Variation in Connexin37, Methylenetetrahydrofolate Reductase and Upstream Transcription Factor 1 Genes in Relation to Early Atherosclerotic Vascular Changes in Young Adults

Abstract

Valtimonkovettumatauti on monitekijäinen sairaus, siihen vaikuttavat sekä ympäristötekijät että perimä. Taudin edetessä valtimon seinämiin kertyy rasvatäytteisiä vaahtosoluja, fibroottista soluväliainetta ja kalkkeutumia. Valtimonkovettumataudin yleisesti tunnetut riskitekijät ovat korkea LDL-kolesterolipitoisuus, diabetes ja tupakointi. Perintötekijöillä on myös suuri vaikutus valtimonkovettumataudin riskiin ja sen kulkuun. Geeneillä voi olla itsenäinen vaikutus riskiin tai ne voivat säädellä muiden riskitekijöiden vaikutuksia. Lisäksi riskitekijöillä ja geneettisillä ominaisuuksilla on yhteisvaikutuksia. Yksilöiden välistä vaihtelua, polymorfiaa esiintyy geeneissä yleisesti. Yhden emäksen polymorfismi, saattaa aiheuttaa muutoksen geenin rakenteessa tai sen toiminnassa, mikä voi ilmetä yksilöiden välisenä vaihteluna myös geenin aiheuttamassa valtimonkovettumataudin riskissä tai sen ilmenemismuodossa.

Varhaisia valtimonkovettumataudin aiheuttamia muutoksia voidaan tutkia kaikukuvauksella. Suonen sisäkalvon, endoteelin toimintaa voidaan tutkia mittaamalla olkavaltimosta lisääntyneen verenvirtauksen aiheuttamaa vasodilataatiota. Valtimoiden joustavuutta voidaan tutkia mittaamalla valtimon halkaisijan muutosta suhteessa pulssipaineeseen. Suonen seinämäpaksuuden mittaus on helppo ja luotettava suorittaa ulommasta kaulavaltimosta.

Väitöskirjatyössä tutkittiin yhden emäksen polymorfioita kolmessa eri ehdokasgeenissä ja näiden variaatioiden yhteyksiä kaikukuvauksella mitattaviin varhaisiin verisuonimuutoksiin sekä biokemiallisiin riskitekijöihin. Connexin37 geeni (Cx37) ekspressoi proteiinia connexin37, joka osallistuu aukkoliitoksissa solujen väliseen kommunikaatioon. Geenin polymorfismi (rs1764391) vaikuttaa valkosolujen tarttumiseen verisuonen seinämään, millä voi olla merkitystä varhaisten verisuonimuutosten synnyssä. Metyleenitetrahydrofolaattireduktaasi (MTHFR) on entsyymi homokysteiinin aineenvaihduntareaktioketjussa, ja MTHFR-geenin perinnöllinen vaihtelu (rs1801133) säätelee homokysteiinin pitoisuutta verenkierrossa. Suurentunutta homokysteiinipitoisuutta pidetään yhtenä valtimonkovettumataudin riskitekijänä. USF1 on yli 40:n sokeri- ja rasva-aineenvaihduntaan vaikuttavan geenin luentaan vaikuttava geeni, jonka polymorfioilla (rs3737787, rs2516838 ja rs2073658) on todettu yhteyksiä valtimonkovettumatautiin. Aineistona käytettiin Lasten sepelvaltimotaudin riskitekijät monikeskustutkimuksen vuonna 2001 kerättyä aineistoa. Tutkimushenkilöitä oli 2283 ja he olivat iältän 24 39-vuotiaita.

Tutkimuksessa todettiin, että Cx37-polymorfismi muuntaa homokysteiinin ja tupakoinnin riskivaikutusta suhteessa kaulavaltimon joustavuuteen ja olkavaltimon endoteelin toimintaan. Työssä osoitettiin myös, että MTHFR -polymorfismi säätelee seerumin homokysteiinipitoisuutta jo terveillä nuorilla suomalaisilla aikuisilla ja että polymorfismilla saattaa olla yhteys kaulavaltimon joustavuuteen miehillä. Lisäksi tutkimus paljasti, että kahdella USF1-geenivariaatioilla oli yhteys suurentuneeseen kaulavaltimon seinämäpaksuuteen.

