Complex trait of acute pancreatitis : Studies of candidate genes and adipokines

Acute pancreatitis (AP) is a common disease. Mild disease resolves spontaneously in a few days. Severe forms of the disease can lead to local complications, necrosis, and abscesses in and around the pancreas. Systemic inflammation in severe AP is associated with distant organ failures. The aim of this study is to identify genetically determined prognostic factors involved in the clinical features of AP. The study employs a candidate-gene approach, and the genes are involved in trysinogen activation in the initiation phase of the disease, as well as in the systemic inflammation as the disease proceeds. The last study examines adipokines, fat-derived hormones characterized with the capacity to modify inflammation. SPINK 1 is a gene coding trypsin activation inhibitor. Mutations N34S and P55N were determined by minisequencing methods in 371 AP patients and in 459 controls. The mutation N34S was more common in AP patients (7.8%) than in controls (2.6%). This suggests that SPINK 1 gene mutation N34S is a risk factor for AP. In the fourth study, in 12 matched pairs of patients with severe and mild AP, levels of adipokines, adiponectin, and leptin were evaluated. Plasma adipokine levels did not differ between patients with mild and severe AP. The results suggest that in AP, adipokine plasma levels are not factors predisposing to organ failures. This study identified the SPINK 1 mutation N34S to be a risk factor for AP in the general population. As AP is a multifactorial disease, and extensive genetic heterogeneity is likely, further identification of genetic factors in the disease requires larger future studies with more advanced genetic study models. Further identification of the patient characteristics associated with organ failures offers another direction of the study to achieve more detailed understanding of the severe form of AP.

CNS injury, γ1 laminin, and its KDI peptide

Nisäkkäillä keskushermoston uudistuminen on rajallista. Keskushermostovamman jälkeen aktivoituu monien paranemista edistävien tekijöiden lisäksi myös estäviä tekijöitä. Monella molekyylillä, kuten laminiinilla, on keskushermoston paranemista tehostava vaikutus. Laminiinit ovat myös kehon tyvikalvojen oleellisia rakennuskomponentteja. Keskushermoston laminiinit ovat tärkeitä sikiökehityksen aikana, esimerkiksi hermosäikeiden ohjauksessa. Myöhemmin ne osallistuvat veriaivoesteen ylläpitoon sekä vammojen jälkeiseen kudosreaktioon. Väitöskirjatutkimuksessani olen selvittänyt lamiiniinien, erityisesti γ1 laminiinin ja sen KDI peptidin, ekspressiota keskushermoston vammatilanteissa. Kokeellisessa soluviljelmäasetelmassa, joka simuloi vammautunutta keskushermostoympäristöä, osoitimme että KDI peptidi voimistaa sekä hermosolujen selviytymistä että hermosäikeiden kasvua. Kainihappo on glutamaattianalogi, ja glutamaattitoksisuudella uskotaan olevan tärkeä merkitys keskushermoston eri vamma- ja sairaustilanteissa tapahtuvassa hermosolukuolemassa. Toisessa väitöskirjani osatyössä osoitimme eläinmallissa KDI peptidin suojaavan rotan aivojen hippokampuksen hermosoluja kainihapon aiheuttamalta solutuholta. Elektrofysiologisilla mittauksilla osoitimme kolmannessa osatyössäni, että KDI peptidi estää glutamaattireseptorivirtoja ja suojaa siten glutamaattitoksisuudelta. Aivoveritulpan aiheuttama aivovaurio on yleinen syy aivohalvaukseen. Viimeisessä osatyössäni tutkimme eläinmallissa laminiinien ekspressiota iskemian vaurioittamassa aivokudoksessa. Laminiiniekspression todettiin voimistuvan vaurion jälkeen sekä tyvikalvo- että soluväliainerakenteissa. Vaurion ympärillä havaittiin astrosyyttejä, jotka jo melko aikaisessa vaiheessa vamman jälkeen ekspressoivat γ1 laminiinia ja KDI peptidiä. Tästä voidaan päätellä laminiinien osallistuvan aivoiskeemisen vaurion patofysiologiaan. Yleisesti väitöskirjatyöni kartoitti laminiinien ekspressiota sekä terveessä että vammautuneessa keskushermostossa. Väitöskirjatyöni tukee hypoteesia, jonka mukaan KDI peptidi suojaa keskushermostoa vaurioilta.

