Genes outside The Hla Region affecting Susceptibility to Type 1 Diabetes - The Role of Iddm2 and Iddm9 in the Finnish Population

Tyypin 1 diabeteksen perinnöllinen alttius Suomessa - HLA-alueen ulkopuolisten alttiuslokusten IDDM2 ja IDDM9 rooli taudin periytymisessä HLA-alue, joka sijaitsee kromosomissa 6p21.3, vastaa noin puolesta perinnöllisestä alttiudesta sairastua tyypin 1 diabetekseen. Myös HLA-alueen ulkopuolisten lokusten on todettu liittyvän sairausalttiuteen. Näistä kolmen lokuksen on varmistettu olevan todellisia alttiuslokuksia ja lisäksi useiden muiden, vielä varmistamattomien lokusten, on todettu liittyvän sairausalttiuteen. Tässä tutkimuksessa 12:n HLA-alueen ulkopuolisen alttiuslokuksen kytkentä tyypin 1 diabetekseen tutkittiin käyttäen 107:aa suomalaista multiplex-perhettä. Jatkotutkimuksessa analysoitiin IDDM9-alueen kytkentä ja assosiaatio sairauteen laajennetuissa perhemateriaaleissa sekä IDDM2-alueen mahdollinen interaktio HLA-alueen kanssa sairauden muodostumisessa. Lisäksi suoritettiin IDDM2-alueen suojaavien haplotyyppien alatyypitys tarkoituksena tutkia eri haplotyyppien käyttökelpoisuutta sairastumisriskin tarkempaa ennustamista varten. Ensimmäisessä kytkentätutkimuksessa ei löytynyt koko genomin tasolla merkitsevää tai viitteellistä kytkentää tutkituista HLA-alueen ulkopuolisista lokuksista. Voimakkain havaittu nimellisen merkitsevyyden tavoittava kytkentä nähtiin IDDM9-alueen markkerilla D3S3576 (MLS=1.05). Tutkimuksessa ei kyetty varmistamaan tai sulkemaan pois aiempia kytkentähavaintoja tutkituilla lokuksilla, mutta IDDM9-alueen jatkotutkimuksessa havaittu voimakas kytkentä (MLS=3.4) ja merkitsevä assosiaatio (TDT p=0.0002) viittaa vahvasti siihen, että 3q21-alueella sijaitsee todellinen tyypin 1 diabeteksen alttiusgeeni, jolloin alueen kattava assosiaatiotutkimus olisi perusteltu jatkotoimenpide. Sairauteen altistava IDDM2-alueen MspI-2221 genotyyppi CC oli nimellisesti yleisempi matalan tai kohtalaisen HLA-sairastumisriskin diabeetikoilla, verrattuna korkean HLA-riskin potilaisiin (p=0.05). Myös genotyyppijakauman vertailu osoitti merkitsevää eroa ryhmien välillä (p=0.01). VNTR-haplotyyppitutkimus osoitti, että IIIA/IIIA-homotsygootin sairaudelta suojaava vaikutus on merkitsevästi voimakkaampi kuin muiden luokka III:n genotyypeillä. Nämä tulokset viittaavat IDDM2-HLA -vuorovaikutukseen sekä siihen että IDDM2-alueen haplotyyppien välillä esiintyy etiologista heterogeniaa. Tämän johdosta IDDM2-alueen haplotyyppien tarkempi määrittäminen voisi tehostaa tyypin 1 diabeteksen riskiarviointia.

Virus Infections in Early Childhood, Cow’s Milk Formula Exposure and Genetic Predisposition in the Development of Diabetes-Associated Autoimmunity

