Geri Dön

Investigation of familial multiple sclerosis genetics

Ailesel multipl skleroz genetiğinin araştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 733269
  2. Yazar: ELİF EVEREST
  3. Danışmanlar: PROF. DR. EDA TAHİR TURANLI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Genetik, Nöroloji, Genetics, Neurology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 133

Özet

Multiple skleroz (MS), merkezi sinir sisteminin nöroinflamatuvar, nörodejeneratif, kronik bir hastalığıdır. Yapılan birçok çalışmadan elde edilen bulgular, MS patofizyolojisinin primer mekanizmasının, otoreaktif lenfositlerin kan beyin bariyerinden geçerek miyelin gibi merkezi sinir sistemi bileşenlerine saldırması ve bunun oligodendrosit ölümü ile sonuçlanması olduğunu göstermektedir. Bu prosesin, aksonal patoloji ve nöronal ölümden ve bazı hastalarda progresif nöronal disfonksiyondan sorumlu olduğu düşünülmektedir. Son yıllarda astrositlerin, mikroglianın ve perisitlerin de MS patolojisindeki rolleri gösterilmektedir. Bugüne kadar MS patofizyolojisinin aydınlatılmasına yönelik sayısız çalışma ile hastalıkla ilişkili birçok biyolojik yolak tanımlanarak hastalığın farklı patolojik bileşenlerine dair veriler elde edilmiştir, fakat MS oluşumunun ve progresyonunun altında yatan mekanizmalar halen tam olarak bilinmemektedir. Heterojen klinik tablosu ve kompleks patofizyolojisi ile uyumlu olarak, MS, aynı zamanda kompleks bir kalıtım modeli göstermekte olup çevresel etkenler ile etkileşim sonucunda genetik olarak yatkın bireylerde ortaya çıkmaktadır. Farklı yaklaşımların uygulandığı birçok genetik çalışma ile MS yatkınlığını etkileyen genomik bölge ve varyant arama çalışmaları gerçekleştirilmiş olup birçok yaygın varyantın ve bazı aday nadir varyantların MS riskini etkilediği gösterilmiştir. Günümüzde, 233 yaygın varyantın MS ile istatistiksel olarak anlamlı seviyede ilişkili olduğu saptanmıştır, ek olarak yüzlerce önerisel ilişki gösteren varyant tanımlanmıştır. Fakat, bu önerisel ilişkilerle birlikte bilinen yaygın varyantlar kümülatif olarak MS heritabilitesinin yaklaşık yarısını açıklayabilmektedir. Ek olarak, meta-analizler ile nadir varyantların da MS heritabilitesinin %5'i kadarını daha açıklayabileceği gösterilmiştir. Fakat, MS genetiğinin yaklaşık yarısı halen bilinmemektedir. Bu tez çalışmasında, MS genetiği ve patogenezi hakkında yeni bilgilerin ortaya çıkarılması hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, ikiden fazla MS hastasına sahip multipleks aileler toplanarak, bu ailelerde görülen yüksek MS birikiminin genetik sebepleri araştırılmıştır. En yüksek MS hastası içeren ve akraba evliliklerinin görüldüğü yedi aile seçilerek, öncelikle SNP genotipleme (710K ya da 2.5M, Illumina) yapılmıştır (N=41). Bağlantı analizi ve homozigotluk haritalama yöntemleriyle MS ile ilişkili olabilecek aday genomik bölgeler tanımlanmıştır. Daha sonra, ekzom dizileme (N=56) ile bu ailelerde kalıtılan tam penetrant, homozigot, nadir, ekzonik varyantların bulunmadığı gösterilmiştir. Bunun yanı sıra, FMS01 ailesinde LRRC6 geninde (rs139131485) ve FMS05 ailesinde RNF217 geninde (rs73580047) otozomal dominant kalıtım paterni gösteren nadir, heterozigot varyantlar tespit edilmiş olup bu varyantların bulundukları ailelerdeki MS riskini arttırabilecekleri düşünülmüştür. Ek olarak, tüm ailelerde birçok eksik penetrant, nadir ve düşük frekanslı varyant tanımlanmıştır. Ekzom dizileme analizlerini takiben, daha önce MS ile anlamlı ilişkisi ispatlanmış olan risk varyantları ile ağırlıklı sum skor ve genom boyu poligenik risk skor (PRS) analizleri yapılmıştır. Bu analizlere SNP verileri mevcut olan MS aile üyeleri (24 hasta, 17 sağlıklı), 23 sporadik MS hastası, 19 kontrol ailedeki 63 birey ve 1272 bağımsız, popülasyon kontrolü dahil edilerek, MS ile ilişkili yaygın varyantların çalışılan ailelerdeki yüksek MS riskini açıklayıp açıklayamayacağı araştırılmıştır. Lojistik regresyon analizleri sonucunda ailesel MS hastalarının popülasyon kontrollerine ve kontrol ailelere göre