Inflammatory Cytokines and Their Promoter Polymorphisms

Abstract

Polymorfia, DNA:ssa esiintyvä perinnöllinen rakennevaihtelu, on yleinen ilmiö ihmisen geeneissä.Yksinkertaisimmillaan polymorfia merkitsee yhden emäksen vaihtumista toiseksi, ja tällöin populaatiossa tavataan vain kahta vaihtoehtoista muotoa, ts. kahta alleelia.

Sytokiinit ovat solujen tuottamia liukoisia välittäjäaineita, jotka aktivoivat kohdesoluja spesifisten reseptoreidensa välityksellä. IL-1 ja IL-6 ovat ns. proinflammatorisia sytokiineja, joilla on merkitystä erityisesti tulehdusreaktion alkuvaiheessa. IL-10 taas puolestaan kuuluu ns. anti-inflammatorisiin sytokiineihin,jotka vaimentavat tulehdusreaktion voimakkuutta. Myös sytokiinigeeneissä on havaittu polymorfiaa ja geenin säätelyalueella sijaitsevan vaihtelun on arveltu voivan vaikuttaa geenin luentaan ja siten geenituotteen tuotantoon.

Tutkimuksessa haluttiin selvittää IL-1, IL-6 ja IL-10 geenien säätelyalueella sijaitsevien polymorfisten kohtien esiintymistä terveessä suomalaisessa väestössä. Näiden kohtien mahdollista vaikutusta ko. proteiinin tuotantoon analysoitiin joko sytokiinin plasmatasoja tai in vitro-tasoja mittaamalla. Rakennevaihtelukohtia on myös käytetty erilaisten tautien ennusteen ja/tai sairastumisriskin arvioinnissa. Tässä työssä tautimallina käytettiin Epstein-Barr-virusinfektiota. Koska em. sytokiineilla on tärkeä rooli vasta-ainevälitteisen immuniteetin kehittymiselle, haluttiin lisäksi analysoida geenien periytyvän vaihtelun mahdollista merkitystä vasta-ainevälitteiselle immuniteetille.

Tutkimuksessa käytetyt seerumi- ja DNA-näytteet ovat peräisin terveiltä aikuisilta. Vastasyntyneiden vastaavat näytteet on saatu synnytyksen yhteydessä saatavasta napaverestä. Lisäksi tutkittiin seerumi- ja DNA-näytteet 116 lapselta, jotka saapuivat pediatriseen konsultaatioon. Polymorfiakohtien tutkimiseen käytettiin PCR-tekniikkaa ja geelielektroforeesia. Sytokiinitasot, EBV-IgG-luokan vasta-aineet ja anti-hsp60 vasta-aineet määriteltiin ELISA-menetelmällä. Plasman immunoglobuliiniluokat analysoitiin nefelometrisesti.

Polymorfiakohtien alleeli- tai haplotyyppifrekvenssit eivät poikenneet aiemmin eurooppalaisperäisissä populaatioissa kuvatuista frekvensseistä. Tiettyjen sytokiinigeenien emäsvaihto-polymorfian ja sytokiinituotannon välillä havaittiin yhteys, mikä voi tarkoittaa sitä, että ko. kohdat ovat tärkeitä tuotantotason säätelyssä. IL-10 geenin polymorfisilla kohdilla voi olla merkitystä EBV-infektioon sairastumisen kannalta. Sytokiinigeenien emäsvaihtopolymorfialla voi olla myös merkitystä vasta-ainevälitteisen immuniteetin säätelyssä. On kuitenkin huomattava, että poikkileikkaustutkimuksen antama informaatio on aina varsin rajallista ja altis sekoittaville tekijöille, ja siten seurantatutkimusten tulisi varmentaa havaitut löydökset.

A polymorphism means a common, inherited variation in the DNA sequence and several types of polymorphisms exist in the genome. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) are stable, biallelic, single base pair differences between the DNA sequences of individuals. SNPs are highly abundant and are estimated to occur at an average rate of 1 per 1,000 bases in the human genome. It has been estimated that 1 % of all SNPs alter an amino acid in a protein. Thus, most SNPs do not directly affect protein function. Some SNPs have effects on proteins indirectly. They may change the function of regulatory sequences that control gene expression, or they may alter the stability or the processing of the mRNA of the gene.

Cytokines are small, soluble protein molecules that transmit information from one cell to another. Many cytokines are produced by more than one cell type and act on a variety of target cells at different stages of cellular proliferation and differentiation. They all bind to specific receptors expressed on the surface of the target cell. Since each cytokine has many overlapping functions and, furthermore, since each function is potentially mediated by more than one cytokine, it is not simple to classify these molecules. However, functionally inflammatory cytokines may be grouped into proinflammatory, such as IL-1 and IL-6, and anti-inflammatory, such as IL-10, cytokines. Genes of cytokines and cytokine receptors have also been proven to be polymorphic.

In this thesis, we studied the allele, haplotype and genotype frequencies of certain inflammatory cytokine (IL-1, IL-6 and IL-10) promoter polymorphisms in healthy Finnish populations. In addition, we were interested in whether these various alleles or haplotypes associate with cytokine baseline levels and/or with cytokine responses in vitro. Whether the effect of distinct alleles in cytokine promoters could also be seen on inducible, systemic cytokine levels was also examined; normal labour-related stress served as an in vivo stimulus. Cytokine SNPs have been analysed to identify potential markers of susceptibility, severity and clinical outcome of human diseases. Here, we used human EBV-infection as a disease model. All cytokines studied appear to play major roles in host defense mechanisms, and one such activity is the ability to mount humoral responses. Thus, we investigated whether the distinct alleles may influence antibody responses in healthy subjects.