Varhaislapsuuden virusinfektioiden, lehmänmaitopohjaisen äidinmaitovastikeen ja geneettisen alttiuden merkitys diabetekseen liittyvän autoimmuniteetin kehittymisessä Tyypin 1 diabetes on autoimmuunisairaus, joka syntyy haiman insuliinia tuottavien beta-solujen tuhouduttua elimistön oman immuunipuolustusjärjestelmän hyökkäyksen seurauksena. Sekä perimän että ympäristötekijöiden arvellaan vaikuttavan tautiprosessiin, mutta taudin tarkkaa syntymekanismia ei tunneta. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää varhaislapsuuden ympäristötekijöiden vaikutusta beta-soluautoimmuniteetin syntyyn, erityispaino tutkimuksessa oli ympäristötekijöiden yhteisvaikutuksessa sekä geneettisten riskitekijöiden ja ympäristötekijöiden vuorovaikutuksessa. Varhaislapsuudessa sairastettu sytomegalovirus- tai enterovirusinfektio ei lisännyt beta-soluautoimmuniteetin riskiä lapsilla, joilla on geneettisesti kohonnut riski sairastua tyypin 1 diabetekseen. Ennen puolen vuoden ikää sairastettu rotavirusinfektio lisäsi hieman tyypin 1 diabetekseen liittyvän autoimmuniteetin riskiä. Tarkemmassa analyysissa varhaislapsuuden enterovirusinfektio osoittautui kuitenkin autovasta-aineiden muodostumisen riskitekijäksi niiden lasten joukossa, jotka olivat saaneet lehmänmaitopohjaista äidinmaidon vastiketta ensimmäisten elinkuukausien aikana. Tämä löydös viittaa enterovirusinfektion ja lehmänmaitopohjaisen vastikkeen yhteisvaikutukseen tyypin 1 diabetekseen liittyvän autoimmuniteetin synnyssä. Löydösten mukaan PTPN22 geenin C1858T polymorfismi vaikuttaa CD4+ T solujen aktivaatioon ja proliferaatiovasteeseen, 1858T alleeliin liittyy alentunut T-soluresepto-rivälitteinen aktivaatio. 1858T alleelin kantajuuteen liittyy lisäksi lisääntynyt autovasta-aineiden ja kliinisen diabeteksen ilmaantuvuus. Tämä yhteys rajoittui yksilöihin, jotka olivat altistuneet lehmänmaitopohjaiselle vastikkeelle ennen kuuden kuukauden ikää. Tulosten mukaan sekä ympäristötekijöiden väliset yhteisvaikutukset että perimä vaikuttavat yksittäisen ympäristötekijän merkitykseen tyypin 1 diabetekseen liittyvän autoimmuniteetin synnyssä. Nämä yhteisvaikutukset ympäristötekijöiden kesken ja perimän ja ympäristötekijöiden välillä selittävät aiemmin julkaistujen tulosten ristiriittaisuutta tutkimuksissa, joissa on analysoitu vain yhden ympäristötekijän vaikutusta diabeteksen ilmaantuvuuteen.

Islet antigen-specific T cells and regulatory T cells in type 1 diabetes

T cells are the key players in the development of type 1 diabetes (T1D), mediating autoimmune reactions leading to the destruction of insulin producing beta cells in the islets. We aimed to analyze the role of different T-cell subtypes in the autoimmunity and pathogenesis of T1D. The frequency of islet antigen-specific (GAD65-, proinsulin-, and insulin-specific) CD4+ T cells was investigated in vitro in T1D patients, at-risk individuals (diabetes-associated autoantibody positive), and in controls, using MHC class II tetramers. An overall higher frequency of CD4+ T-cells recognizing the GAD65 555−567 peptide was detected in at-risk individuals. In addition, increased CD4+ T-cell responses to the same GAD65 epitope displaying a memory phenotype were observed in at-risk and diabetic children, which demonstrate a previous encounter with the antigen in vivo. Avidity and phenotypic differences were also observed among CD4+ T-cell clones induced by distinct doses of GAD65 autoantigen. T-cell clones generated at the lowest peptide dose displayed the highest avidity and expressed more frequently the TCR Vβ5.1 chain than low-avidity T cells. These findings raise attention to the antigen dose when investigating the diversity of antigen-specific T cells. Furthermore, an increased regulatory response during the preclinical phase of T1D was also found in genetically at-risk children. Higher frequencies of regulatory T (Treg) cells (CD4+CD25_high HLA-DR-/CD69-) and natural killer T (NKT) cells (CD161+Vbeta11+) were observed in children with multiple autoantibodies compared to autoantibody-negative controls. Taken together, these data showed increased frequency of islet-specific CD4+ T-cells, especially to the GAD65 555-567 epitope, and Treg and NKT cell upregulation in children at-risk for T1D, suggesting their importance in T1D pathogenesis

The Influence of Diet and Microbes on Colonic Immune Regulation and their Implications on Type 1 Diabetes

Dietary and microbial factors are thought to contribute to the rapidly increasing prevalence of T1D in many countries worldwide. The impact of these factors on immune regulation and diabetes development in non-obese diabetic (NOD) mice are investigated in this thesis. Diabetes can be prevented in NOD mice through dietary manipulation. Diet affects the composition of intestinal microbiota, which may subsequently influence intestinal immune homeostasis. However, the specific effects of anti-diabetogenic diets on gut immunity and the explicit associations between intestinal immune disruption and type 1 diabetes onset remain unclear. The research presented herein demonstrates that newly weaned NOD mice suffer from a mild level of colitis, which shifts the colonic immune cell balance towards a proinflammatory status. Several aberrations can also be observed in the peritoneal B cells of NOD mice; an increase in activation marker expression, increased trafficking to the pancreatic lymph nodes and significantly higher antigen presenting cell (APC) efficiency towards insulin-specific T cells. A shift towards inflammation is likewise observed in the colon of germ-free NOD mice, but signs of peritoneal B cell activation are lacking in these mice. Remarkably, most of the abnormalities in the colon, peritoneal macrophages and the peritoneal B cell APC activity of NOD mice are abrogated when NOD mice are maintained on a diabetes-preventive, soy-based diet (ProSobee) from the time of weaning. Dietary and microbial factors hence have a significant impact on colonic immune regulation and peritoneal B cell activation and it is suggested that these factors influence diabetes development in NOD mice.