anlamlı ölçüde yüksek sum skor (sırasıyla OR=2.16, P=0.002; OR=2.4, P=0.014) ve PRS (sırasıyla OR=1.84, P=0.0077; OR=2.27, P=0.049) değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca ailesel MS hastaları, sağlıklı akrabalarına göre daha yüksek sum skor ve PRS değerlerine sahip olmakla birlikte Bonferroni düzeltmesinden sonra anlamlı bir fark görülmemiştir. Her bir aile kendi içinde gözlendiğinde, MS hastalarında görülen yüksek sum skor ve PRS trendinin yalnızca üç ailede belirgin olduğu, diğer ailelerde ya bir fark gözlenmediği ya da sağlıklı bireylerin MS hastası akrabalarına göre daha yüksek değerlere sahip olduğu görülmüştür; bu bulgu MS'in poligenik kalıtım modelini desteklemektedir. Sporadik MS hastalarının; MS ailelerindeki hasta ve sağlıklı bireylere, kontrol ailelere ve popülasyon kontrollerine göre anlamlı ölçüde yüksek PRS değerlerine sahip olduğu gözlenmiştir (sırasıyla P=0.02, P=0.0055, P=0.003 ve P=0.0008). Bu bulgu, yine ailesel MS vakalarında daha yüksek nadir risk varyasyon birikiminin varlığına işaret etmektedir. Ağırlık sum skor değerlerinde ise ailesel ve sporadik MS vakaları arasında anlamlı bir fark gözlenmemiştir; bunun, MS ile anlamlı ilişki gösteren lokuslardaki yaygın ve nadir risk varyantlarının yüksek yakınsama seviyesine sahip olması ile ilişkili olduğu düşünülmüştür. Aynı zamanda bu tez çalışmasının bir bölümü olarak, bağımsız bir MS grubunda genomik ve proteomik veri setlerinin biyoinformatik analizleri gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, MS aile kohortumuzdaki 11 aileden, akraba olmayan 11 MS hastası seçilerek SNP genotipleme yapılmıştır (300K, Illumina). Seçilen hasta grubunun beyin-omurilik sıvısı örneklerinde daha önceki proteomik çalışmamızda 2D-jel elektroforezi, kütle spektrometresi ve yolak analizleri yapılarak MS'te ve farklı MS alt tiplerine sahip hastalarda farklı seviyelerde bulunan 151 protein tanımlanmıştır. Ek olarak, aldosteron-regüle sodyum reabsorpsiyon yolağı, renin-anjiyotensin sistemi, notch sinyal yolağı ve vitamin dijesyon ve absorpsiyon yolağının MS hastalarında etkilenmiş olduğu bulunmuştur. Bu tez çalışmasında, bu hasta grubunun genomik ve proteomik veri setlerini entegre ederek MS ile en güçlü ilişki gösteren hücresel yolakları tayin etmek üzere fonksiyonel zenginleştirme aracı olan PANOGA kullanılmış, MS-ilişkili SNP'ler ve farklı ekspresyon seviyesi gösteren proteinler ile yolak zenginleştirme analizleri yapılmıştır. Genomik ve proteomik veri setlerinin her ikisinde de tespit edilen dokuz ortak yolak tanımlanmıştır. Bunlar arasından istatistiksel olarak en güçlü ilişki gösteren yolak, komplement ve koagülasyon kaskadları (hsa04610, P=6.96×10−30) olarak belirlenmiştir. Nörolojik veya immünolojik yolaklarda rol alan diğer tespit edilen mekanizmalar; adherens bağlantılar (hsa04520, P=6.64 × 10−25), patojenik Escherichia coli enfeksiyonu (hsa05130, P=9.03×10−14) ve prion hastalıkları (hsa05020, P=5.13×10−13) olarak bulunmuştur. Sonuç olarak, bu tez çalışmasından elde edilen bulgular, ailesel MS vakalarında gözlenen yüksek MS genetik yüküne rağmen aile içi sum skor ve PRS dağılımlarına bakıldığında bilinen yatkınlık alellerinin hastalık oluşumunu yalnızca bazı yüksek riskli MS ailelerinde açıklayabildiği, diğer ailelerde ise diğer bilinmeyen genetik faktörlerin genom dizileme gibi daha detaylık genetik analizlerle araştırılması gerektiğini göstermektedir. MS ailelerinde tespit etmiş olduğumuz eksik penetrant, nadir veya düşük frekanslı, homozigot ve heterozigot varyantların diğer çalışmalarda hem istatistiksel olarak anlamlılık seviyelerinin hem de hücresel fonksiyonlarının araştırılması ile MS riskindeki etkilerinin anlaşılması sağlanmalıdır. Ek olarak, aynı hastalardan elde edilen farklı omik verilerin entegre analizlerinin gerçekleştirilmesinin, genom boyu SNP ilişkilerindeki yanlış negatif ve pozitif oranlarını düşürerek MS'in kompleks patofizyolojik mekanizmalarındaki en kuvvetli hücresel bileşenlerin açığa çıkarılmasını sağlayacağı sonucuna varılmıştır.

