Tumour necrosis factor receptor-associated periodic syndrome (TRAPS) : Identification of novel TNFRSF1A mutations and intracellular signalling defects

The systemic autoinflammatory disorders are a group of rare diseases characterized by periodically recurring episodes of acute inflammation and a rise in serum acute phase proteins, but with no signs of autoimmunity. At present eight hereditary syndromes are categorized as autoinflammatory, although the definition has also occasionally been extended to other inflammatory disorders, such as Crohn s disease. One of the autoinflammatory disorders is the autosomally dominantly inherited tumour necrosis factor receptor-associated periodic syndrome (TRAPS), which is caused by mutations in the gene encoding the tumour necrosis factor type 1 receptor (TNFRSF1A). In patients of Nordic descent, cases of TRAPS and of three other hereditary fevers, hyperimmunoglobulinemia D with periodic fever syndrome (HIDS), chronic infantile neurologic, cutaneous and articular syndrome (CINCA) and familial cold autoinflammatory syndrome (FCAS), have been reported, TRAPS being the most common of the four. Clinical characteristics of TRAPS are recurrent attacks of high spiking fever, associated with inflammation of serosal membranes and joints, myalgia, migratory rash and conjunctivitis or periorbital cellulitis. Systemic AA amyloidosis may occur as a sequel of the systemic inflammation. The aim of this study was to investigate the genetic background of hereditary periodically occurring fever syndromes in Finnish patients, to explore the reliability of determining serum concentrations of soluble TNFRSF1A and metalloproteinase-induced TNFRSF1A shedding as helpful tools in differential diagnostics, as well as to study intracellular NF-κB signalling in an attempt to widen the knowledge of the pathomechanisms underlying TRAPS. Genomic sequencing revealed two novel TNFRSF1A mutations, F112I and C73R, in two Finnish families. F112I was the first TNFRSF1A mutation to be reported in the third extracellular cysteine-rich domain of the gene and C73R was the third novel mutation to be reported in a Finnish family, with only one other TNFRSF1A mutation having been reported in the Nordic countries. We also presented a differential diagnostic problem in a TRAPS patient, emphasizing for the clinician the importance of differential diagnostic vigiliance in dealing with rare hereditary disorders. The underlying genetic disease of the patient both served as a misleading factor, which possibly postponed arrival at the correct diagnosis, but may also have predisposed to the pathologic condition, which led to a critical state of the patient. Using a method of flow cytometric analysis modified for the use on fresh whole blood, we studied intracellular signalling pathways in three Finnish TRAPS families with the F112I, C73R and the previously reported C88Y mutations. Evaluation of TNF-induced phosphorylation of NF-κB and p38, revealed low phosphorylation profiles in nine out of ten TRAPS patients in comparison to healthy control subjects. This study shows that TRAPS is a diagnostic possibility in patients of Nordic descent, with symptoms of periodically recurring fever and inflammation of the serosa and joints. In particular in the case of a family history of febrile episodes, the possibility of TRAPS should be considered, if an etiology of autoimmune or infectious nature is excluded. The discovery of three different mutations in a population as small as the Finnish, reinforces the notion that the extracellular domain of TNFRSF1A is prone to be mutated at the entire stretch of its cysteine-rich domains and not only at a limited number of sites, suggesting the absence of a founder effect in TRAPS. This study also demonstrates the challenges of clinical work in differentiating the symptoms of rare genetic disorders from those of other pathologic conditions and presents the possibility of an autoinflammatory disorder as being the underlying cause of severe clinical complications. Furthermore, functional studies of fresh blood leukocytes show that TRAPS is often associated with a low NF-κB and p38 phosphorylation profile, although low phosphorylation levels are not a requirement for the development of TRAPS. The aberrant signalling would suggest that the hyperinflammatory phenotype of TRAPS is the result of compensatory NF-κB-mediated regulatory mechanisms triggered by a deficiency of the innate immune response.

