A large part of the genomic arrangement regulating the immune system is located in the Major Histocompatibility Complex (MHC) region on chromosome 6p21.31. Human leucocyte antigen (HLA) genes, which encode the antigen presenting molecules, are located in MHC class I and II, while the MHC class III region contains non-HLA genes, e.g. butyrophilin-like protein 2 (BTNL2), tumor necrosis factor (TNF) and complement C4. Most genes in the MHC region play an important role in susceptibility to autoimmune and infectious diseases.
Sarcoidosis is a complex granulomatous disorder with varying a clinical presentation. A multitude of studies have reported strong associations between genes in the MHC and sarcoidosis. The structure of the MHC is characterized by a high degree of polymorphism, due to population-specific and highly conserved extended haplotypes, leading to a complicated pattern of linkage disequilibrium (LD). This makes dissecting disease associations within individual MHC genes difficult.
The primary aims of this Study were to study the overall polymorphism of the MHC region in Finnish subjects, to investigate MHC as a susceptibility locus for sarcoidosis and to find predictive markers for the prognosis of the disease.
In Study I, extended MHC haplotypes covering genes within MHC class I (HLA-A, -B), MHC class II (HLA-DRB1, -DQB1 and DPB1) and MHC class III (e.g. TNF and BTNL2) were constructed and LD between the genes studied in a Finnish population sample. We discovered that the extended MHC haplotypes could be grouped, based on a similar functional variant (e.g. truncating protein) or a similar structure of the peptide binding site. In Study II, we replicated a previously reported HLA-DRB1*03:01 association with a favourable prognosis of sarcoidosis in Finland (P=0.007, OR=2.7). Using the extended MHC haplotype approach, we detected novel and independent variants associated with sarcoidosis (HLA-DPB1*04:02; P=0.003, OR=0.48) or the disease course of sarcoidosis (HLA-DRB1*04:01-DPB1*04:01; P=0.02, OR=3.07). In Study IV, we explored four genes in the MHC class III region (LTA, TNF, AGER, BTNL2) and HLA-DRA, and performed a replication and meta-analysis in four European populations. After adjusting for sex, population stratification and HLA-DRB1 alleles, four SNPs in the HLA- DRA/BTNL2 region were associated with non-Löfgren sarcoidosis; the strongest signal association was detected with rs3177928 (1.79x10-7, OR=1.90). In this Study, we also addressed guidelines for disease association studies dealing with immunogenetic data.
The results of the extended MHC haplotype analysis discovered a unique haplotype admixture in the Finnish population, which may have implications to MHC-related disease associations. Our sarcoidosis study provided new insights to predicting the disease prognosis, with different distributions of MHC variants associating different patterns of progression, further promoting the importance of MHC region in sarcoidosis predisposition. Especially, the region covering the genes BTNL2 and HLA-DRA warrants further studies in larger samples and in different ethnic groups. To conclude, this Study showed the importance of studying extended MHC haplotypes in well-characterized samples, in order to understand the complex MHC structure and to distinguish variants associations with the trait.Sarkoidoosi on useita elimiä samanaikaisesti vaurioittava tulehdussairaus, jonka aiheuttajaa ei tunneta. Sarkoidoosissa eri elimiin muodostuu pieniä tulehdussolukertymiä eli granuloomia, varsinkin keuhkoihin ja imusolmukkeisiin. Suomessa sarkoidoosiin sairastuu vuosittain noin 500 henkilöä. Sarkoidoosin taudinkuva on vaihteleva, yleisoireena on tyypillisesti yskää, kohtalaista kuumeilua ja väsymystä. Suurin osa tautiin sairastuneista ei tarvitse hoitoa, koska lieväoireinen tauti paranee monesti itsestään. 20%:lla tauti kuitenkin kroonistuu jolloin keuhkofibroosin ohella voi löytyä muutoksia ihossa, silmissä, maksassa/pernassa, luustossa, sydänlihaksessa, keskushermostossa jne.
Nykykäsityksen mukaan sarkoidoosin syntymisen taustalla ovat sekä ympäristötekijät että geenit, joista tärkeimpinä pidetään MHC-alueen geenejä, kuten HLA-DRB1 ja BTNL2. MHC-alue kromosomissa 6 (6p21.3, Major Histocompatibility Complex) sisältää joukon geenejä, joista suurin osa liittyy ihmisen immuunivasteen muodostumiseen ja säätelyyn. MHC-alue jakaantuu kolmeen luokkaan. Elinsiirtojen kudossopeutuvuutta määrittelevät klassiset transplantaatiogeenit, HLA-A, -B, -DRB1, -DQB1 ja -DPB1, kuuluvat joko luokkaan I tai II. Näiden HLA-geenien päätehtävä on esitellä peptidejä (antigeenejä) immuunijärjestelmälle. Luokan III alueella on geenejä, kuten esimerkiksi C4 komplementtigeenit ja BTNL2, jotka liittyvät mm. tulehdusreaktion syntyyn sekä solujen väliseen viestintään.
Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli kartoittaa, miten suomalaisten MHC-alueen geenit jakaantuvat ja esiintyvät yhdessä, ja käyttää näitä tietoja hyväksi tutkiessa MHC geenien merkitystä sarkoidoosin alttiuteen ja ennusteeseen.
I. osajulkaisussa tutkimme erilaisten MHC-geenikombinaatioiden (haplotyyppien) jakaumia ja geenien välistä kytkeytymistä (kytkentäepätasapainoa). Totesimme, että MHC-haplotyyppejä voi ryhmitellä sen mukaan miten ne sisältävät samoja toiminnallisia geenimuotoja (esim. C4 geenin puutos) tai samankaltaisia antigeenin sitoutumiskohtia. Tutkimustuloksemme osoittivat, että usean MHC-geenin samanaikainen analysointi ja haplotyyppirakenteiden tunteminen voi auttaa ehdokasgeenien paikantamisessa. Osajulkaisuissa II ja III toistimme aiemmin muista väestöistä löydettyjen geenien, HLA-DRB1*03:01 and BTNL2, yhteyden sarkoidoosin ennusteen myös suomalaisessa väestössä. Tutkimuksissamme löysimme myös uusia sarkoidoosille altistavia (HLA-DRB1*04:01-DPB1*04:01) ja siltä suojaavia (HLA-DPB1*04:02) geenejä. IV osajulkaisussa monikansallinen otos vahvisti sarkoidoosiin liittyvien MHC luokan II ja III ehdokasgeenien ja niissä löytyneiden geenimuotojen merkityksen taudin alttiudelle.
Sarkoidoosille altistavan geenin osoittaminen on MHC-alueella haastavaa, koska alueen geenit ovat tiukasti kytkeytyneet toisiinsa, ja ehdokasgeenit voivat vaihdella eri väestöjen välillä. Tässä väitöskirjatyössä osoitimme, että MHC-alueen kokonaisvaltaisesta tutkimisesta on etua alttiusgeenien paikantamisessa. Hyödyntäen tätä lähestymistapaa - tutkimalla useita MHC-geenejä samanaikaisesti- löysimme MHC-geenialueelta uusia sarkoidoosiin ja sarkoidoosin ennusteeseen liittyviä geenimuotoja. Ne auttavat ymmärtämään sarkoidoosin monimuotoista geneettistä taustaa ja osoittavat MHC-geenien merkityksen sarkoidoosin alttiudelle. Jotta MHC-alueen geenejä voidaan käyttää ennustamaan suomalaisten sarkoidoosipotilaiden taudinkuvaa, tulee tulokset toistaa isommassa otoksessa
