Ανάλυση πολυμορφισμών και προσδιορισμός γονιδίων που εμπλέκονται στην οστεοπόρωση

Abstract

Osteoporosis is a skeletal disease with multifactorial pathogenesis, characterized by a combination of low bone mass and increase of bone fragility. The development of osteoporosis influenced apart from a large number of environmental factors, by genetic factors. In this case-control study, peripheral blood samples were collected from 550 osteoporotic and 150 control postmenopausal Greek women, as well as 82 bone samples. The aim of the present study was to: a) investigate the possible association of three novel candidate genes, CER1, TOB1, and DKK1, with bone mineral density (BMD) and fragility risk, b) correlate the phenotypic data and bone markers with the above candidate genes, c) investigate the top-associated BMD markers with GWAS, d) study the gene expression patterns of TGFβ-BMP pathway by microarray analysis and e) analyze the mRNA-levels alterations of BMP2, RUNX2, RANK, RANKL, OPG genes with quantitative Real-Time PCR (Q-RT-PCR). In conclusion, CER1 gene variations play a significant role in determining BMD and vertebral or hip fractures combined to bone markers, in postmenopausal osteoporotic women. GWAS analysis showed a significant association between DKK1 gene and osteoporosis, which might be helpful in clinical practice to identify patients with increased fracture risk. On the other hand, TGFβ-BMP signaling microarray analysis reveals different expression patterns among osteoporotic peripheral blood, osteoporotic bone samples and control peripheral blood, confirmed by Q-RT-PCR. A combination of bone markers with the above genes’ polymorphisms and expression patterns would be useful diagnostic marker for personalized drug therapy and fracture risk in osteoporosis.

Η οστεοπόρωση είναι μια πολυπαραγοντική ασθένεια με σημαντικό γενετικό υπόβαθρο. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει αρκετές μελέτες οι οποίες έδειξαν ότι οι γενετικοί παράγοντες έχουν καθοριστικό ρόλο στην παθογένεια της ασθένειας. Με βάση τα παραπάνω στην παρούσα διδακτορική διατριβή, χρησιμοποιήθηκαν 550 δείγματα περιφερικού αίματος και 82 οστικά τεμάχια από μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες με οστεοπόρωση, καθώς και 150 δείγματα περιφερικού αίματος από άτομα ομάδας ελέγχου και μελετήθηκαν τα ακόλουθα: α) η αλληλουχία των γονιδίων CER1, TOB1 και DKK1 σε μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες με οστεοπόρωση, αλλά και σε υγιείς (ομάδα ελέγχου) για εύρεση πολυμορφισμών, β) η συσχέτιση των ανωτέρω γονιδίων με κλινικά χαρακτηριστικά των ασθενών που επηρεάζουν την οστεοπόρωση, αλλά και με οστικούς μεταβολικούς δείκτες, γ) η ταυτοποίηση και συσχέτιση νέων γενετικών τόπων με την οστική πυκνότητα και τους διαφόρους τύπους καταγμάτων με GWAS, δ) η μελέτη προτύπου έκφρασης 113 γονιδίων που συμμετέχουν στο σηματοδοτικό μονοπάτι TGFβ-BMP με τη χρήση μικροσυστοιχιών και ε) ο προσδιορισμός της έκφρασης των γονιδίων BMP2 και RUNX2, που κατέχουν σημαντικό ρόλο στο προαναφερθέν σηματοδοτικό μονοπάτι, καθώς επίσης και του συστήματος OPG-RANK-RANKL, με τη μέθοδο της ποσοτικής RT-PCR πραγματικού χρόνου. Συμπερασματικά, η αξιοποίηση των αποτελεσμάτων της έκφρασης των γονιδίων των σηματοδοτικών μονοπατιών TGFβ-BMP καθώς και του RANK-RANKL-OPG, σε συνδυασμό με τους πολυμορφισμούς των γονιδίων που αναφέρθηκαν παραπάνω μπορούν: α) να συμβάλλουν στην κατανόηση των μηχανισμών που εμπλέκονται στην οστική αναδόμηση και β) να χρησιμοποιηθούν ως προγνωστικοί-διαγνωστικοί δείκτες με σκοπό την εξατομικευμένη θεραπεία της οστεοπόρωσης.