Özet (Çeviri)

Multiple sclerosis (MS) is a chronic, neuroinflammatory, neurodegenerative disease of the central nervous system. Several lines of evidence have shown that the primary pathophysiological mechanism of MS is the infiltration of autoreactive lymphocytes through the blood-brain barrier, attacking central nervous system components such as myelin and resulting in oligodendrocyte death. This process has been thought to be responsible for axonal pathology and neuronal loss, which result in progressive neuronal dysfunction in some patients. Over the recent years, the roles of astrocytes, microglia, and pericytes have also been increasingly shown in MS pathology. To date, several studies have revealed disease-related cellular pathways that emphasize the different pathological components of the disease; however, underlying mechanisms in MS development and progression are yet to be elucidated. Consistently with its heterogeneous clinical presentation and complex pathophysiology, MS also has a complex inheritance pattern and develops in genetically susceptible individuals under environmental influences. Many studies have been carried out using different approaches and methods to identify genomic regions and variants that cause genetic predisposition to MS, identifying hundreds of common variants as well as candidate rare variants that increase the risk of MS. Today, MS associations of 233 common variants, as well as hundreds of suggestive associations, have been identified. However, all significant common variants, together with the suggestive effects, can cumulatively explain approximately half of MS heritability. Meta-analyses have shown that rare variants can further explain up to 5% MS heritability, still leaving a large proportion of MS genetics unknown. In this thesis study, it was aimed to reveal novel information on MS genetics and pathogenesis. Multiplex MS families with more than two affected family members were collected to identify possible novel genes that contribute to the high MS aggregation in these families. Seven multiplex MS families with the highest number of affected individuals and parental consanguinities were selected, and SNP genotyping (710K or 2.5M, Illumina) was performed (N=41). Candidate MS-associated genomic regions were identified through linkage analysis and homozygosity mapping. Exome sequencing (N=56) revealed that there were no fully penetrant, homozygous, rare, exonic variants segregating within the families. However, two variants were found to be segregated with the disease with an autosomal dominant inheritance pattern in the LRRC6 gene (rs139131485) in family FMS01 and RNF217 (rs73580047) gene in family FMS05, which may increase the risk of MS in corresponding families. Additionally, many incompletely penetrant, rare and low-frequency variants were identified. Subsequently, a weighted sum score analysis including previously identified common MS-associated risk variants and polygenic risk score (PRS) analysis were conducted in MS families (24 affected, 17 unaffected), 23 sporadic MS cases, 63 individuals in 19 non-MS control families, and 1272 independent, ancestry-matched controls to determine whether an increased burden of known MS-associated common variants explain the increased MS risk in these families. Logistic regression analyses showed that familial MS cases had higher sum scores (OR=2.16, P=0.002; OR=2.4, P=0.014) and PRS (OR=1.84, P=0.0077; OR=2.27, P=0.049) compared with the population controls and control families, respectively. Moreover, affected individuals in the MS families had higher weighted sum score and PRS values compared with the unaffected family members; however, the differences were not significant after Bonferroni correction. When individual families were observed, it was seen that the higher sum score and PRS trends in MS cases were evident in only three of the families, and in others, there were no apparent differences in the sum score and PRS values between the affected and unaffected family members or the unaffected individuals had higher sum score and PRS values compared with their relatives with MS, further supporting the polygenic inheritance of MS. Sporadic MS cases had significantly higher PRS compared with both affected and unaffected individuals in MS families, control families, and population controls (P=0.02, P=0.0055, P=0.003, and P=0.0008, respectively), supporting the presence of higher rare risk variation loading in the familial cases. There was no significant difference in the sum scores of familial and sporadic MS cases, possibly due to the high degree of convergence between common and rare risk variation in significant loci for MS. As part of this thesis study, we also performed an integrated bioinformatic analysis using genomic and proteomic data of an unrelated MS group. For this, first, SNP genotyping (300K, Illumina) was performed for 11 unrelated MS cases selected from our MS family cohort whose cerebrospinal fluid samples had been previously included in our proteomic study, in which 2D-gel electrophoresis, mass spectrophotometry, and pathway analyses had been conducted, revealing 151 differentially expressed proteins between MS cases with different clinical MS phenotypes and non-MS controls. To integrate the genomic and proteomic datasets of this patient group to reveal the most relevant disease pathways, pathway enrichment analyses of MS-associated SNPs and differentially-expressed proteins were conducted using the functional enrichment tool, PANOGA. Nine shared pathways were detected between the genomic and proteomic datasets after merging and clustering the enriched pathways. Among those, complement and coagulation cascade was the most significantly associated pathway (hsa04610, P=6.96×10−30). Other pathways involved in neurological or immunological mechanisms included adherens junctions (hsa04520, P=6.64 × 10−25), pathogenic Escherichia coli infection (hsa05130, P=9.03×10−14), and prion diseases (hsa05020, P=5.13×10−13). We conclude that despite the overall increased genetic burden in familial MS cases, weighted sum score and PRS distributions among affected and unaffected family members within individual families revealed that known susceptibility alleles can explain disease development in some high-risk multiplex families, while in others, additional genetic factors remain to be identified through more detailed genomic analyses such as genome sequencing. Additionally, integrating multiple omics datasets of the same patients helps reduce false negative and positive results of genome-wide SNP associations and highlights the most prominent cellular players among the complex pathophysiological mechanisms in MS.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    867660

