Mutation analysis of TGF-β signaling pathway genes among Finnish patients with primary pulmonary hypertension and hereditary hemorrhagic telangiectasia

Primary pulmonary hypertension (PPH), or according to the recent classification idiopathic pulmonary hypertension (IPAH), is a rare, progressive disease of pulmonary vasculature leading to pulmonary hypertension and right heart failure. Most of the patients are sporadic but in about 6% of cases the disease is familial (FPPH). In 2000 two different groups identified the gene predisposing to PPH. This gene, Bone morphogenetic protein receptor type 2 (BMPR2), encodes a subunit of transforming growth factor β (TGF-β) receptor complex. There is a genetic connection between PPH and hereditary hemorrhagic telangiectasia (HHT), a bleeding disorder characterized by local telangiectasias and sometimes with pulmonary hypertension. In HHT, mutations in ALK1 (activin like kinase type 1) and Endoglin, another members of the TGF-β signaling pathway are found. In this study we identified all of the Finnish PPH patients for the years 1986-1999 using the hospital discharge registries of Finnish university hospitals. During this period we found a total of 59 confirmed PPH patients: 55 sporadic and 4 familial representing 3 different families. In 1999 the prevalence of PPH was 5.8 per million and the annual incidence varied between 0.2-1.3 per million. Among 28 PPH patients studied, heterozygous BMPR2 mutations were found in 12% (3/26) of sporadic patients and in 33% of the PPH families (1/3). All the mutations found were different. Large deletions of BMPR2 were excluded by single-stranded chain polymomorphism analysis. As a candidate gene approach we also studied ALK1, Endoglin, Bone Morphogenetic Receptor Type IA (BMPR1A or ALK3), Mothers Against Decapentaplegic Homolog 4 (SMAD4) and Serotonine Transporter Gene (SLC6A4) using single-strand conformational polymorphism (SSCP) analysis and direct sequencing. Among patients and family members studied, we found two mutations in ALK1 in two unrelated samples. We also identified all the HHT patients treated at the Department of Otorhinolaryngology at Helsinki University Central Hospital between the years of 1990-2005 and 8 of the patients were studied for Endoglin and ALK1 mutations using direct sequencing. A total of seven mutations were found and all the mutations were different. The absence of a founder mutation in the Finnish population in both PPH and HHT was somewhat surprising. This suggests that the mutations of BMPR2, ALK1 and Endoglin are quite young and the older mutations have been lost due to repetitive genetic bottlenecks and/or negative selection. Also, other genes than BMPR2 may be involved in the pathogenesis of PPH. No founder mutations were found in PPH or HHT and thus no simple genetic test is available for diagnostics.

Primaarinen pulmonaalinen hypertonia (PPH) eli nykyisen tautiluokituksen mukaan idiopaattinen pulmonaalinen hypertonia on harvinainen, etenevä keuhkoverenkierron sairaus, joka johtaa keuhkoverenpaineen nousuun ja sydämen oikean puolen vajaatoimintaan. Suurin osa sairastuneista sairastaa ns. sporadista tautimuotoa, mutta n. 6 %:ssa tapauksista samassa perheessä on useampia sairastuneita. Vuonna 2000 todettiin PPH:lle altistavia mutaatioita bone morphogenetic receptor type 2 (BMPR2)-geenissä sekä sporadista että suvuittaista PPH:ta sairastavilla potilailla. BMPR2 koodaa BMPRII reseptoria, joka on osa transforming growth factor β (TGFβ) -signalointireittiä. Saman signalointireitin geenien, endoglinin ja activin like receptor type I (ALK1) mutaatioiden on todettu altistavan hereditääriselle hemorragiselle telangiectasialle (HHT), jonka oireita ovat mm. toistuvat nenäverenvuodot ja joissain tapauksissa myös pulmonaalihypertonia. Tässä tutkimuksessa sairaaloiden poistorekistereiden perusteella identifioimme kaikki Suomen yliopistosairaaloissa vuosina 1986-1999 hoidetut PPH potilaat, joita tällä aikavälillä oli kaikkiaan 59 diagnostiset kriteerit täyttävää potilasta. Potilaista 55 oli sporadisia ja 4 familiaalisia edustaen kolmea eri perhettä. Vuonna 1999 PPH vallitsevuus oli 5.8 miljoonaa asukasta kohti ja vuosittainen ilmaantuvuus vaihteli välillä 0.2-1.3 miljoonaa asukasta kohti. Sekvensoimistamme näytteistä BMPR2 geenin mutaatio löytyi kaikkiaan 12 % sporadisista potilaista (3/26) ja 33 %:lta perheistä (1/3). Suuret BMPR2 geenin deleetiot poissuljettiin Southern blotting menetelmällä. Kandidaattigeeni-lähestymistapaa käyttäen tutkimme myös ALK1, Endoglin, Bone morphogenetic Receptor type IA (BMPR1A eli ALK3), Mothers Against Decapentaplegic Homolog 4 (SMAD4) ja Serotoniini Transportteri geenit potilas- ja omaisnäytteistä käyttäen SSCP-menetelmää. Löysimme 2 näytteestä mutaation ALK1 geenistä. Sekä BMPR2 että ALK1 geeneissä löydetyt mutaatiot olivat kaikki eri mutaatioita. Tutkimme myös 8 Meilahden sairaalan korva-, nenä- ja kurkkutautiklinikan HHT-potilasta, joilta sekvensoitiin ALK1 ja Endoglin geenit. Löysimme mutaatiot näiden geenien mutaatiot kaikkiaan 7:ltä potilaalta. Myös kaikki nämä mutaatiot olivat eri mutaatioita. Oli hieman yllättävää, että suomalaisilla PPH tai HHT potilailla ei löytynyt valtamutaatiota tutkituista geeneistä. Tämän perusteella voimme epäillä, että BMPR2, Endoglin ja ALK1 mutaatiot ovat nuoria, ja vanhemmat mutaatiot ovat hävinneet toistuvien geneettisten pullonkaulailmiöiden ja negatiivisen selektion seurauksena. Todennäköistä myös on, että PPH:lle on olemassa BMPR2:n lisäksi myös muita altistavia geenejä. Valtamutaation puuttuminen sekä PPH:ssa että HHT:ssa tarkoittaa myös, että yksinkertaisen diagnostisen geenitestin kehittäminen näille sairauksille suomalaisessa väestössä on hankalaa.