Search

Geenitiedon kaupallinen hyödyntäminen on yleisesti herättänyt vastustusta ja pelkoa ”Pandoran lippaan avaamisesta”, kun geeniteknisiä sovelluksia otetaan kaupallisen ahneuden sanelemana käyttöön mahdollisimman nopeasti, ilman varmuutta niiden seurannaisvaikutuksista. Pelot ovat liittyneet hyvin erilaisiin geenitiedon sovellusalueisiin, kuten geenimuunneltujen elintarvikkeiden potentiaalisiin ympäristö- ja terveysuhkiin, ihmisen kloonaamisen hyväksyttävyyteen ja bioaseiden aiheuttamaan globaalin terrorin uhkaan. Tätä taustaa vasten onkin kysytty onko suomalaisen geenivarannon kaupallinen hyödyntäminen ylipäänsä hyväksyttävää.

Cardiovascular disease is the leading cause of death worldwide, and is characterized by disturbances in lipid metabolism. High blood LDL cholesterol is the most important risk factors for atherosclerosis, a pathological state in which the circulating lipid molecules accumulate in the blood vessel wall. Blood levels of HDL cholesterol are inversely associated with cardiovascular risk, and low HDL-cholesterol is a significant risk factor for cardiovascular disease. In this thesis, new genes predisposing to low HDL-cholesterol level were searched using genome-wide association analysis in Finnish individuals with extremely low or high HDL-cholesterol. Several new genes predisposing to low HDL-cholesterol were discovered, of which many were known to be associated with immune system and inflammatory reaction of the body, but their role in cholesterol metabolism has not previously been characterized. Some of the subjects appeared to be genetically more prone to inflammation than others, especially in the blood and adipose tissue. The more inflammation inducing genetic variants one had, the stronger was the inflammatory state of the body, especially in blood and adipose tissue, and the lower the HDL-cholesterol level. The inflammation may block the transport of cholesterol from vessel walls to circulation leading to lower HDL-cholesterol levels in the circulation. This thesis also examined the composition of HDL particles by determining the concentration of all know lipid species in HDL particles. The quality of HDL particles appeared to vary considerably. In individuals, whose HDL-cholesterol levels were low, the quality of HDL particles was also impaired; they contained smaller amounts of plasmalogens which are fat molecules known to be antioxidant and thus protective to arteries. In individuals with high HDL-cholesterol levels in the circulation, the lipid composition of the HDL particle was more beneficial regarding heart disease risk. This thesis further demonstrates that not only the quantity but also the quality of HDL particles is genetically regulated. The genetic variants regulating the level of HDL-cholesterol also govern its quality, highlighted by inflammation-increasing genetic variants also impairing HDL quality. This thesis work provides novel insights about the molecular background of HDL cholesterol and validates the strong link between inflammation and low HDL-cholesterol levels. The studies show how genetically induced inflammation reduces blood HDL-cholesterol levels and impairs HDL particle quality, potentially predisposing to cardiovascular disease. Sydän- ja verisuonitaudit on maailman yleisin kuolinsyy, joille voivat altistaa häiriöt veren rasva-aineenvaihdunnassa. Veren suuri LDL-kolesterolipitoisuus on merkittävimpiä riskitekijöitä valtimokovettumataudille eli ateroskleroosille, jossa verenkierron rasvat kertyvät verisuonen seinämään. Veren HDL-kolesterolin taso on käänteisesti yhteydessä sydän- ja verisuonitaudin riskiin, ja pieni HDL-kolesterolipitoisuus on huomattava sydän- ja verisuonitautien riskitekijä. Väitöstyössä etsittiin geenejä suomalaisessa väestössä, joiden eri muodot voivat altistaa matalalle HDL-kolesterolipitoisuudelle. Useita uusia matalalle HDL-kolesterolitasolle altistavia geenimuotoja löydettiinkin, joista useat on aikaisemmin yhdistetty immuunijärjestelmän toimintaan ja tulehdusreaktion käynnistymiseen, mutta joiden yhteyttä rasva-aineenvaihduntaan ei ole aiemmin tunnettu. Osalla