Genetic Variation and Clinical Manifestations in Inflammatory Bowel Disease

Crohn s disease (CD) and ulcerative colitis (UC), collectively known as inflammatory bowel disease (IBD), are characterised by chronic inflammation of the gastrointestinal tract. IBD prevalence in Finland is approximately 3-4 per 1000 inhabitants with a peak incidence in adolescence. The symptoms of IBD include diarrhoea, abdominal pain, fever, and weight loss. The precise aetiology of IBD is unknown but interplay of environmental risk factors and immunologic changes trigger the disease in a genetically susceptible individual. Twin and family studies have provided strong evidence for genetic factors in IBD susceptibility, and genetic factors may be more prominent in CD than UC. The first CD susceptibility gene was identified in 2001. Three common mutations R702W, G908R, and 1007fs of the CARD15/NOD2 gene are shown to associate independently with CD but the magnitude of association varies between different populations. The present study aimed at identifying mutations and genetic variations in IBD susceptibility and candidate genes. In addition, correlation to phenotype was also assessed. One of the main objectives of this study was to evaluate the role of CARD15 in a Finnish CD cohort. 271 CD patients were studied for the three common mutations and the results showed a lower mutation frequency than in other Caucasian populations. Only 16% of the patients carried one of the three mutations. Ileal location as well as stricturing and penetrating behaviour of the disease were associated with occurrence of the mutations. The whole protein coding region of CARD15 was screened for possible Finnish founder mutations. In addition to several sequence variants, five novel mutations (R38M, W355X, P727L, W907R, and R1019X) were identified in five patients. Functional consequences of these novel variants were studied in vitro, and these studies demonstrated a profound impairment of MDP response. Investigation of CARD15 mutation frequency in healthy people across three continents showed a large geographic fluctuation. No simple correlation between mutation frequency and disease incidence was seen in populations studied. The occurrence of double mutant carriers in healthy controls suggested that the penetrance of risk alleles is low. Other main objectives aimed at identifying other genetic variations that are involved in the susceptibility to IBD. We investigated the most plausible IBD candidate genes including TRAF6, SLC22A4, SLC22A5, DLG5, TLR4, TNFRSF1A, ABCB1/MDR1, IL23R, and ATG16L1. The marker for a chromosome 5 risk haplotype and the rare HLA-DRB1*0103 allele were also studied. The study cohort consisted of 699 IBD patients (240 CD and 459 UC), of which 23% had a first-degree relative with IBD. Of the several candidate genes studied, IL23R was associated with CD susceptibility, and TNFRSF1A as well as the HLA-DRB1*0103 allele with UC susceptibility. IL23R variants also showed association with the stricturing phenotype and longer disease duration in CD patients. In addition, TNFRSF1A variants were more common among familial UC and ileocolonic CD. In conclusion, the common CARD15 mutations were shown to account for 16% of CD cases in Finland. Novel CARD15 variants identified in the present study are most likely disease-causing mutations, as judged by the results of in vitro studies. The present study also confirms the IL23R association with CD susceptibility and, in addition, TNFRSF1A and HLA-DRB1*0103 allele association with UC of specific clinical phenotypes.Crohnin tauti ja haavainen paksusuolitulehdus ovat elinikäisiä tulehduksellisia suolistosairauksia, joiden