Μελέτη της επικάλυψης σε γενετικό επίπεδο μεταξύ των νοσημάτων της ρευματοειδούς αρθρίτιδας και της ψωριασικής αρθρίτιδας

Abstract

Rheumatoid arthritis (RA) is an autoimmune, inflammatory condition of the joints witha complex genetic background that affects more than 1% of the world's population. Ithas been extensively studied for several years and it has been revealed that most of thegenetic predisposition for the disease is due to the HLA-DRB1 gene. In addition to thisgene, many genes have been studied and we have now come to know that there are over100 genetic loci contributing to the pathogenesis of the disease. Psoriatic arthritis (PsA)is also a complex disease characterized by chronic inflammatory arthritis in thepresence of psoriasis. In particular, about 30% of patients with psoriasis developpsoriatic arthritis. The genetic background of the disease is very strong.The two diseases share many features. Patients respond to similar treatments and inaddition, both are complex diseases that are associated with genetic and environmentalrisk factors. In recent years, great progress has been made in the field of discoveringpredisposition genes for RA. A significant observation is the pleiotropic effect of genesthat are risk factors for RA. Most of these genes have been associated with theappearance of other autoimmune diseases, such as Type 1 Diabetes (T1D), Lupus(SLE), Psoriasis (PS), and Coeliac Disease. These autoimmune diseases arecharacterized by the presence of autoantibodies, as opposed to psoriatic arthritis that isseronegative. However, given the large overlap of clinical features and manifestationsbetween RA and PsA, it is expected to overlap on the genetic background as well. Forthe above reason, various international research teams are conducting studies to clarifywhether there is a common genetic background between the various diseases.The idea that there are genes that predispose to multiple autoimmune diseases has beenaround for many years. Indeed, both the HLA region and the PTPN22 and CTLA-4genes are known to be associated with various diseases. One notable example is thatalmost all of the genetic loci associated with rheumatoid arthritis are also associatedwith juvenile idiopathic arthritis. In addition, a significant degree of overlap is presentfor the genes recognized for type I diabetes, with diseases such as celiac disease,Grave's disease (granulomatosis) and rheumatoid arthritis. Regarding psoriatic arthritisand its possible genetic overlap with rheumatoid arthritis, few studies have beenundertaken so far.In a study published in March 2012, researchers attempted to analyze 54polymorphisms in 41 genes, already known to predispose for rheumatoid arthritis, in alarge group of patients of European origin with psoriatic arthritis. The results of theanalysis showed strong correlation with the REL, PLCL2 and CCL21 genes. These firstencouraging results have prompted us to investigate specific genes in a different ethnicpopulation in order to gain insight in the issue of a potential genetic overlap betweenRA and PsA. The purpose of the current study was to investigate the possible existenceof a shared genetic background, between the diseases of rheumatoid and psoriaticarthritis, in patients