tutkittavista osoittautui olevan geneettinen alttius rasvakudoksen ja verenkierron matala-asteiseen tulehdukseen. Mitä enemmän tulehdusgeenien luentaa lisääviä geenimuotoja henkilöllä esiintyi, sitä voimakkaampi tulehdustila elimistöön kehittyi, ja sitä matalampi oli myös tutkittavien HDL-kolesterolipitoisuus. Tällainen tulehdus voi estää kolesterolin siirtymistä rasva- ja tulehdussoluista verenkiertoon, jolloin kolesteroli kertyy verisuonen seinämään ja HDL-kolesterolin pitoisuus veressä pienenee. Väitöstyössä tutkittiin myös HDL-hiukkasten koostumusta määrittämällä hiukkasten kaikki mahdolliset rasva-aineet. HDL-hiukkasten laatu osoittautui huomattavan vaihtelevaksi. Henkilöillä, joilla HDL-kolesterolin pitoisuus oli pieni, myös HDL-hiukkasten laatu oli huonontunut: ne sisälsivät muun muassa vähemmän hapettumista estäviä plasmalogeenejä. Niillä, joilla HDL-kolesterolipitoisuus oli korkea, hiukkasten rasvakoostumus oli puolestaan sydän- ja verisuonitautien kannalta edullinen. Väitösttutkimuksessa osoitettiin lisäksi, että HDL-hiukkasten laatu on geneettisesti säädeltyä; sitä säätelevät osittain samat geneettiset mekanismit kuin HDL-kolesterolin määrää. Tulehdusreaktiota lisäävät geenimuodot heikentävät näin ollen myös HDL-hiukkasten laatua. Väitöskirja tuo uutta tietoa HDL-kolesterolista ja osoittaa tulehduksen vahvan yhteyden HDL-kolesterolin matalaan tasoon. Väitöstyö osoittaa sen, miten perintötekijöiden säätelemä tulehdus laskee veren HDL-kolesterolitasoja ja huonontaa HDL-hiukkasten laatua, mahdollisesti altistaen sydän- ja verisuonitaudeille.

In this thesis, we developed software for automated genome-wide linkage and linkage disequilibrium analysis based on common gene mapping methods for qualitative and quantitative phenotypes. We further developed likelihood-based software for joint linkage and/or linkage disequilibrium (LD) analysis in general pedigrees based on a novel variation of the classical lod score approach, the so-called pseudomarker method, and evaluated its statistical properties as compared with the existing family-based association methods. This was done using real-life migraine and schizophrenia pedigree structures from Finland. In addition, we compared various study designs for association analysis and investigated statistical properties of the likelihood ratio test for conditional analysis of LD given linkage. First, we automated the laborious process of running a variety of genome-wide linkage and linkage disequilibrium analysis software packages, including ANALYZE, MERLIN, GENEHUNTER, and SOLAR. With this software tool, data file format conversion, and running of the analyses are completely automated. This tool has been applied to many large genome-wide mapping studies. Second, we developed user-friendly PSEUDOMARKER software, which performs likelihood-based linkage and/or linkage disequilibrium analysis in general pedigrees. This software allows for joint analysis of heterogeneous relationship structures, such as singletons (i.e. cases and controls), triads, sibships, and large multigenerational pedigrees. The performance of this software was evaluated in comparison to the existing repertoire of other family-based association methods. Third, we performed an extensive simulation study to investigate the statistical properties (i.e. type-I error and power) of PSEUDOMARKER and other commonly used family-based association methods. Our results demonstrate that many widely-used methods are not valid for testing LD in the presence of linkage, and likelihood-based methods which can properly account for missing data and individual relationships in pedigrees, such as PSEUDOMARKER, outperform the other approaches over a wide variety of etiological models. We also demonstrated that association mapping in families is far more powerful than in population-based samples. Fourth, we investigated the statistical properties of the likelihood ratio test for association conditional on linkage when inaccurate parametric models were used. Our results showed that while under most situations they perform appropriately despite the parametric model being