Myotonic dystrophy type 2 (DM2) : Diagnostic methods and molecular pathology

Myotonic dystrophies type 1 (DM1) and type 2 (DM2) are the most common forms of muscular dystrophy affecting adults. They are autosomal dominant diseases caused by microsatellite tri- or tetranucleotide repeat expansion mutations in transcribed but not translated gene regions. The mutant RNA accumulates in nuclei disturbing the expression of several genes. The more recently identified DM2 disease is less well known, yet more than 300 patients have been confirmed in Finland thus far, and the true number is believed to be much higher. DM1 and DM2 share some features in general clinical presentation and molecular pathology, yet they show distinctive differences, including disease severity and differential muscle and fiber type involvement. However, the molecular differences underlying DM1 and DM2 muscle pathology are not well understood. Although the primary tissue affected is muscle, both DMs show a multisystemic phenotype due to wide expression of the mutation-carrying genes. DM2 is particularly intriguing, as it shows an incredibly wide spectrum of clinical manifestations. For this reason, it constitutes a real diagnostic challenge. The core symptoms in DM2 include proximal muscle weakness, muscle pain, myotonia, cataracts, cardiac conduction defects and endocrinological disturbations; however, none of these is mandatory for the disease. Myalgic pains may be the most disabling symptom for decades, sometimes leading to incapacity for work. In addition, DM2 may cause major socio-economical consequences for the patient, if not diagnosed, due to misunderstanding and false stigmatization. In this thesis work, we have (I) improved DM2 differential diagnostics based on muscle biopsy, and (II) described abnormalities in mRNA and protein expression in DM1 and DM2 patient skeletal muscles, showing partial differences between the two diseases, which may contribute to muscle pathology in these diseases. This is the first description of histopathological differences between DM1 and DM2, which can be used in differential diagnostics. Two novel high-resolution applications of in situ -hybridization have been described, which can be used for direct visualization of the DM2 mutation in muscle biopsy sections, or mutation size determination on extended DNA-fibers. By measuring protein and mRNA expression in the samples, differential changes in expression patterns affecting contractile proteins, other structural proteins and calcium handling proteins in DM2 compared to DM1 were found. The dysregulation at mRNA level was caused by altered transciption and abnormal splicing. The findings reported here indicate that the extent of aberrant splicing is higher in DM2 compared to DM1. In addition, the described abnormalities to some extent correlate to the differences in fiber type involvement in the two disorders.

Myotoniset dystrofiat DM1 ja DM2 ovat yleisimpiä aikuisväestöllä esiintyviä perinnöllisiä lihassairauksia. Vähemmän tunnettua DM2-tautia on tavattu Suomessa jo yli 300 potilaalla, ja taudin esiintyvyyden on arvioitu olevan todellisuudessa vielä paljon korkeampi. Sen tavallisimpiin oireisiin kuuluvat vaihtelevasti mm. lihasten heikkous, kipu ja jäykkyys, sekä myös harmaakaihi, sydämen johtumishäiriöt ja sisäerityksen häiriöt. Lihaskivut muodostuvat usein suurimmaksi ongelmaksi potilaille, ja pahimmillaan ne voivat aiheuttaa jopa työkyvyttömyyttä. Myotoniset dystrofiat ovat autosomaalisia dominantteja tauteja, jotka aiheutuvat lyhyiden toistuvien DNA-jaksojen laajentumista. Toistojaksomutaatio ilmentyy niissä lähetti-RNA -tasolla, mutta ei proteiinitasolla. Patologinen RNA ilmentyy monissa kudoksissa ja solutyypeissä, mikä selittää tautien monielinsyndroomaluonteen. Mutantti-RNA kerääntyy tumiin, häiriten solujen normaalia toimintaa, minkä seurauksena useiden geenien ilmentyminen häiriintyy. DM-tautien patogeneesille tyypillinen erityispiirre on lähetti-RNA:n prosessoinnin muuttuminen siten, että proteiineista tuotetaan vääränlaisia muotoja. DM2-tauti on tyypillisesti oireiltaan lievempi, mutta myös merkittävästi vaihtelevampi kuin DM1, mikä vaikeuttaa DM2-diagnoosin tekemistä kliinisten oireiden perusteella. Diagnosointia hankaloittaa myös mutaation suuri koko sekä sen somaattinen vaihtelu. DM2-taudin diagnostiikan tehostaminen olisi suotavaa, jotta yhä useammalle potilaalle voitaisiin antaa mahdollisimman sopivaa hoitoa ja tarvittaessa sydänseurantaa mahdollisten rytmihäiriöiden varalta. Täsmällinen diagnoosi on lisäksi lähes aina helpotus potilaille, jotka ovat voineet kärsiä vuosikausia erilaisista oireista. Ennen oikeaa diagnoosia osa DM2-potilaista on kohdannut leimaamista ja sosioekonomisia ongelmia, kun selittävää syytä erilaisille oireille ei ole löytynyt. Heikkoutta esiintyy pääasiallisesti eri lihasryhmissä DM1 ja DM2-taudeissa. Lihasoireiden taustalla olevia molekyylitason syitä ja patomekanismeja ei tunneta hyvin DM-taudeissa, kuten ei myöskään eroja DM1- ja DM2-tautien välillä. Tässä väitöskirjatyössä kuvataan uusia diagnostisia menetelmiä DM2-taudin toteamiseksi, sekä niitä solu- ja molekyylitason muutoksia, jotka voivat osallistua taudin patogeneesiin lihaskudoksessa. Myosiinin raskasketjuihin perustuvaa immunohistokemiallista menetelmää , sekä in situ-hybridisaatiota hyödyntävää mutaation osoitusmenetelmää käytetään työkaluina DM2-taudin erotusdiagnostiikassa Suomessa. Lisäksi olemme kuvanneet ensimmäisten joukossa molekyylitason eroja DM1- ja DM2-lihaksissa, jotka voivat osaltaan selittää eroja lihaspatologiassa näiden tautien välillä.