Factors predicting mortality in type 2 diabetes. With special reference to physical exercise, blood pressure, proteinuria, inflammation and P wave duration

Background: Type 2 diabetes patients have a 2-4 fold risk of cardiovascular disease (CVD) compared to the general population. In type 2 diabetes, several CVD risk factors have been identified, including obesity, hypertension, hyperglycemia, proteinuria, sedentary lifestyle and dyslipidemia. Although much of the excess CVD risk can be attributed to these risk factors, a significant proportion is still unknown. Aims: To assess in middle-aged type 2 diabetic subjects the joint relations of several conventional and non-conventional CVD risk factors with respect to cardiovascular and total mortality. Subjects and methods: This thesis is part of a large prospective, population based East-West type 2 diabetes study that was launched in 1982-1984. It includes 1,059 middle-aged (45-64 years old) participants. At baseline, a thorough clinical examination and laboratory measurements were performed and an ECG was recorded. The latest follow-up study was performed 18 years later in January 2001 (when the subjects were 63-81 years old). The study endpoints were total mortality and mortality due to CVD, coronary heart disease (CHD) and stroke. Results: Physically more active patients had significantly reduced total, CVD and CHD mortality independent of high-sensitivity C-reactive protein (hs-CRP) levels unless proteinuria was present. Among physically active patients with a hs-CRP level >3 mg/L, the prognosis of CVD mortality was similar to patients with hs-CRP levels ≤3 mg/L. The worst prognosis was among physically inactive patients with hs-CRP levels >3 mg/L. Physically active patients with proteinuria had significantly increased total and CVD mortality by multivariate analyses. After adjustment for confounding factors, patients with proteinuria and a systolic BP <130 mmHg had a significant increase in total and CVD mortality compared to those with a systolic BP between 130 and 160 mmHg. The prognosis was similar in patients with a systolic BP <130 mmHg and ≥160 mmHg. Among patients without proteinuria, a systolic BP <130 mmHg was associated with a non-significant reduction in mortality. A P wave duration ≥114 ms was associated with a 2.5-fold increase in stroke mortality among patients with prevalent CHD or claudication. This finding persisted in multivariable analyses. Among patients with no comorbidities, there was no relationship between P wave duration and stroke mortality. Conclusions: Physical activity reduces total and CVD mortality in patients with type 2 diabetes without proteinuria or with elevated levels of hs-CRP, suggesting that the anti-inflammatory effect of physical activity can counteract increased CVD morbidity and mortality associated with a high CRP level. In patients with proteinuria the protective effect was not, however, present. Among patients with proteinuria, systolic BP <130 mmHg may increase mortality due to CVD. These results demonstrate the importance of early intervention to prevent CVD and to control all-cause mortality among patients with type 2 diabetes. The presence of proteinuria should be taken into account when defining the target systolic BP level for prevention of CVD deaths. A prolongation of the duration of the P wave was associated with increased stroke mortality among high-risk patients with type 2 diabetes. P wave duration is easy to measure and merits further examination to evaluate its importance for estimation of the risk of stroke among patients with type 2 diabetes.