improperly specified, under certain conditions, when there is complete linkage between disease and marker loci, overly-deterministic dominant analysis models can lead to false inferences of LD in the presence of linkage when the true etiological model is recessive in character. In this study, we have developed powerful and easy to use tools for analysis of linkage and LD in general pedigrees and unrelated individuals jointly, and have demonstrated the superiority of such methods in the general case. Our results provide important information for the human genetics community about optimal ways to collect and analyze data. Tässä väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin menetelmä koko perimänlaajuiseen automaattiseen kytkentä- ja kytkentäepätasapainoanalyysiin kvalitatiivisilla ja kvantitatiivisilla ominaisuuksilla käyttäen yleisiä geenikartoitusmenetelmiä. Lisäksi tässä työssä kehitettiin uskottavuuteen perustuva tietokoneohjelma yhdistettyyn kytkentä- ja kytkentäepätasapainoanalyysiin perheaineistossa, joka perustuu muunnelmaan klassisesta lod score kytkentäanalyysimenetelmästä. Tämän ns. pseudomarker-menetelmän tilastotieteellisiä ominaisuuksia verrattiin simulaatiotutkimuksella muihin yleisesti käytettyihin perhepohjaisiin assosiaatiomenetelmiin käyttäen suomalaisia skitsofrenia ja migreeni perherakenteita. Lisäksi vertailtiin erilaisia tutkimusasetelmia assosiaatioanalyysissä ja tutkittiin ehdollisen uskottavuusosamäärätestin tilastotieteellisiä ominaisuuksia, kun testataan assosiaatiota kytkennän vallitessa Ensimmäisessä osatyössä automatisoitiin koko perimänlaajuinen kytkentä- ja kytkentäepätasapainoanalyysi käyttäen ANALYZE, MERLIN, GENEHUNTER ja SOLAR geenikartoitusohjelmia. Tämän tietokoneohjelman avulla aineiston käsittely geenikartoitusmenetelmän vaatimaan muotoon ja analyysi on täysin automatisoitu. Lisäksi se on mahdollistanut useita automatisoituja laajoja koko perimänlaajuisia geenikartoitusanalyysejä. Toisessa osatyössä kehitettiin käyttäjäystävällinen PSEUDOMARKER-tietokoneohjelma, joka on uskottavuus-pohjainen yhdistetty kytkentä- ja kytkentäepätasapainoanalyysi perheissä. Tämä PSEUDOMARKER-ohjelma mahdollistaa erilaisten aineistojen yhdistämisen yhteen ja samaan analyysiin, kuten tapauksia, verrokkeja, trioja, ydinperheitä ja suuria usean sukupolven perheitä. Lisäksi pseudomarker-menetelmää verrattiin muihin perhepohjaisiin assosiaatiomenetelmiin simulaatiotutkimuksella. Kolmannessa osatyössä vertailtiin laajasti simulaatiotutkimuksella PSEUDOMARKER-ohjelman ja muiden yleisesti käytettyjen perhepohjaisten assosiaatio-ohjelmien tyypin I virhettä ja tilastotieteellistä voimaa. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että jotkin menetelmät eivät sovellu assosiaatiotestaukseen kytkennän vallitessa ja uskottavuus-pohjaiset assosiaatiomenetelmät, jotka pystyvät ottamaan huomioon puuttuvaa genotyyppi- tai fenotyyppidataa ja pystyvät analysoimaan suuria perherakenteita, kuten PSEUDOMARKER-ohjelma, ovat voimakkaimpia erilaisten tautimallien vallitessa. Lisäksi tulostemme perusteella assosiaatioanalyysi perheaineistossa on voimakkaampaa kuin tapaus-verrokki aineistossa. Neljännessä osatyössä tutkittiin uskottavuusosamäärätestin tilastotieteellisiä ominaisuuksia, kun testataan assosiaatiota kytkennän vallitessa, käyttäen epätarkkoja parametrista malleja. Tutkimuksessa havaitsimme, että suurimmassa osassa tilanteita epätarkat mallit toimivat moitteettomasti, mutta tietyissä tilanteissa, kun täysi kytkentä vallitsee tautilokuksen ja geenimerkin välillä, niin deterministisen vallitsevan analyysimallin käyttö ehdollisessa uskottavuusosamäärätestissä (olettaen kytkentä) saattaa johtaa väärää johtopäätökseen assosiaatiosta, kun todellinen malli on peittyvästi periytyvä. Tässä väitöskirjatyössä olemme kehittäneet voimakkaan ja helppokäyttöisen ohjelman kytkentä- ja kytkentäepätasapainoanalyysin perheissä ja tapaus-verrokki aineistossa. Lisäksi olemme osoittaneet vastaavien menetelmien ylivoimaisuuden. Tutkimuksemme tulokset antavat tärkeää tietoa ihmisgenetiikan tutkijoille parhaista tavoista kerätä ja analysoida aineistoa.

