Genetic studies on Finnish lupus erythematosus patients with cutaneous manifestations

Lupus erythematosus (LE) is a chronic, heterogeneous autoimmune disorder with abnormal immune responses, including production of autoantibodies and immune complexes. Clinical presentations of the disease range from mild cutaneous manifestations to a more generalised systemic involvement of internal organs. Cutaneous (CLE) forms are further subclassified into discoid LE (DLE), subacute cutaneous LE (SCLE) and acute cutaneous lupus erythematosus (ACLE), and may later progress to systemic disease (SLE). Both genetic and environmental factors contribute to the disease, although the precise aetiology is still elusive. Furthermore, complex gene-gene or gene-environment interactions may result in different subphenotypes of lupus. The genetic background of CLE is poorly known and only a few genes are confirmed, while the number of robust genetic associations in SLE exceeds 30. The aim of this thesis was to characterise the recruited patients clinically, and identify genetic variants conferring susceptibility to cutaneous variants of LE. Given that cutaneous and systemic disease may share underlying genetic factors, putative CLE candidate genes for genotyping were selected among those showing strong evidence of association in SLE. The correlation between relevant clinical manifestations and risk genotypes was investigated in order to find specific subphenotype associations. In addition, epistatic interactions in SLE were studied. Finally, the role of tissue degrading matrix metalloproteinases (MMP) in LE tissue injury was explored. These studies were conducted in Finnish case-control and family cohort, and Swedish case-control cohort. The clinical picture of the patients in terms of cutaneous, haematological and immunological findings resembled that described in the contemporary literature. However, the proportion of daily smokers was very high supporting the role of smoking in disease aetiology. The results confirmed that, even though clinically distinct entities, CLE and SLE share predisposing genetic factors. For the first time it was shown that known SLE susceptibility genes IRF5 and TYK2 also increase the risk of CLE. A tendency toward gene-gene interaction between these genes was found in SLE. As a remarkable novel finding, it was observed that ITGAM polymorphisms associated even more strongly to DLE than SLE, and the risk estimates were substantially higher than those reported for SLE. Several other recently identified SLE susceptibility genes showed signs of good or modest association especially in DLE. Subphenotype analyses indicated possible associations to clinical features, but marginally significant results reflected lack of sufficient power for these studies. Thorough immunohistochemical analyses of several MMPs demonstrated a role in epidermal changes and dermal tissue remodelling in diseased skin, and suggested that targeted action using selective MMP inhibitors may reduce lupus-induced damage in inflamed tissues. In conclusion, the results provide an insight into the genetics of CLE and demonstrate that genetic predisposition is at least in part shared between cutaneous and systemic variants of LE. This doctoral study has contributed IRF5, TYK2, ITGAM and several other novel genes to the so far short list of genes implicated in CLE susceptibility. Detailed examination of the function of these genes in CLE pathogenesis warrants further studies. Furthermore, the results support the need of subphenotype analysis with sample sizes large enough to reveal possible specific disease associations in order to better understand the heterogeneous nature and clinical specificities of the disease. Comprehensive analysis of clinical data suggests that smoking is an environmental triggering factor.

Lupus erythematosus (LE) on monimuotoinen krooninen autoimmuunisairaus, jonka kliininen kuva vaihtelee lievästä ihoon rajoittuvasta diskoidista (DLE) muodosta vakavaan, monia sisäelimiä vahingoittavaan systeemiseen (SLE) muotoon. LE:lle on tyypillistä vasta-aineiden tuotto elimistön omia kudoksia vastaan. Täsmällistä sairastumismekanismia ei tunneta, mutta perintötekijöiden ja ympäristötekijöiden tiedetään vaikuttavan sairastumisalttiuteen. Sairastuneet ovat usein nuoria naisia. Ihomuutokset aiheuttavat sosiaalista haittaa ja potilaiden elämänlaatu on heikentynyt. Parantavaa hoitoa ei ole ja käytetyillä lääkkeillä on haitallisia sivuvaikutuksia. Iholupukselle altistavien geenien tutkiminen on ollut vähäistä, ja tutkimustulokset ovat ristiriitaisia. Vain muutaman geenin tiedetään varmasti lisäävän riskiä sairastua iholupukseen, kun taas SLE:n alttiusgeenejä tunnetaan yli 30. Lisäksi monimutkaiset geeni-geeni- ja geeni-ympäristövuorovaikutukset saattavat vaikuttaa siihen, sairastuuko potilas iho- vai systeemiseen lupukseen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kuvata kerätyn potilasaineiston ihomuutoksia sekä immunologiaan ja verenkuvaan liittyviä muutoksia ja altistavia ympäristötekijöitä. Tutkimuksessa selvitettiin LE:n ihomuotojen geneettisiä tekijöitä ja mahdollisia geeni-geeni-vuorovaikutuksia. Geneettisiin tutkimuksiin valitut geenit ja niiden polymorfiat olivat sellaisia, joiden tiedetään liittyvän vahvasti SLE:n sairastumisalttiuteen. Lisäksi tutkimme matriksin metalloproteinaasien (MMP) roolia kudosvaurioissa. Tutkimusaineistona käytettiin suomalaisia iholupuspotilaita ja terveitä verrokkihenkilöitä, suomalaisia SLE-perheitä ja ruotsalaista tapaus-verrokkiaineistoa. Suomalaisten potilaiden ihomuutokset sekä immunologiaan ja verenkuvaan liittyvät löydökset olivat samanlaisia kuin kirjallisuudessa aikaisemmin kuvatuilla potilailla. Huomattavan suuri osa potilaista tupakoi ensimmäisten oireiden ilmetessä. Geneettisissä tutkimuksissa osoitimme, että IRF5- ja TYK2-geenit lisäävät riskiä sairastua iholupukseen. Havaitsimme myös tilastollisesti merkitsevän interaktion näiden kahden geenin välillä SLE-potilaissa. Terveisiin verrokkihenkilöihin verrattuna ITGAM-geenin polymorfiat lisäsivät kolminkertaisesti riskiä sairastua DLE:hen. Myös muut hiljattain tunnistetut SLE:n alttiusgeenit assosioituivat iholupukseen. Kliinisten alatyyppien ja tutkittujen geenipolymorfioiden välillä havaittiin vain heikkoja assosiaatioita, mikä johtunee liian pienestä otoskoosta. Tutkimustulokset osoittivat, että lupuksen eri alatyyppien MMP-ilmentymisprofiili on hyvin samankaltainen. Tämän perusteella voidaan ehdottaa, että MMP-estäjien kohdennettu käyttö saattaa vähentää lupuksesta johtuvia kudosvaurioita tulehdusalueilla. Tässä tutkimuksessa saadut tulokset lisäävät tietoutta iholupuksen geneettisestä taustasta ja osoittavat, että lupuksen eri muodoilla on ainakin osittain yhteinen geneettinen pohja. Uutena tuloksena olemme osoittaneet, että IRF5-, TYK2-, ITGAM- ja monet muut geenit eivät assosioidu vain SLE:hen vaan myös iholupukseen. Näiden geenien vaikutusmekanismit iholupuksen synnyssä ovat toistaiseksi tuntemattomia. Sairauden monimuotoisuuden ymmärtämiseksi on tärkeää analysoida kliinisten erityispiirteiden ja geneettisten tekijöiden välistä yhteyttä. Riittävän iso otoskoko on kuitenkin edellytys luotettavien tulosten saamiseksi. Tupakointia voidaan pitää mahdollisena altistavana ympäristötekijänä, joka voi lisätä sairastumisriskiä geneettisesti alttiissa henkilöissä.