esiintyvyys suomalaisessa väestössä on noin 3-4/1000 asukasta kohden. Tauti puhkeaa tavallisimmin nuorella aikuisiällä. Taudin oireet voivat ilmetä ripulina, suolistoverenvuotona, mahakipuna, kuumeiluna sekä laihtumisena. Sen lisäksi oireita voi olla suoliston ulkopuolella kuten nivelissä, iholla ja maksassa. Sekä ympäristötekijöiden että perinnöllisen alttiuden on todettu vaikuttavan kroonisten suolistotulehdusten puhkeamiseen. Nykykäsityksen mukaan taudin puhkeamisessa jokin laukaiseva tekijä aiheuttaa perinnöllisesti alttiilla henkilöllä immunologisen säätelyhäiriön suolen limakalvolla. Kaksos- ja perhetutkimukset ovat osoittaneet jo aiemmin perimän vaikuttavan taudin syntyyn. Vuonna 2001 löydettiin ensimmäinen geeni Crohnin taudissa. Kyseessä on CARD15/NOD2-geeni, jonka kolmen mutaation (R702W, G908R ja 1007fs) on osoitettu liittyvän Crohnin tautiin useassa eri väestössä. Mutaatiofrekvenssin suuruus tosin vaihtelee eri väestöjen välillä. Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli etsiä tulehduksellisille suolistosairauksille altistavia mutaatioita ja geneettisiä muutoksia suomalaisessa potilasmateriaalissa. Lisäksi tutkittiin, onko löydetyillä muutoksilla yhteyttä potilaan ilmiasuun. CARD15-geenin mutaatiofrekvenssi osoittautui matalammaksi suomalaisilla Crohn potilailla, sillä vain 16% potilaista kantoi yhtä näistä kolmesta mutaatiosta. Mutaation kantajilla oli normaalia useammin ohutsuolen loppuosan (ileum) tauti sekä fisteleiden ja striktuuroiden muodostumista. Alhaisesta mutaatiofrekvenssistä johtuen tutkimusta jatkettiin CARD15-geenin proteiinia koodaavan alueen kartoituksella. Tutkimuksen tuloksena löytyi useita emäsmuutoksia, joista viisi aminohappomuutosta (R38M, W355X, P727L, W907R ja R1019X) olivat ennen kuvaamattomia. Suomalaista valta- tai perustajamutaatiota ei kuitenkaan löytynyt. Uusien mutaatioiden vaikutusta proteiinin toimintaan tutkittiin in vitro olosuhteissa ja saadut tulokset puhuvat sen puolesta, että mutaatiot alentavat proteiinin toimintaa. Kolmen CARD15-mutaation yleisyyttä tutkittiin myös terveiden verrokkien keskuudessa ja suuria maantieteellisiä eroja mutaatiofrekvenssissä oli nähtävissä myös tässä joukossa. Selkeää yhteyttä mutaatiofrekvenssin ja Crohnin taudin ilmaantuvuuden välillä ei voitu myöskään osoittaa. Kahden mutaation kantajien osuus terveiden ihmisten joukossa osoitti myös, että näiden kolmen riskialleelin penetranssi on matala. Lisäksi väitöskirjatyössä tutkittiin todennäköisimpien kandidaattigeenien TRAF6, SLC22A4, SLC22A5, DLG5, TLR4, TNFRSF1A, ABCB1/MDR1, IL23R ja ATG16L1 sekä kromosomi 5 riskihaplotyypin ja harvinaisen HLA-DRB1*0103-alleelin osuutta tulehduksellisten suolistosairauksien alttiuteen. Näistä IL23R-geeni assosioitui Crohnin tautiin ja sekä TNFRSF1A-geeni että HLA-DRB1*0103-alleeli puolestaan haavaiseen koliittiin. Lisäksi IL23R-geenin muutokset liittyivät Crohn -potilailla suolistoa ahtauttavaan (strikturoiva) ilmiasuun ja pidempään taudin kestoon. TNFRSF1A-geenin muutokset olivat sen sijaan yleisimpiä haavaista koliittia sairastavilla potilailla, joilla oli ensimmäisen asteen sukulaisia, sekä ohut- ja paksusuolen tautia sairastavilla Crohn -potilailla. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että 16% suomalaisista Crohn potilaista kantoi yhtä kolmesta yleisestä CARD15-geenin mutaatiosta. Myös viisi uutta mutaatiota, jotka löydettiin tämän tutkimuksen aikana, ovat mitä todennäköisimmin tautia aiheuttavia mutaatioita tehtyjen in vitro tutkimusten perusteella. Tämä väitöskirjatutkimus myös vahvisti IL23R-geenimuutosten liittymisen Crohnin taudin alttiuteen sekä TNFRSF1A-geenin ja HLA-DRB1*0103-alleelin liittymisen haavaiseen koliittiin