Multiple sclerosis (MS) is the most common cause of neurological disability in young adults, affecting more than two million people worldwide. It manifests as a chronic inflammation in the central nervous system (CNS) and causes demyelination and neurodegeneration. Depending on the location of the demyelinated plaques and axonal loss, a variety of symptoms can be observed including deficits in vision, coordination, balance and movement. With a typical age of onset at 20-40 years, the social and economic impacts of MS on lives of the patients and their families are considerable. Unfortunately the current treatments are relatively inefficient and the development of more effective treatments has been impeded by our limited understanding of the causes and pathogenesis of MS. Risk of MS is higher in biological relatives of MS patients than in the general population. Twin and adoption studies have shown that familial clustering of MS is explained by shared genetic factors rather than by shared familial environment. While the involvement of the human leukocyte antigen (HLA) genes was first discovered four decades ago, additional genetic risk factors have only recently been identified through genome-wide association studies (GWAS). Current evidence suggests that MS is a highly polygenic disease with perhaps hundreds of common variants with relatively modest effects contributing to susceptibility. Despite extensive research, the majority of these risk factors still remain to be identified. In this thesis the aim was to identify novel genes and pathways involved in MS. Using genome-wide microarray technology, gene expression levels in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from 12 MS patients and 15 controls were profiled and more than 600 genes with altered expression in MS were identified. Three of five selected findings, DEFA1A3, LILRA4 and TNFRSF25, were successfully replicated in an independent sample. Increased expression of DEFA1A3 in MS is a particularly interesting observation, because its elevated levels have previously been reported also in several other autoimmune diseases. A systematic review of seven microarray studies was then performed leading to identification of 229 genes, in which either decreased or increased expression in MS had been reported in at least two studies. In general there was relatively little overlap across the experiments: 11 of the 229 genes had been reported in three studies and only HSPA1A in four studies. Nevertheless, these 229 genes were associated with several immunological pathways including interleukin pathways related to type 2 and type 17 helper T cells and regulatory T cells. However, whether these pathways are involved in causing MS or related to secondary processes activated after disease onset remains to be investigated. The 229 genes were also compared with loci identified in published MS GWASs. Single nucleotide polymorphisms (SNP) in 17 of the 229 loci had been reported to be associated with MS with P-value less than 0.0001 including variants in CXCR4 and SAPS2, which were the only loci where evidence for correlation between the associated variant and gene expression was found. The CXCR4 variant was further tested for association with MS in a large case-control sample and the previously reported suggestive association was replicated (P-value is 0.0004). Finally, common genetic variants in candidate genes, which had been selected on the basis of showing association with other autoimmune diseases (MYO9B) or showing differential expression in MS in our study (DEFA1A3, LILRA4 and TNFRSF25), were tested for association with MS, but no evidence of association was found. In conclusion, through a systematic review of genome-wide expression studies in MS we have identified several promising candidate genes and pathways for future studies. In addition, we have replicated a previously suggested association of a SNP variant upstream of CXCR4 with MS. Keywords: autoimmune disease, common variant, CXCR4, DEFA1A3, HSPA1A,gene expression, genetic association, GWAS, MS, multiple sclerosis, systematic review Pesäkekovettumatauti eli multippeli skleroosi (MS) on nuorten aikuisten yleisin neurologisiin häiriöihin johtava syy. Maailmanlaajuisesti sitä sairastaa yli kaksi miljoonaa ihmistä. Tauti ilmenee keskushermoston kroonisena tulehduksena ja johtaa myeliinikatoon ja keskushermoston rappeutumiseen. Oireet