Molecular Genetics of Lactase Deficiencies

Congenital lactase deficiency (CLD) (MIM 223000) is a rare autosomal recessive gastrointestinal disorder characterized by watery diarrhea in infants fed with breast milk or other lactose-containing formulas. The CLD locus was previously assigned by linkage and linkage disequilibrium analyses on 2q21 in 19 Finnish families. In this study, the molecular background of this disorder is reported. The CLD locus was refined in 32 CLD patients in 24 families by using microsatellite and single nucleotide polymorphism (SNP) haplotypes. Mutation analyses were performed by direct sequencing. We identified 5 distinct mutations in the lactase (LCT) gene, encoding the enzyme that hydrolyzes lactose in the intestinal lumen. These findings facilitate genetic testing of CLD in clinical practice and enable genetic counseling. The present data also provide the basis for detailed characterization of the molecular pathogenesis of this disorder. Adult-type hypolactasia (MIM 223100) (lactase non-persistence, lactose intolerance) is an autosomal recessive gastrointestinal condition that is a result of a decline in the activity of lactase in the intestinal lumen after weaning. Adult-type hypolactasia is considered to be a normal phenomenon among mammals and symptoms are remarkably milder than experienced in CLD. Recently, a variant C/T-13910 was shown to associate with the adult-type hypolactasia trait, locating 13.9 kb upstream of the LCT gene. In this study, the functional significance of the C/T-13910 variant was determined by studying the LCT mRNA levels in intestinal biopsy samples in children and adults with different genotypes. RT-PCR followed by solid-phase minisequencing was applied to determine the relative expression levels of the LCT alleles using an informative SNP located in exon 1. In children, the C-13910 allele was observed to be downregulated after five years of age in parallel with lactase enzyme activity. The expression of the LCT mRNA in the intestinal mucosa in individuals with the T-13910 A-22018 alleles was 11.5 times higher than that found in individuals with the C-13910, G-22018 alleles. These findings suggest that the C/T-13910 associated with adult-type hypolactasia is associated with the transcriptional regulation of the LCT gene. The presence of the T-13910 A-22018 allele also showed significant elevation lactase activity. Galactose, the hydrolysing product of the milk sugar lactose, has been hypothesized to be poisonous to ovarian epithelial cells. Hence, consumption of dairy products and lactase persistence has been proposed to be a risk factor for ovarian carcinoma. To investigate whether lactase persistence is related to the risk of ovarian carcinoma the C/T-13910 genotype was determined in a cohort of 782 women with ovarian carcinoma 1331 individuals serving as controls. Lactase persistence did not associate significantly with the risk for ovarian carcinoma in the Finnish, in the Polish or in the Swedish populations. The findings do not support the hypothesis that lactase persistence increases the risk for ovarian carcinoma.

Synnynnäinen laktaasin puutos (congenital lactase deficiency, CLD [MIM 223000]) on vakava peittyvästi periytyvä suolistosairaus. Potilailla on tyypillistä runsas vetinen ripuli, joka ilmenee maitoruokinnan alettua. Ripuli johtaa ravintoaineiden imeytymishäiriöön ja kasvun hidastumiseen. Potilaiden laktaasiaktiivisuus on havaittu ohutsuolessa hyvin alhaiseksi. Vaikea ripuli johtuu nimenomaan hydrolysoimattoman laktoosin kertymisestä suolistoon aiheuttaen osmoosin, vaikean kuivumistilan, asidoosin ja painon menetyksen syntymäpainon alapuolelle. Laktoositon ruokavalio poistaa oireet ja palauttaa kehityksen normaaliksi. CLD-vauvoja syntyy Suomessa yksi vuodessa (1:60000). Se kuuluu yhdessä 36 muun harvinaisen Suomessa esiintyvän sairauden kanssa ns. suomalaiseen tautiperintöön. Tutkimuksen tarkoituksena oli tunnistaa CLD:lle altistavat geneettiset tekijät geenien kartoitus- ja sekvensointimenetelmien avulla. Tutkimuksessa analysoitiin 32 CLD-potilasta 24 eri perheestä. Löysimme viisi CLD:lle altistavaa mutaatiota laktaasigeenistä (LCT), joista Y1390X-mutaation havaittiin olevan yleisin ns. Finmajor-mutaatio. Löydökset mahdollistavat sairauden perinnöllisen testauksen ja neuvonnan. Lapsuuden jälkeen tai nuorella aikuisiällä havaittu primääri maitosokerin imeytymishäiriö (MIM 223100) (tunnettu myös laktoosi-intoleranssina) on yleinen laktaasin aktiivisuuden alenemisesta johtuva ilmiö. Laktaasiaktiivisuus alenee suolistossa 5-10% lapsuudesta havaitusta ja laktoosi ruokavaliossa aiheuttaa suolistoperäisiä oireita. Laktaasin puutos on nisäkkäille luonnollinen ilmiö, näin lapsi vierotetaan rinnasta käyttämään kiinteätä ravintoa. Kuitenkin joillain ihmisillä korkea laktaasiaktivisuus säilyy koko elinajan. Kyseiseen ilmiasuun on havaittu liittyvän yhden emäksen muutos C→T-13910 noin 14 kiloemästä laktaasigeenistä ylävirtaan. T-13910-muutoksen perineet henkilöt säilyttävät laktaasiaktiivisuuden ja kyvyn pilkkoa laktoosia. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli määrittää C/T-13910 emäsmuutoksen vaikutus laktaasigeenin ilmentymiseen lähetti-RNA tasolla lapsilla ja aikuisilla. Laktaasigeenin ilmentymistä tutkittiin geenispesifisellä minisekvensointimenetelmällä pohjukaissuolesta otetuista näytteistä. Havaitsimme, että laktaasia säädellään transkriptiotasolla, C-13910-muutos sallii laktaasigeenin lähetti-RNA:n laskun. Ilmiö oli havaittavissa lapsilla viiden ikävuoden jälkeen. Aikuisilla T-13910-emäsmuutos vastasi 92% havaitusta laktaasigeenin lähetti-RNA:n ilmentymisestä, joka näkyi myös korkeana laktaasiaktiivisuutena. Galaktoosi on glukoosin ohella laktoosin hajoamistuote. Galaktoosin on havaittu eläinkokeissa olevan myrkyllinen munasarjojen epiteelisoluille ja sen on epäilty aiheuttavan munasarjasyöpää. Tästä syystä korkean laktaasiaktiivisuuden ja maitotuotteiden runsaan nauttimisen on oletettu nostavan munasarjasyövän riskiä. Tässä tutkimuksessa määritettiin 782 suomalaisen, puolalaisen ja ruotsalaisen munasarjasyöpäpotilaan ja 1331 verrokkinäytteen C/T-13910-genotyyppi tutkiaksemme onko korkealla laktaasiaktiivisuudella yhteyttä syövän syntyyn. Genotyypillä ei havaittu olevan vaikutusta syöpäriskiin tutkituissa väestöryhmissä. Jatkotutkimuksella pyritään selvittämään maitotuotteiden kulutuksen merkitystä munasarjasyöpään eri C/T-13910 genotyypeillä.