Systeemiset autoinflammatoriset oireyhtymät ovat joukko harvinaisia, autosomaalisesti periytyviä tauteja, joiden oirekuvaan kuuluvat toistuvat kuumekohtaukset, muine tulehdusoireineen. 1990-lopulla lääketieteellisessä kirjallisuudessa perinnöllisiin kuumeoireyhtymiin luettiin välimerenkuume (FMF) ja hyperimmunoglobulinemia D with periodic fever syndrome (HIDS), jotka ovat peitty-västi periytyviä, sekä tumour necrosis factor receptor-associated periodic syndrome (TRAPS), joka periytyy vallitsevasti. Näihin on viime vuosina liitetty ainakin viisi vallitsevasti periytyvää oi-reyhtymää, familial cold autoinflammatory syndrome (FCAS), Muckle-Wells syndrome (MWS) ja neonatal-onset multisystem inflammatory disorder (NOMID)/ chronic infantile neurological cutaneous and articular (CINCA) syndrome, Pyogenic sterile arthritis in combination with py-oderma gangrenosum and acne (PAPA) ja Blau oireyhtymä. Kaikissa oireyhtymissä kohdegeenin mutaatiot aiheuttavat aggressiivisen ja pitkittyneen tulehdusreaktion. Yhteistä kaikille kuumeoireyh-tymille on jaksottaisesti esiintyvä korkea kuume, peritoneumin, pleuran, perikardiumin ja nivelten tulehdus, sekä lihassärkyä ja erilaisia ihottumia. CRP ja SAA, sekä muut akuutin faasin proteiinit nousevat voimakkaasti, jonka seurauksena saattaa olla komplikaatiot, kuten AA-amyloidoosi. Var-sinkin FMF:ssa, jonka taustalla on tulehdusreaktiota ja apoptoosia säätelevää pyriiniä koodaavan MEFV geenin mutaatio, AA-amyloidoosi on yleinen komplikaatio. Kolkisiini-lääkityksen aloittami-sen myötä amyloidoositapaukset ovat vähentyneet FMF-potilaiden parissa. Vallitsevasti periytyvää kuumetta kuvattiin suomalaisessa suvussa vuonna 1992 ja vuonna 1999 tutki-musryhmämme osoitti yhteistyössä brittiläisten ja amerikkalaisten tutkijoiden kanssa vallitsevasti periy-tyvän jaksoittaisen kuumeen geneettisen taustan liittyvän kromosomiin 12p13, jossa sijaitsee mm. tuu-morinekroositekijän (TNF) tyyppi 1 reseptorin (TNFRSF1A) geeni. Oireisilla henkilöillä todettiin mata-lat seerumin TNFRSF1A-tasot ja DNA-sekvenssimäärityksellä todettiin kuusi eri TNFRSF1A:n piste-mutaatiota, josta nimi tumour necrosis factor receptor-associated periodic fever syndrome (TRAPS). Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää jaksoittaisen kuumeen mahdollinen perinnöllinen tausta suomalaisissa potilaissa, arvioida eri tutkimusmenetelmien luetettavuutta erotusdiagnostisina menetel-minä, sekä tutkia solunsisäistä signaalivälitystä TRAPS:n taustalla olevien tautimekanismien valaisemi-seksi. Kahdessa suomalaisessa suvussa, osoitimme kaksi ennen julkaisematonta TNFRSF1A-geenin mutaatio-ta, F112I ja C73R. Raportoimme myös diagnostisen ongelman TRAPS potilaassa, painottaen kliinikol-le erotusdiagnostiikan tärkeyttä harvinaisten perinnöllisten tautien yhteydessä. Tässä tapauksessa poti-laan tiedossa oleva geneettinen sairaus oli harhauttava tekijä, joka saattoi johtaa oikean diagnoosin vii-västymiseen, mutta joka myös mahdollisesti altisti akuutin, henkeä uhkaavan tilan kehittymiseen. Tuo-reita verisoluja varten sovellettua virtaussytometrista menetelmää käyttäen, tutkimme solunsisäistä sig-naalivälitystä TRAPS potilaissa kolmesta, F112I, C73R, ja aiemmin raportoitua C88Y, TNFRSF1A-geenin mutaatiota omaavasta suomalaisesta suvusta. Yhdeksässä kymmenestä TRAPS potilaassa to-tesimme matalia NF-κB:n ja p38:n fosforylaatiotasoja TNF:llä stimulaation jälkeen verrattuna terveisiin kontrollihenkilöihin. Tämä tutkimus osoittaa, että TRAPS on diagnostinen ongelma pohjoismaisissa potilaissa, joilla esiintyy jaksoittaista kuumetta ja nivelten, sekä limakalvojen tulehdusta, varsinkin, mikäli suvussa esiintyy vas-taavanlaisia oireita. Kolmen eri TNFRSF1A-geenin mutaation löytyminen niin pienessä kuin suomalai-sessa populaatiossa, osoittaisi, että TNFRSF1A-geeni on altis mutaatioille laajemmallakin alueella. Tämä tutkimus kuvaa myös kliinisen työn haasteita harvinaisten perinnöllisten tautien ja muiden saman-tyyppisiä oireita aiheuttavien sairauksien erotusdiagnostiikassa, sekä esittää autoinflammatorista oireyh-tymää mahdollisena altistavana tekijänä vaarallisten komplikaatioiden aiheuttajana. Lisäksi, funktio-naaliset tutkimukset veren valkosoluista osoittavat, että usein TRAPS:iin liittyy matalia NF-κB:n ja p38:n fosforylaatiotasoja, jotka saattavat johtua sisäsyntyisen immuunijärjestelmän vajavuudesta johtu-vien kompensatoristen mekanismien aktivoitumisesta.