riippuvat leesioiden sijainnista keskushermostossa ja saattavat kohdistua esimerkiksi näköaistiin, tasapainoon ja koordinaatio- ja liikuntakykyyn. MS-tauti puhkeaa yleensa 20-40 vuoden iässä, joten sen sosiaaliset ja ekonomiset vaikutukset potilaisiin ja näiden lähimmäisiin ovat merkittävät. Tehokkaiden hoitojen kehittämistä on vaikeuttanut se, että taudin syyt ja mekanismit tunnetaan toistaiseksi huonosti. Todennäköisyys sairastua MS-tautiin on suurempi MS-potilaiden biologisilla sukulaisilla kuin populaatiossa keskimäärin. Kaksos- ja adoptiotutkimuksissa on osoitettu, että taudin keskittyminen perheisiin selittyy jaetuilla perinnöllisillä alttiustekijöillä. Vaikka immunologisiin soluihin liittyvien HLA-varianttien yhteys MS-tautiin osoitettiin jo lähes neljä vuosikymmentä sitten, uusia geneettisiä alttiustekijöitä on onnistuttu paikantamaan vasta viime vuosina koko genomin laajuisten assosiaatiotutkimusten avulla. Nykyisten tutkimusten valossa MS-alttiuteen vaikuttavia geenivariantteja näyttäisi kuitenkin olevan jopa satoja ja suurin osa näistä on edelleen tunnistamatta. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tunnistaa uusia MS-tautiin liittyviä geenejä ja reaktioreittejä. Geenien ilmentymistasoja verrattiin ensin periferaalisissa mononukleaarisissa immuunisoluissa MS-potilaiden ja verrokkien välillä käyttäen mikrosirutekniikkaa, joka mahdollistaa kaikkien tunnettujen geenien samanaikaisen tarkastelun. Yli 600 geenin ilmentymisen havaittiin poikkeavan merkitsevästi MS-potilaiden ja verrokkien välillä. Tunnistetuista geeneistä viisi valittiin toistotutkimukseen, jossa kolmen geenin (DEFA1A3, LILRA4 ja TNFRSF25) tapauksessa ilmentymisero potilaiden ja verrokkien välillä toistui. Näistä geeneistä DEFA1A3 on erityisen kiinnostava, sillä sen ilmentymistason on havaittu olevan verrokkeja korkeampi myös muissa autoimmuunisairauksissa. Koska vastaavia mikosirututkimuksia on tehty MS-taudissa myös aiemmin, yhtenä väitöskirjan tavoitteena oli verrata tuloksia näistä tutkimuksista. Vertailuun otettiin kaikkiaan seitsemän tutkimusta, mukaan lukien tämän väitöskirjan osana tehty tutkimus. Tavoitteena oli tunnistaa geenit, joissa ilmentymisen oli raportoitu poikkeavan MS-potilaiden ja verrokkien välillä ainakin kahdessa tutkimuksessa. Vaikka tällaisia geenejä tunnistettiin 229, yleisesti ottaen tutkimustulosten välillä oli kuitenkin vähän päällekkäisyyttä: vain 11 geeniä oli raportoitu kolmessa tutkimuksessa ja ainoastaan yksi, HSPA1A, neljässä tutkimuksessa. Reaktioreittianalyysin avulla osoitettiin, että tunnistetut 229 geeniä assosioituvat merkittävästi useisiin mielenkiintoisiin immunologisiin reaktioreitteihin. Monet näistä liittyvät tiettyihin T-solutyppeihin, joiden merkitystä sekä MS-taudin alttiuden että taudin etenemisen ja patogeneesin kannalta on tulostemme perusteella syytä tutkia lisää. 229 geenistä ainoastaan 17 on aiemmin raportoitu assosioituvan MS-tautiin, mikä viittaisi siihen että nämä 229 geeniä eivät välttämättä ole merkittäviä taudin alttiuden lisäämisen kannalta, mutta voivat liittyä taudin mekanismeihin taudin puhkeamisen jälkeen. 17 geenistä ainoastaan SAPS2- ja CXCR4-geenien tapauksessa havaitsimme yhteyden geenin ilmentymisen ja geneettisen riskivariantin välillä siten, että molemmissa tapauksissa geenin ilmentyminen oli koholla riskialleelin kantajilla. Lopuksi väitöskirjassa testattiin tämän CXCR4-lokuksessa sijaitsevan variantin assosiaatiota MS-tautiin tuhansien henkilöiden potilas-kontrolli aineistossa ja aiemmissa tutkimuksissa havaittu assosiaatio toistettiin (P-arvo on 0.0004). Lisäksi tutkittiin valituissa ehdokasgeeneissä sijaitsevien yleisten geneettisten varianttien yhteyttä MS-tautiin. Edellä mikrosirututkimuksessa tunnistettujen DEFA1A3-, LILRA4- ja TNFRSF25-geenien lisäksi tarkasteltiin MYO9B-geeniä, jonka oli aiemmin havaittu assosioituvan muihin autoimmuunisairauksiin. Merkitsevää yhteyttä MS-taudin ja tarkasteltujen geneettisten varianttien välillä ei kuitenkaan havaittu. Yhteenvetona, tässä väitöskirjassa on geenien ilmentymistutkimusten ja niiden systemaattisen katsauksen avulla tunnistettu useita lupaavia ehdokasgeenejä (mm. DEFA1A3, LILRA4, TNFRSF25 ja HSPA1A) ja erityisesti T-soluihin liittyviä reaktioreittejä. Lisäksi väitöskirjassa on toistettu aiemmin raportoitu assosiaatio MS-taudin ja CXCR4-lokuksessa sijaitsevan geneettisen variantin välillä. Tunnistettujen geenien rooli MS-taudin patogeneesissä on kuitenkin toistaiseksi tuntematon, joten tarkempia jatkotutkimuksia tarvitaan. Avainsanat: CXCR4, DEFA1A3, HSPA1A, geenien ilmentyminen, geneettinen assosiaatio, GWAS, MS-tauti, multippeli skleroosi, pesäkekovettumatauti, yleinen variantti

