolecule with crucial role in the maintenance of vitamin D metabolism is megalin. The multiligand, endocytic receptor belongs to the low-density lipoprotein (LDL) receptor family and is mainly localized in the renal proximal tubule, but has been identified in other absorptive epithelia. Megalin constitutes the major pathway for clearance of macromolecules from the glomerular filtrate into the renal proximal tubules. Apart from the non-specific uptake of protein, reflecting a general protein rescuing function, the receptor binds with high affinity to selected ligands, including hormones, vitamin binding proteins and lipoproteins. A crucial role of megalin in cellular vitamin D metabolism is well established. It binds vitamin D metabolites complexed with the carrier DBP and mediates their uptake into cells. Endocytosis is required to preserve 25 OH vitamin D3 and to supply cells with the precursor for generation of 1,25 (OH)2 vitamin D3, the biological active form of vitamin D. Furthermore uptake of vitamin D metabolites may be directly linked to the acti vation of the nuclear VDR, thus, priming it for incoming ligands. In the present study, we conducted an association analysis to determine the relationship between megalin gene and T1D. Therefore we investigated nine single nucleotide polymorphisms (SNPs) within the megalin gene region in German patients with T1D and healthy controls. The analysis discloses a potentially exiting finding: SNPs within the megalin gene are associated with T1D, whereas MegE36 A raises the risk for disease onset. Allele »A« was observed more often in T1D patients (95.6% vs. 92.2%; OR for allele A = 1.85, 95% CI [1.18-2.91]). A sex-stratified analysis reveals an interesting observation: comparison of male patients with male controls shows a significant difference of their allelic distribution (p = 0.0014; OR for allele A = 2.67, 95% CI [1.43 - 4.98]), whereas no significant difference was detected between patients and controls of the female sex. While this exonic SNP is silent, causing a synonymous amino acid change with no expected bearing on functionality of the receptor, effects may occur on the RNA level. It seems likely that another functional variation might exist in megalin being in tight linkage with MegE36 A/T. Three other non synonymous SNPs (MegE03 A/G, MegE66 A/G and MegE69 A/C) show a borderline significance and have a functional impact. Interestingly, MegE66 A, as MegE36 A, shows only genetic susceptibility for T1D in males. This sex bias may be explained by megalin's interaction with androgens and estrogens in complex with their carrier proteins, the sex hormone binding globulin (SHBG). The molecular mechanism remains to be elucidated