Väitöskirjatyössä tutkittiin ensimmäistä kertaa ehdokasgeenien polymorfismien ja varhaisten valtimonkovettumataudin aiheuttamien verisuonimuutosten yhteyksiä suuressa suomalaisessa aineistossa. Tulosten perusteella voidaan todeta, että geenipolymorfismeilla on vaikutusta jo varhaisessa valtimonkovettumataudin vaiheessa ja että geneettisten tekijöiden ja perinteisten riskitekijöiden välillä on yhteisvaikutuksia. Geneettisten tekijöiden tutkiminen voi vastaisuudessa olla apuna valtimonkovettumataudin riskin arvioinnissa ja diagnostiikassa.

Background: Atherosclerosis is a complex multifactorial disease which has a profound public health influence on cardiovascular disease morbidity and mortality worldwide. There are several interacting environmental, biochemical and genetic risk factors that affect the progression of atherosclerosis and cardiovascular diseases (CVD). Exposure to these risk factors in early childhood may predispose to an increased risk of stroke and CVDs later in life. The genes involved in the aetiology of atherosclerosis can have an effect either directly in the artery wall or their common genetic variability may regulate the levels of biochemical CVD risk factors. One candidate gene for increased atherosclerosis risk is Connexin 37 (Cx37), which belongs to the connexin protein family and works as a functional gap junction protein. Cx37 mediates cellular communication and leukocyte adhesion to the vascular wall and may thus be involved in the initiation of atherosclerotic lesions. Methylenete! trahydrofolate reductase (MTHFR) is an enzyme which has a key role in the metabolic pathway involving homocysteine. A high serum homocysteine concentration is considered a risk factor for atherosclerosis. The upstream transcription factor 1 (USF1) has many links to atherosclerosis by regulating the transcription of more than 40 genes involved in lipid, carbohydrate and inflammatory pathways. Cx37, MTHFR and USF1 are interesting candidate genes that may affect different atherosclerotic processes.

Aims: The study investigated the associations of single nucleotide polymorphisms in these candidate genes, Cx37 (rs1764391), MTHFR (rs1801133) and USF1 (rs3737787, rs2516838 and rs2073658), with vascular parameters of subclinical atherosclerosis - i.e. carotid artery intima-media thickness (IMT), carotid artery compliance (CAC) and brachial artery flow-mediated dilatation (FMD) - as well as with biochemical risk factors.

Subjects and methods: This thesis is part of the Cardiovascular Risk in Young Finns Study, a population-based follow-up study, where the first cross-sectional investigation was conducted in 1980. In the 21-year follow-up in 2001, the participating cohort comprised 2,283 subjects (63.5% of the original cohort) aged 24-39 years. The risk factor and health data was collected by means of a standardised questionnaire, physical examinations and carotid and brachial artery ultrasound measurements were performed and blood and DNA samples were collected for biochemical and genetic analyses.

Results: The Cx37 C1019T (rs1764391) polymorphism did not associate with any of the studied vascular parameters (study I). The effects of homocysteine and smoking on CAC and FMD were found to be modified by the Cx37 polymorphism. These interactions modified the effect of these risk factors on the studied subclinical markers of atherosclerosis (study II). Serum homocysteine values were highest in subjects with the MTHFR C677T (rs 1801133) TT genotype, when compared to the other genotypes. Carriage of the T allele was also associated with higher CAC values in men (study III). Two polymorphisms of USF1 (rs3737787 and rs2516838) associated with IMT; the minor allele A of usf1s1 (rs3737787) with low and the minor allele G of usf1s8 (rs2516838) with high IMT values. Moreover, an increasing copy number (0, 1, 2) of one of the USF1 haplotypes studied (Hp2 G-C-G) was associated with gradually increasing values of carotid IMT (study IV). Conclusions: These results suggest that the MTHFR (rs1801133) polymorphism regulates serum homocysteine levels already in young healthy adults and both MTHFR and USF1 polymorphisms may have impact on the subclinical vascular changes of atherosclerosis. Moreover, the risk effect of homocysteine and smoking on CAC and FMD may be modified by the Cx37 polymorphism.