Schizophrenia is a severe psychotic disorder affecting 0.5-1 % of the population. The disorder is characterized by hallucinations; delusions; disorganized behavior and speech; avolition; anhedonia; flattened affect and cognitive deficits. The etiology of the disorder is complex with evidence for multiple genes contributing to the onset of the disorder along with environmental factors. DISC1 is one of the most promising candidate genes for schizophrenia. It codes for a protein which takes part in numerous molecular interactions along several pathways. This network, termed as the DISC1 pathway, is evidently important for the development and maturation of the central nervous system from the embryo until young adulthood. Disruption at these pathways is thought to predispose schizophrenia. In the present study, we have studied the DISC1 pathway in the etiology of schizophrenia in the Finnish population. We have utilized large Finnish samples; the schizophrenia family sample where DISC1 was originally shown to associate with schizophrenia and the Northern Finland birth cohort 1966 (NFBC66). Several DISC1 binding partners displayed evidence for association in the family sample along with DISC1. Through a genome-wide linkage study, we found a significant linkage signal to a locus where a DISC1 binding partner NDE1 is located at the carriers of a certain DISC1 risk variant. In a follow-up study, genetic markers in NDE1 displayed significant evidence for association with schizophrenia. Further exploration of association between 11 genes of the DISC1 pathway and schizophrenia led to recognition of novel variants in NDEL1, PDE4B and PDE4D that significantly either increased or decreased the risk for schizophrenia. Further, we found evidence that DISC1 itself has a significant role in the human mental functioning even in the healthy population. Variants in DISC1 had a significant effect on anhedonia which is a trait present at everybody but is in its severe form one of the main symptoms of schizophrenia and correlates with the risk of developing the disorder. Further, utilizing genome-wide marker data, we recognized three genes; MIR620; CCDC141 and LCT; that are closely related to the DISC1 pathway but which effects on anhedonia were observable only at the individuals who carried these specific DISC1 variants. Our findings significantly add up to the previous evidence for the involvement of DISC1 and the DISC1 pathway in the etiology of schizophrenia and psychosis. Our results support the concept of a number of DISC1 pathway related genes contributing in the etiology of schizophrenia along with DISC1 and provide new candidates for the studies of schizophrenia. Our findings also significantly increase the importance of DISC1 itself as having a role in psychological functioning in the general population. Skitsofrenia on vakava psykoottinen mielenterveyden häiriö, jota sairastaa 0.5-1 % väestöstä. Skitsofrenian tyypillisiin oireisiin kuuluvat aistiharhat, harhaluulot, hajanainen puhe ja käytös, kiinnostuksen puute, vähentynyt kyky tuntea mielihyvää (anhedonia), tunteiden ilmaisun köyhyys sekä kongtiviivisen kyvyn alentuminen. Skitsofrenian tausta on monitekijäinen, eli sairauden puhkeamiseen vaikuttavat useat geneettiset sekä ympäristötekijät yhdessä. DISC1 on yksi lupaavimmista skitsofrenian ehdokasgeeneistä. DISC1:n koodaama proteiini vuorovaikuttaa monien muiden proteiinien kanssa (DISC1-polku) osallistuen lukuisiin prosesseihin, jotka ovat nykykäsityksen mukaan tärkeitä keskushermoston kehityksessä sikiökaudelta varhaiseen aikuisuuteen ja joiden häiriintyminen voi altistaa skitsofrenialle. Tässä tutkimuksessa olemme kartoittaneet DISC1-polun merkitystä skitsofrenian taustatekijänä suomalaisessa väestössä. Käytössämme on ollut laaja skitsofreniaperheaineisto, jossa aiemmin on havaittu yhteys DISC1:n ja skitsofrenian välillä, sekä suuri pohjoissuomalainen syntymäkohortti vuodelta 1966. Perheaineistossa DISC1:n ohella myös useat muut DISC1-polun geenit osoittautuivat olevan yhteydessä skitsofreniaan. Genominlaajuisessa analyysissä havaitsimme kytkentäsignaalin lähellä DISC1:n kanssa vuorovaikuttavaa NDE1:tä