Insights into the molecular genetics of celiac disease : Applying family- and population-based strategies

Celiac disease, or gluten intolerance, is triggered by dietary glutens in genetically susceptible individuals and it affects approximately 1% of the Caucasian population. The best known genetic risk factors for celiac disease are HLA DQ2 and DQ8 heterodimers, which are necessary for the development of the disease. However, they alone are not sufficient for disease induction, other risk factors are required. This thesis investigated genetic factors for celiac disease, concentrating on susceptibility loci on chromosomes 5q31-q33, 19p13 and 2q12 previously reported in genome-wide linkage and association studies. In addition, a novel genotyping method for the detection of HLA DQ2 and DQ8 coding haplotypes was validated. This study was conducted using Finnish and Hungarian family materials, and Finnish, Hungarian and Italian case-control materials. Genetic linkage and association were analysed in these materials using candidate gene and fine-mapping approaches. The results confirmed linkage to celiac disease on the chromosomal regions 5q31-q33 and 19p13. Fine-mapping on chromosome 5q31-q33 revealed several modest associations in the region, and highlighted the need for further investigations to locate the causal risk variants. The MYO9B gene on chromosome 19p13 showed evidence for linkage and association particularly with dermatitis herpetiformis, the skin manifestation of celiac disease. This implies a potential difference in the genetic background of the intestinal and skin forms of the disease, although studies on larger samplesets are required. The IL18RAP locus on chromosome 2q12, shown to be associated with celiac disease in a previous genome-wide association study and a subsequent follow-up, showed association in the Hungarian population in this study. The expression of IL18RAP was further investigated in small intestinal tissue and in peripheral blood mononuclear cells. The results showed that IL18RAP is expressed in the relevant tissues. Two putative isoforms of IL18RAP were detected by Western blot analysis, and the results suggested that the ratios and total levels of these isoforms may contribute to the aetiology of celiac disease. A novel genotyping method for celiac disease-associated HLA haplotypes was also validated in this thesis. The method utilises single-nucleotide polymorphisms tagging these HLA haplotypes with high sensitivity and specificity. Our results suggest that this method is transferable between populations, and it is suitable for large-scale analysis. In conclusion, this doctorate study provides an insight into the roles of the 5q31-q33, MYO9B, IL18RAP and HLA loci in the susceptibility to celiac disease in the Finnish, Hungarian and Italian populations, highlighting the need for further studies at these genetic loci and examination of the function of the candidate genes.

Keliakia on ravinnon vehnän ohran ja rukiin sisältämän gluteenin aiheuttama ohutsuolen tulehdus, jolla on autoimmuunitaudin piirteitä. Keliakiaa sairastaa noin joka sadas suomalainen, mutta suurella osalla tauti esiintyy piilevänä. Taudin ainoa hoitokeino on täysin gluteeniton ruokavalio. Alttius sairastua keliakiaan on perinnöllistä. Lähes kaikki potilaat kantavat HLA-DQ2 tai -DQ8 kudosantigeenejä, joilla on keskeinen rooli taudin synnyssä. Nämä kudosantigeenit ovat kuitenkin yleisiä myös terveessä väestössä, ja useat tutkimukset osoittavat että tämän monitekijätaudin puhkeamiseen tarvitaan myös muita perinnöllisiä alttiustekijöitä. Suuri osa keliakialle altistavista perintötekijöistä on vielä löytymättä, ja niiden selvittäminen onkin tällä hetkellä laajojen tutkimusten kohteena. -- Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia keliakialle altistavia perintötekijöitä suomalaisessa, unkarilaisessa ja pohjoisitalialaisessa väestössä. Tutkimuksessa käytettiin perhe- ja potilasaineistoja, ja niissä keskityttiin jo tunnettujen keliakialle altistavien kromosomialueiden tarkempaan seulontaan, sekä aikaisemmin julkaistujen tutkimustuloksen varmistamiseen. Tuloksemme vahvistivat, että kromosomissa 5q31-q33 sijaitsee keliakialle altistavia geenimuotoja, mutta vielä tarkempia tutkimuksia tarvitaan näiden geenimuotojen tunnistamiseksi. Tutkimustuloksemme vahvistivat myös, että kromosomialueella 19p13 sijaitsee keliakialle altistavia geenimuotoja. Tässä kromosomissa sijaitsevan MYO9B-geenin polymorfioiden on aikaisemmin havaittu altistavan keliakialle hollantilaisessa väestössä. Omat tuloksemme eivät kuitenkaan tukeneet tätä löydöstä laajoissa potilasaineistoissamme. Sen sijaan huomasimme, että MYO9B-polymorfiat saattavat altistaa erityisesti ihokeliakialle. Väitöskirjatyössä tutkittiin myös kromosomissa 2q12 sijaitsevan IL18RAP-geenin ja keliakian välistä yhteyttä. Alun perin IL18RAP-geenin ja keliakian välinen yhteys löydettiin laajassa isobritannialaisessa tutkimuksessa, jossa seulottiin koko genomi uusien keliakian alttiusgeenien löytämiseksi. Omat tuloksemme tukivat tätä löydöstä. Lisäksi tuloksemme vahvistivat, että IL18RAP-geeni ilmentyy keliakian synnyn kannalta merkittävissä kudoksissa, kuten ohutsuolessa ja immuunivasteen kannalta tärkeissä veren mononukleaarisissa soluissa. Tässä väitöskirjatyössä validoitiin myös uusi tutkimusmenetelmä, jonka avulla on mahdollista selvittää keliakialle altistavien HLA-kudosantigeenien kantajuus. Menetelmän etuna muihin vastaaviin menetelmiin verrattuna on taloudellisuus ja helppokäyttöisyys. Tuloksemme vahvistivat, että menetelmä soveltuu näiden geenimuotojen seulontatutkimuksiin laajoissa Euroopan eri väestöistä peräisin olevissa aineistoissa.