Clinical and genetic findings in early-onset primary osteoporosis

Osteoporosis is a common disease, which is caused by both genetic and environmental factors. Osteoporosis increases the risk of fragility fractures, reduces quality of life, and raises mortality rates in affected individuals. Despite years of extensive genetic research, only a few clinically significant underlying genes have been identified. These have been discovered by linkage analysis of families with extreme bone phenotypes. The numerous gene polymorphisms identified by genome-wide association studies have only modest effects on bone mineral density. This suggests that the osteoporosis phenotype seen in the general population is probably due to complex inheritance, i.e. caused by many interacting genetic factors. The aim of this investigation was to examine young patients and families with early-onset osteoporosis in order to better define their clinical phenotype and to clarify their genetic predisposition. A cohort of 27 children with juvenile osteoporosis and 60 family members were assessed at the Hospital for Sick Children, Toronto, Canada. The majority of assessed children had at least one parent with low bone mineral density implying a strong heredity of the disorder. Certain polymorphisms (Q89R, V667M, N740N and A1330V) in the gene encoding for low density lipoprotein receptor-related protein 5 (LRP5) were shown to be over-represented in this cohort. Patients with a clinical diagnosis of osteoporosis-pseudoglioma syndrome (OPPG), a rare disease caused by biallelic mutations in LRP5, were screened. Four new mutations affecting protein splicing along with the first functional data on a splice site mutation in LRP5 were presented. Finnish families with many individuals suffering from osteoporosis were also assessed. In a family with early-onset osteoporosis, 11 of 19 examined family members were found to be affected. The clinical characteristics include suboptimal bone accrual in adolescence, severe osteoporosis in adulthood, progressive compression fractures of the vertebrae, and proneness to peripheral fractures. Histomorphometric analyses from four affected individuals also indicated low-turnover bone metabolism. Two genomic regions (1p22.2-p21.1 and 11q22.1-q22.3), which may contain their disease-causing genetic variations, were identified by microsatellite linkage analysis. The exons in the putative linkage areas were sequenced by target enrichment and next-generation sequencing, and three heterozygous non-synonymous variations were found in the genes encoding for BCAR3 (p.F6Y), MMP10 (p.R53K), and DYNC2H1 (p.Q304L). These require further assessment to clarify their clinical significance. In another family, the rare syndrome of Calvarial Doughnut Lesions (CDL) was diagnosed in a young girl with osteoporosis and severe glaucoma. Her father and paternal grandmother were also affected. A thorough characterization of the clinical and bone histomorphometric features of the condition is provided here. A role for LRP5 has been excluded in the pathogenesis of CDL, given that no mutations were found in this gene to correspond with the clinical cases studied. This thesis provides new data regarding the clinical features and genetic background of bone weakness in children. The impact of these discovered genetic defects requires further elucidation in future studies.Luukato on yleinen sairaus, joka aiheutuu sekä perinnöllisistä että ulkoisista tekijöistä. Luukato lisää potilaiden murtumariskiä, huonontaa heidän elämänlaatuaan ja jopa lyhentää elinikäennustetta. Huolimatta siitä, että luukadon tiedetään olevan vahvasti periytyvä sairaus, ainoastaan muutama merkittävä luukatoriskiin vaikuttava perintötekijä on tähän mennessä tunnistettu. Väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin uusia ja jo tunnettuja luukatoa aiheuttavia perintötekijöitä. Tutkimuksessa keskityttiin nuoriin luukatopotilaisiin, joilla ei luuston heikkenemisen taustalla ollut todettavissa ulkoista syytä tai toista sairautta. Valtaosalla tutkituista lapsista, joilla oli suurentunut murtumaherkkyys ja/tai alentunut luuston mineraalitiheys, todettiin ainakin toisella vanhemmista luuston tiheyden alenemaa. Tämä löydös tukee käsitystä luukadon periytyvyydestä. Samoilla lapsipotilailla todettiin myös tiettyjen LRP5-geenin perintötekijävaihteluiden jakauman olevan erilainen kuin terveillä verrokeilla. Toisessa väitöskirjan osatyössä keskityttiin potilaisiin, jotka sairastavat nk. osteoporoosi-pseudogliooma oireyhtymää. Sairaus aiheutuu LRP5-geenin bialleelisista mutaatioista. Tutkimuksessa kuvattiin aiemmin tuntemattomia geenimutaatioita ja osoitettiin, että kyseiset mutaatiot aiheuttavat LRP5-proteiinin tuotantovaiheessa pilkkoutumismuutoksen. Yhden mutaation kohdalla selvitettiin mutaation vaikutusta solutasolla. Väitöskirjan yhdessä osiossa tutkittiin vaikeaa luukatoa sairastavan sisarusparin sukua ja tunnistettiin yhdeksän luukatoa sairastavaa henkilöä. Monet heistä olivat olleet tietämättömiä sairaudestaan. Luukatoa sairastavilla todettiin suurentunut murtumaherkkyys, alentunut luuston mineraalitiheys sekä alkavia nikamamadaltumia jo nuoruusiässä. Nuorilla aikuisilla oli oireettomia, merkittäviä nikamamurtumia, ja keski-ikäisillä potilailla vakava, oireinen luukato, johon liittyi vaikeita ryhtimuutoksia ja kipuoireita. Perintötekijöitä tutkimalla tunnistettiin luukatoa sairastavilla henkilöillä kaksi yhteistä kromosomialuetta, ja niissä kolme perintötekijämuutosta, jotka mahdollisesti altistavat sairaudelle. Luukatoa aiheuttavien perintötekijämuutosten tunnistaminen mahdollistaisi jatkossa sairauden varhaisen diagnosoinnin jo ennen murtumien ja nikamamuutosten ilmaantumista. Luukadon hoitoon on tarjolla useampia lääkkeitä; ajoissa aloitettu ja oikein kohdennettu lääkitys estää murtumien ja ryhtimuutosten syntyä