from the island of Crete, Greece. More specifically, we selected forour study polymorphisms in the PLCL2, CCL21, REL, STAT4, CD226, PTPN22 andTYK2 genes both in patients and healthy individuals.In the first part of the study, genotyping of patients and healthy individuals wasperformed and after statistical analysis at allelic and genotype level, conclusions weredrawn for the correlation of the polymorphisms with the two diseases. In parallel, in thesecond part of the study, three-dimensional imaging methods were applied andbioinformatics tools were used to draw conclusions about the possible functional effectsof some of the aforementioned polymorphisms.The results of the analysis showed that there is a significant genetic association betweenthe GC genotype of rs34536443 (TYK2) with PsA but also with RA. The C allele of thisSNP was associated with PsA only. We also found correlation data with PsA for the GGgenotype and the G allele of the STAT4 gene (rs10181656 polymorphism). In addition,the TC genotype of the rs763361 polymorphism of the CD226 gene was only associatedwith PsA but not with RA. The frequencies of the 1858C / T alleles of the PTPN22 genedid not show significant difference between rheumatoid arthritis patients and healthysubjects, although the minor allele T was found to be more frequent in healthyindividuals than in patients with psoriatic arthritis. However, the difference observedwas not statistically significant. One interesting observation was that none of the threeremaining polymorphisms that we studied [rs4535211 (PLCL2), rs2812378 (CCL21)and rs13017599 (REL)] were found to be associated with rheumatoid or psoriaticarthritis.In an attempt to investigate the functional implications of these findings, we tested thepolymorphism in TYK2 by using bioinformatics tools. The nucleotide substitutionprobably alters the tertiary structure of the TYK2 protein and affects the folding andinteraction parameters of the molecule, thus resulting in changes regarding itsfunctionality. As regards with the STAT4 gene polymorphism, analysis of thepolymorphism-based sequence revealed that the major C allele rather than the minor Gallele contributes to the creation of a potential binding site for the transcription factorsPax-4, PPAR / RXR and ZNF99. Thus, it can be hypothesized that the minor allele ofrs10181656, which was found to have an increased frequency in PsA, may suppress Tcellactivation through the disturbance of the binding of the PPARα/RXRα dimer. Forthe CD226 gene polymorphism, we analyzed in detail the existing 3D models of thisprotein and we propose that the Ser307 residue is most likely to be involved in polarinteractions associated with proximal charged residues or phosphorylation sites. Byaffecting the proximal phosphorylation sites or protein–protein subunit recognition, thismutation could alter the signaling cascade.The different findings of the current study in comparison to previous ones highlights theimportance of comparative studies that include different ethnic or racial populations, inany attempt to confirm genetic associations detected.