Detection and progression of chronic allograft nephropathy : A study based on protocol biopsies

Background. Kidney transplantation (KTX) is considered to be the best treatment of terminal uremia. Despite improvements in short-term graft survival, a considerable number of kidney allografts are lost due to the premature death of patients with a functional kidney and to chronic allograft nephropathy (CAN). Aim. To investigate the risk factors involved in the progression of CAN and to analyze diagnostic methods for this entity. Materials and methods. Altogether, 153 implant and 364 protocol biopsies obtained between June 1996 and April 2008 were analyzed. The biopsies were classified according to Banff ’97 and chronic allograft damage index (CADI). Immunohistochemistry for TGF-β1 was performed in 49 biopsies. Kidney function was evaluated by creatinine and/or cystatin C measurement and by various estimates of glomerular filtration rate (GFR). Demographic data of the donors and recipients were recorded after 2 years’ follow-up. Results. Most of the 3-month biopsies (73%) were nearly normal. The mean CADI score in the 6-month biopsies decreased significantly after 2001. Diastolic hypertension correlated with ΔCADI. Serum creatinine concentration at hospital discharge and glomerulosclerosis were risk factors for ΔCADI. High total and LDL cholesterol, low HDL and hypertension correlated with chronic histological changes. The mean age of the donors increased from 41 -52 years. Older donors were more often women who had died from an underlying disease. The prevalence of delayed graft function increased over the years, while acute rejections (AR) decreased significantly over the years. Sub-clinical AR was observed in 4% and it did not affect long-term allograft function or CADI. Recipients´ drug treatment was modified along the Studies, being mycophenolate mophetil, tacrolimus, statins and blockers of the renine-angiotensin-system more frequently prescribed after 2001. Patients with a higher ΔCADI had lower GFR during follow-up. CADI over 2 was best predicted by creatinine, although with modest sensitivity and specificity. Neither cystatin C nor other estimates of GFR were superior to creatinine for CADI prediction. Cyclosporine A toxicity was seldom seen. Low cyclosporin A concentration after 2 h correlated with TGF- β1 expression in interstitial inflammatory cells, and this predicted worse graft function. Conclusions. The progression of CAN has been affected by two major factors: the donors’ characteristics and the recipients’ hypertension. The increased prevalence of DGF might be a consequence of the acceptance of older donors who had died from an underlying disease. Implant biopsies proved to be of prognostic value, and they are essential for comparison with subsequent biopsies. The progression of histological damage was associated with hypertension and dyslipidemia. The augmented expression of TGF-β1 in inflammatory cells is unclear, but it may be related to low immunosuppression. Serum creatinine is the most suitable tool for monitoring kidney allograft function on every-day basis. However, protocol biopsies at 6 and 12 months predicted late kidney allograft dysfunction and affected the clinical management of the patients. Protocol biopsies are thus a suitable surrogate to be used in clinical trials and for monitoring kidney allografts.

Noninvasive techniques in assessing coronary artery disease

Conventional invasive coronary angiography is the clinical gold standard for detecting of coronary artery stenoses. Noninvasive multidetector computed tomography (MDCT) in combination with retrospective ECG gating has recently been shown to permit visualization of the coronary artery lumen and detection of coronary artery stenoses. Single photon emission tomography (SPECT) perfusion imaging has been considered the reference method for evaluation of nonviable myocardium, but magnetic resonance imaging (MRI) can accurately depict structure, function, effusion, and myocardial viability, with an overall capacity unmatched by any other single imaging modality. Magnetocardiography (MCG) provides noninvasively information about myocardial excitation propagation and repolarization without the use of electrodes. This evolving technique may be considered the magnetic equivalent to electrocardiography. The aim of the present series of studies was to evaluate changes in the myocardium assessed with SPECT and MRI caused by coronary artery disease, examine the capability of multidetector computed tomography coronary angiography (MDCT-CA) to detect significant stenoses in the coronary arteries, and MCG to assess remote myocardial infarctions. Our study showed that in severe, progressing coronary artery disease laser treatment does not improve global left ventricular function or myocardial perfusion, but it does preserve systolic wall thickening in fixed defects (scar). It also prevents changes from ischemic myocardial regions to scar. The MCG repolarization variables are informative in remote myocardial infarction, and may perform as well as the conventional QRS criteria in detection of healed myocardial infarction. These STT abnormalities are more pronounced in patients with Q-wave infarction than in patients with non-Q-wave infarctions. MDCT-CA had a sensitivity of 82%, a specificity of 94%, a positive predictive value of 79%, and a negative predictive value of 95% for stenoses over 50% in the main coronary arteries as compared with conventional coronary angiography in patients with known coronary artery disease. Left ventricular wall dysfunction, perfusion defects, and infarctions were detected in 50-78% of sectors assigned to calcifications or stenoses, but also in sectors supplied by normally perfused coronary arteries. Our study showed a low sensitivity (sensitivity 63%) in detecting obstructive coronary artery disease assessed by MDCT in patients with severe aortic stenosis. Massive calcifications complicated correct assessment of the lumen of coronary arteries.