    Ailesel multiple skleroz hastalarında genetik etiyolojinin araştırılması

    Investigation of genetic etiology in familial multiple sclerosis patients

    GİZEM NUR İZGİ

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Genetikİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Tıbbi Genetik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ESRA ARSLAN ATEŞ

  2. Tez No

    341776

    Behçet hastalığı ile diğer dermatolojik ve sistemik hastalıkların birlikteliği; Behçet hastalarında ve birinci derece akrabalarında ek otoimmün hastalık varlığının araştırılması

    The coexistence of Behçet's disease with other dermatological and systemic diseases; investigation on the presence of additional autoimmune disease within the Behçet patients and their first degree relatives

    PINAR BOZKURT

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Dermatolojiİstanbul Üniversitesi

    Deri ve Zührevi Hast. Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AFET AKDAĞ KÖSE

  3. Tez No

    417140

    Ailesel multipl skleroz hastalarının demografik ve klinik özellikleri ile carter etkisinin araştırılması

    Investigation of demographic and clinical properties of familial multiple sclerosis patients and carter effect

    MERYEM TUBA GÖKSUNGUR

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Nörolojiİstanbul Üniversitesi

    Nöroloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEFKÜRE ERAKSOY

  4. Tez No

    247516

    Multiple sklerozlu hastalarda ailevi akdeniz ateşi sorumlu geninin araştırılması ve bu genin MS şiddeti ile ilişkisi

    Investigation of the familial mediterranean fever gene in multiple sclerosis (MS) patients and its relation with MS severity.

    NİHAL ÖZARAS

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Nörolojiİstanbul Üniversitesi

    Sinir Bilimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLŞEN AKMAN DEMİR

  5. Tez No

    871458

    Ailesel Akdeniz Ateşi hastalarında serum tweak proteindüzeyinin hastalık klinik özellikleri ile korelasyonunun araştırılması

    Investigation of the correlation between serum tweak proteinlevels and clinical features of the disease in patients with Familial Mediterranean Fever

    AYŞE BERNA CENGİZ

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    RomatolojiSağlık Bilimleri Üniversitesi

    İç Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YÜKSEL MARAŞ

Geri Dön