Η ρευματοειδής αρθρίτιδα (ΡΑ) είναι μία αυτοάνοση, φλεγμονώδης κατάσταση τωναρθρώσεων με σύνθετο γενετικό υπόβαθρο, που επηρεάζει πάνω από το 1% τουπαγκόσμιου πληθυσμού. Εδώ και αρκετά χρόνια έχει μελετηθεί εκτενώς και έχειαποκαλυφθεί ότι το μεγαλύτερο μέρος της γενετικής προδιάθεσης για τη νόσοοφείλεται στο γονίδιο HLA–DRB1. Πέρα από το συγκεκριμένο γονίδιο, έχουν μελετηθείακόμα πολλά γονίδια και έχουμε φτάσει σήμερα στο σημείο να γνωρίζουμε ότιυπάρχουν πάνω από 100 γενετικοί τόποι που συνεισφέρουν στην παθογένεια της νόσου.Η ψωριασική αρθρίτιδα (ΨΑ) είναι και αυτή μία σύνθετη νόσος που χαρακτηρίζεταιαπό χρόνια φλεγμονώδη αρθρίτιδα παρουσία ψωρίασης. Συγκεκριμένα, το 30%περίπου των ασθενών με ψωρίαση αναπτύσσουν ψωριασική αρθρίτιδα. Το γενετικόυπόβαθρο της νόσου είναι πολύ ισχυρό.Οι δύο παραπάνω νόσοι μοιράζονται πολλά κοινά χαρακτηριστικά, όπως είναι ηανταπόκριση σε παρόμοιες θεραπείες. Επιπλέον, και οι δύο αποτελούν σύνθετες νόσουςπου συσχετίζονται με γενετικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες κινδύνου. Τατελευταία χρόνια έχει επιτελεστεί μεγάλη πρόοδος στο πεδίο της αποκάλυψης γονιδίωνπροδιάθεσης για την ΡΑ. Αξιοσημείωτη είναι και η πλειοτροπική δράση γονιδίων πουαποτελούν παράγοντες κινδύνου για την ΡΑ. Τα περισσότερα από αυτά έχουνσυσχετιστεί με εμφάνιση και άλλων αυτοάνοσων νοσημάτων, όπως είναι οΣακχαρώδης Διαβήτης Τύπου 1 (ΣΔ1), ο Συστηματικός Ερυθηματώδης Λύκος (ΣΕΛ), ηΨωρίαση και η Κοιλιοκάκη. Τα παραπάνω αυτοάνοσα νοσήματα χαρακτηρίζονται απότην παρουσία αυτοαντισωμάτων, σε αντίθεση με την ψωριασική αρθρίτιδα που είναιοροαρνητική. Εντούτοις, δεδομένης της μεγάλης επικάλυψης των κλινικώνχαρακτηριστικών και εκδηλώσεων μεταξύ της ΡΑ με την ΨΑ, αναμένεται να υπάρχειεπικάλυψη και στο γενετικό υπόβαθρο. Γι’ αυτό το λόγο, κάποιες ερευνητικές ομάδεςστο διεθνή χώρο διεξάγουν μελέτες ώστε να αποσαφηνίσουν εάν υπάρχει κοινόγενετικό υπόβαθρο μεταξύ των διαφόρων νοσημάτων.Η άποψη ότι υπάρχουν γονίδια που προδιαθέτουν για πολλαπλά αυτοάνοσα νοσήματαυπάρχει εδώ και πολλά χρόνια. Πράγματι, τόσον η περιοχή HLA όσο και τα γονίδιαPTPN22 και CTLA-4 είναι γνωστό ότι συσχετίζονται με την ανάπτυξη διαφόρων(κυρίως αυτοάνοσων) νοσημάτων. Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι ότι μεγάλοποσοστό των γενετικών τόπων που σχετίζονται με την ρευματοειδή αρθρίτιδασχετίζονται επίσης με τη νεανική ιδιοπαθή αρθρίτιδα (ΝΙΑ). Επιπλέον, σημαντικούβαθμού επικάλυψη υπάρχει και στους γενετικούς τόπους που έχουν συσχετιστεί μεΣΔ1, με κοιλιοκάκη, με τη νόσο (κοκκιωμάτωση) του GRAVE’S και τη ΡΑ. Όσοναφορά την ψωριασική αρθρίτιδα (ΨΑ) και την πιθανή γενετική επικάλυψη της με τηΡΑ, πολύ λίγες μελέτες έχουν γίνει μέχρι σήμερα.Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε το Μάρτιο του 2012, οι ερευνητές επιχείρησαν ναελέγξουν 54 πολυμορφισμούς σε 41 γονίδια που ήταν ήδη γνωστό ότι προδιαθέτουν γιατην εμφάνιση ΡΑ σε μια μεγάλη ομάδα ασθενών Ευρωπαϊκής καταγωγής με ΨΑ. Τααποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν ισχυρή συσχέτιση με τα γονίδια REL, PLCL2 καιCCL21. Αυτά τα πρώτα στοιχεία μας παρότρυναν να μελετήσουμε κάποιασυγκεκριμένα γονίδια σε διαφορετικό πληθυσμό προκειμένου να εμβαθύνουμε στοθέμα της πιθανής γενετικής επικάλυψης των δύο νοσημάτων και να μπορέσουμε νααποκτήσουμε μια πιο αξιόπιστη εικόνα.Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της πιθανής ύπαρξης γενετικήςσυσχέτισης μέσω κάποιου κοινού γενετικού υπόβαθρου, μεταξύ των νοσημάτων τηςρευματοειδούς και της ψωριασικής αρθρίτιδας σε ασθενείς από τον Κρητικόπληθυσμό. Πιο συγκεκριμένα, μελετήσαμε πολυμορφισμούς των γονιδίων PLCL2,CCL21, REL, STAT4, CD226, PTPN22 και TYK2 σε ομάδες ασθενών και υγιώνατόμων. Στο πρώτο μέρος της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε γονοτύπησηασθενών και υγιών ατόμων και αφότου έγινε στατιστική επεξεργασία σε επίπεδοαλληλομόρφων και γονοτύπων εξήχθησαν συμπεράσματα για την συσχέτιση του κάθεγενετικού πολυμορφισμού με τα υπό μελέτη νοσήματα. Παράλληλα, στο δεύτερομέρος, προσεγγίστηκε η τρισδιάστατη δομή της πρωτεΐνης TYK2 καιχρησιμοποιήθηκαν προγράμματα και αλγόριθμοι βιοπληροφορικής για την εξαγωγήσυμπερασμάτων σχετικά με τις πιθανές λειτουργικές επιπτώσεις κάποιωνπολυμορφισμών που μελετήθηκαν στην πρωτείνη αυτή αναφορικά με την ανάπτυξητων υπό μελέτη νοσημάτων.Τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν ότι υπάρχει σημαντική γενετική συσχέτισημεταξύ του γονότυπου GC του μονονουκλεοτιδικού πολυμορφισμού (SNP)rs34536443 του γονιδίου TYK2 και των δύο νοσημάτων, ΡΑ και ΨΑ. Επίσης,αποκαλύφθηκε ότι το αλληλόμορφο C του συγκεκριμένου SNP συσχετίστηκε μόνο μετην ΨΑ. Ταυτόχρονα, αποκαλύφθηκε η ύπαρξη γενετικής συσχέτισης μεταξύ τουγενετικού πολυμορφισμού rs10181656 του γονιδίου STAT4 με την ΨΑ τόσο σε επίπεδογονοτύπου (GG γονότυπος) όσο και σε επίπεδο αλληλομόρφων (G αλληλόμορφο).Όσον αφορά στο γονίδιο CD226, αποκαλύφθηκε γενετική συσχέτιση του γονοτύπουTC του πολυμορφισμού rs763361 μόνο με την ΨΑ αλλά όχι με τη ΡΑ. Μιαενδιαφέρουσα παρατήρηση ήταν το γεγονός ότι κανένας από τους υπόλοιπουςτέσσερεις γενετικούς πολυμορφισμούς που μελετήσαμε [rs4535211 (PLCL2),rs2812378 (CCL21), rs13017599 (REL) και rs2476601 (PTPN22)] δεν βρέθηκε νασχετίζεται με ρευματοειδή ή ψωριασική αρθρίτιδα.Στην προσπάθεια να διερευνήσουμε τις λειτουργικές επιπτώσεις αυτών τωνευρημάτων, ελέγξαμε τον πιθανό ρόλο του γενετικού πολυμορφισμού rs34536443 τουγονιδίου TYK2 χρησιμοποιώντας προσεγγίσεις της βιοπληροφορικής. Η αμινοξικήαλλαγή που προκαλείται πιθανώς αλλάζει την τριτοταγή δομή της πρωτεΐνης καιεπηρεάζει την αναδίπλωση (folding) και τις παραμέτρους αλληλεπίδρασης του μορίου,έχοντας ως τελική επίπτωση κάποιες αλλαγές στη λειτουργικότητά του. Σε ότι αφοράστον μελετηθέντα πολυμορφισμό του γονιδίου STAT4, η ανάλυση της αλληλουχίας πουεδράζεται ο πολυμορφισμός μας αποκάλυψε ότι το μείζον αλληλόμορφο «C», και όχιτο έλασσον «G», συμβάλλει στην δημιουργία μιας πιθανής θέσης πρόσδεσης τωνμεταγραφικών παραγόντων Pax-4, PPAR/RXR και ZNF99. Για τον πολυμορφισμό πουμελετήσαμε στο γονίδιο CD226, αναλύσαμε λεπτομερώς το ήδη υπάρχον τρισδιάστατομοντέλο της πρωτεΐνης και προτείνουμε ότι η ύπαρξη σερίνης στην αμινοξική θέση#307 πιθανώς συμμετέχει σε πολικές αλληλεπιδράσεις που αφορούν γειτονικάφορτισμένα αμινοξέα ή θέσεις φωσφορυλίωσης.Το γεγονός ότι τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης διαφέρουν σε σχέση με τααποτελέσματα προηγούμενων μελετών, κάνει εμφανές το πόσο σημαντική είναι ηδιεξαγωγή συγκριτικών μελετών, που να περιλαμβάνουν διαφορετικούς εθνικούς ήφυλετικούς πληθυσμούς, σε μια προσπάθεια να επιβεβαιωθεί η όποια γενετικήσυσχέτιση αποκαλύπτεται προκειμένου να καταστεί εφικτή η αποκάλυψη νέωνπιθανών θεραπευτικών στόχων.