Pharmacogenetics of SLCO1B1: Population genetics and effect on statins

Kohonneiden kolesterolipitoisuuksien alentamisessa käytettävien statiinien hyödyt sydän- ja verisuonisairauksien estossa on vahvasti osoitettu ja niiden käyttö on niin Suomessa kuin muuallakin maailmassa kasvanut voimakkaasti – Suomessa statiininkäyttäjiä on noin 600 000. Statiinilääkitys on pitkäaikaisessakin käytössä melko hyvin siedetty, mutta yleisimpinä haittavaikutuksina voi ilmetä lihasheikkoutta, -kipua ja -kramppeja, jotka voivat edetä jopa henkeä uhkaavaksi lihasvaurioksi. Lihashaittariski suurenee suhteessa statiiniannokseen ja plasman statiinipitoisuuksiin. Statiinien plasmapitoisuuksissa, tehossa ja haittavaikutusten ilmenemisessä on suuria potilaskohtaisia eroja. SLCO1B1-geenin koodaama OATP1B1-kuljetusproteiini kuljettaa monia elimistön omia aineita ja lääkeaineita verenkierrosta solukalvon läpi maksasoluun, mm. statiineja, joiden kolesterolia alentava vaikutus ja poistuminen elimistöstä tapahtuvat pääosin maksassa. Erään SLCO1B1-geenin nukleotidimuutoksen (c.521T>C) tiedetään heikentävän OATP1B1:n kuljetustehoa. Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin SLCO1B1-geenin perinnöllistä muuntelua suomalaisilla ja eri väestöissä maailmanlaajuisesti. Lisäksi selvitettiin SLCO1B1:n muunnosten vaikutusta eri statiinien pitoisuuksiin (farmakokinetiikka) ja vaikutuksiin (farmakodynamiikka) sekä kolesteroliaineenvaihduntaan. Näihin tutkimuksiin valittiin SLCO1B1-genotyypin perusteella terveitä vapaaehtoisia koehenkilöitä, joille annettiin eri päivinä kerta-annos kutakin tutkittavaa statiinia: fluvastatiinia, pravastatiinia, simvastatiinia, rosuvastatiinia ja atorvastatiinia. Verinäytteistä määritettiin plasman statiinien ja niiden aineenvaihduntatuotteiden sekä kolesterolin ja sen muodostumista ja imeytymistä kuvaavien merkkiaineiden pitoisuuksia. Toiminnallisesti merkittävien SLCO1B1-geenimuunnosten esiintyvyydessä todettiin suuria eroja eri väestöjen välillä. Suomalaisilla SLCO1B1 c.521TC-genotyypin (geenimuunnos toisessa vastinkromosomissa) esiintyvyys oli noin 32 % ja SLCO1B1 c.521CC-genotyypin (geenimuunnos molemmissa vastinkromosomeissa) esiintyvyys noin 4 %. Globaalisti geenimuunnosten esiintyvyys korreloi maapallon leveyspiirien kanssa siten, että matalaan transportteriaktiivisuuteen johtavat muunnokset olivat yleisimpiä pohjoisessa ja korkeaan aktiivisuuteen johtavat päiväntasaajan lähellä asuvilla väestöillä. SLCO1B1-genotyypillä oli merkittävä vaikutus statiinien plasmapitoisuksiin lukuun ottamatta fluvastatiinia. Simvastatiinihapon plasmapitoisuudet olivat keskimäärin 220 %, atorvastatiinin 140 %, pravastatiinin 90 % ja rosuvastatiinin 70 % suuremmat c.521CC-genotyypin omaavilla koehenkilöillä verrattuna normaalin c.521TT-genotyypin omaaviin. Genotyypillä ei ollut merkittävää vaikutusta minkään statiinin tehoon tässä kerta-annostutkimuksessa, mutta geenimuunnoksen kantajilla perustason kolesterolisynteesinopeus oli suurempi. Tulokset osoittavat, että SLCO1B1 c.521T>C geenimuunnos on varsin yleinen suomalaisilla ja muilla ei-afrikkalaisilla väestöillä. Tämä geenimuunnos voi altistaa erityisesti simvastatiinin, mutta myös atorvastatiinin, pravastatiinin ja rosuvastatiinin, aiheuttamille lihashaitoille suurentamalla niiden plasmapitoisuuksia. SLCO1B1:n geenimuunnoksen testaamista voidaan tulevaisuudessa käyttää apuna valittaessa sopivaa statiinilääkitystä ja -annosta potilaalle, ja näin parantaa sekä statiinihoidon turvallisuutta että tehoa.