Metformin in gestational diabetes mellitus

METFORMIININ KÄYTTÖ RASKAUSDIABETEKSESSA Raskausdiabeteksella tarkoitetaan sokeriaineenvaihdunnan häiriötä, joka todetaan ensimmäisen kerran raskauden aikana. Hoidolla voidaan vähentää raskausdiabetekseen liittyviä äidin ja vastasyntyneen haittoja. Lääkitystä tarvitaan, jos ruokavaliohoidolla ei saavuteta hyvää sokeritasapainoa. Perinteisesti lääkityksenä on käytetty insuliinia, mutta metformii¬nin käyttöä insuliinin vaihtoehtona on ehdotettu. Metformiini läpäisee istukan, mutta sen läpäisymekanismi ei ole selvillä. Tämän tutkimuskokonaisuuden pääasiallisin tarkoitus oli verrata metformiinin tehokkuutta ja turvallisuutta insuliiniin raskausdiabeteksen hoidossa selvittämällä lääkkeen vaiku¬tusta äitiin ja vastasyntyneeseen. Lisäksi haluttiin tutkia, mitkä tekijät ennustavat insulii¬nin tarvetta metformiinin lisänä, jotta saavutettaisiin hyvä sokeritasapaino. Metformiinin annoksen vaikutus äitiin ja vastasyntyneeseen arvioitiin mittaamalla metformiinin pitoisuus äidistä, ja sikiön puolelta napanuoran veressä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin myös aktiivisen kuljetusproteiinin (OCT) merkitystä metformiinin kulkeutumiseen istukan läpi perfusiomalla istukkaa ex vivo . Ex vivo istukkaperfuusiotutkimuksen tulokset viittasivat siihen, että OCT-kuljetusproteiinilla ei ollut todennäköisesti merkittävää osuutta metformiinin kulkeutumisessa istukan läpi. Metformiinin pitoisuusmittaukset synnytyksen yhteydessä osoittivat metformiinin siirtyvän sikiöön istukan läpi suuressa määrin (96 %) kertymättä kuitenkaan sikiön verenkiertoon. Metformiinin pitoisuudella ei ollut vaikutusta vastasyntyneen hyvinvointiin. Maksi¬maalisella metformiinin annostuksella ja korkealla metformiinipitoisuudella todettiin olevan suotuisa vaikutus äidin painon nousuun raskauden aikana. Insuliiniin verrattuna metformiini ei lisännyt äidin, sikiön tai vastasyntyneen haittatapahtumia, eikä sillä ollut vaikutusta synnytystapaan. Sokeritasapaino insuliini- ja metformiinilääkityksen aikana oli yhtäläinen arvioitaessa sitä HbA1c- ja fruktosamiinimittauksilla, mutta 21 % metformiinin käyttäjistä tarvitsi lisäksi insuliinia hyvän sokeritasapainon saavuttamiseksi. Tutkimuksesssa todettiin, että mitä iäkkäämpi äiti oli, mitä varhaisemmassa raskauden vaiheessa sokerirasitus oli tehty ja lääkitys aloitettu, ja mitä korkeammat HbA1c ja fruktosamiinipitoisuudet olivat, sitä suuremmalla todennäköisyydellä metformiinin lisänä tarvittiin insuliinia.

Gene Regulation in The Human Immune System. Gene Expression Signatures of Th2 Cell Differentiation, Type 1 Diabetes, and Intrauterine Immune Adaptation

The human immune system is constantly interacting with the surrounding stimuli and microorganisms. However, when directed against self or harmless antigens, these vital defense mechanisms can cause great damage. In addition, the understanding the underlying mechanism of several human diseases caused by aberrant immune cell functions, for instance type 1 diabetes and allergies, remains far from being complete. In this Ph.D. study these questions were addressed using genome-wide transcriptomic analyses. Asthma and allergies are characterized by a hyperactive response of the T helper 2 (Th2) immune cells. In this study, the target genes of the STAT6 transcription factor in naïve human T cells were identified with RNAi for the first time. STAT6 was shown to act as a central activator of the genes expression upon IL-4 signaling, with both direct and indirect effects on Th2 cell transcriptome. The core transcription factor network induced by IL-4 was identified from a kinetic analysis of the transcriptome. Type 1 diabetes is an autoimmune disease influenced by both the genetic susceptibility of an individual and the disease-triggering environmental factors. To improve understanding of the autoimmune processes driving pathogenesis in the prediabetic phase in humans, a unique series of prospective whole-blood RNA samples collected from HLA-susceptible children in the Finnish Type 1 Diabetes Prediction and Prevention (DIPP) study was studied. Changes in different timewindows of the pathogenesis process were identified, and especially the type 1 interferon response was activated early and throughout the preclinical T1D. The hygiene hypothesis states that allergic diseases, and lately also autoimmune diseases, could be prevented by infections and other microbial contacts acquired in early childhood, or even prenatally. To study the effects of the standard of hygiene on the development of neonatal immune system, cord blood samples from children born in Finland (high standard of living), Estonia (rapid economic growth) and Russian Karelia (low standard of living) were compared. Children born in Russian Karelia deviated from Finnish and Estonian children in many aspects of the neonatal immune system, which was developmentally more mature in Karelia, resembling that of older infants. The results of this thesis offer significant new information on the regulatory networks associated with immune-mediated diseases in human. The results will facilitate understanding and further research on the role of the identified target genes and mechanisms driving the allergic inflammation and type 1 diabetes, hopefully leading to a new era of drug development.