henkilöillä, jotka kantoivat tiettyä DISC1-riskimuotoa. Tarkemmassa assosiaatioanalyysissä kartoitimme tämän ja 11 muun tunnetun DISC1-polun geenin yhteyttä skitsofreniaan ja tunnistimme geeneissä NDE1, NDEL1, PDE4B ja PDE4D uusia variantteja, jotka olivat yhteydessä joko kohonneesseen tai alentuneeseen skitsofreniariskiin. Tulostemme perusteella DISC1:llä näyttää olevan tärkeä rooli myös terveen väestön käyttäytymiselle. Tietyt DISC1:n muodot näyttävät olevan yhteydessä anhedoniaan, joka on kaikilta mitattavissa oleva ominaisuus, mutta joka vaikeassa muodossaan on yksi skitsofrenian pääoireista ja korreloi skitsofreniaan sairastumisen riskin kanssa. Lisäksi genominlaajuisessa aineistossa tunnistimme kolme geeniä, MIR620, CCDC141 ja LCT, jotka läheisesti liittyvät DISC1-polkuun ja joiden yhteys anhedoniaan oli havaittavissa vain näiden tiettyjen DISC1-muotojen kantajilla. Löydöksemme tuovat uutta tietoa DISC1:n ja DISC1-polun merkityksestä skitsofrenian ja psykoosialttiuden taustatekijänä suomalaisessa väestössä. Tuloksemme tukevat aiempaa käsitystä siitä, että useat DISC1-polun geenit vaikuttavat skitsofrenia-alttiuteen DISC1:n ohella ja tarjoavat uusia ehdokasgeenejä tarkempia jatkotutkimuksia varten. Se, että DISC1:llä näyttää olevan yhteys käyttäytymiseen myös väestötasolla, tekee DISC1:stä entistäkin merkityksellisemmän ihmisen psyykkisten toimintojen kannalta.

Positional cloning has enabled hypothesis-free, genome-wide scans for genetic factors contributing to disorders or traits. Traditionally linkage analysis has been used to identify regions of interest, followed by meticulous fine mapping and candidate gene screening using association methods and finally sequencing of regions of interest. More recently, genome-wide association analysis has enabled a more direct approach to identify specific genetic variants explaining a part of the variance of the phenotype of interest. Autism spectrum disorders (ASDs) are a group of childhood onset neuropsychiatric disorders with shared core symptoms but varying severity. Although a strong genetic component has been established in ASDs, genetic susceptibility factors have largely eluded characterization. Here, we have utilized modern molecular genetic methods combined with the advantages provided by the special population structure in Finland to identify genetic risk factors for ASDs. The results of this study show that numerous genetic risk factors exist for ASDs even within a population isolate. Stratification based on clinical phenotype resulted in encouraging results, as previously identified linkage to 3p14-p24 was replicated in an independent family set of families with Asperger syndrome, but no other ASDs. Fine-mapping of the previously identified linkage peak for ASDs at 3q25-q27 revealed association between autism and a subunit of the 5-hydroxytryptamine receptor 3C (HTR3C). We also used dense, genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) data to characterize the population structure of Finns. We observed significant population substructure which correlates with the known history of multiple consecutive bottle-necks experienced by the Finnish population. We used this information to ascertain a genetically homogenous subset of autism families to identify possible rare, enriched risk variants using genome-wide SNP data. No rare enriched genetic risk factors were identified in this dataset, although a subset of families could be genealogically linked to form two extended pedigrees. The lack of founder mutations in this isolated population suggests that the majority of genetic risk factors are rare, de novo mutations unique to individual nuclear families. The results of this study are consistent with others in the field. The underlying genetic architecture for this group of disorders appears highly heterogeneous, with common variants accounting for only a subset of genetic risk. The majority of identified risk factors have turned out to be exceedingly rare, and only explain a subset of the genetic risk in the general population in spite of their high penetrance within individual families. The results of this study, together with other results obtained in this field, indicate that family specific linkage, homozygosity mapping and resequencing efforts are needed to identify these rare genetic risk factors. Paikkaan perustuva geenitunnistus eli positionaalinen kloonaus on mahdollistanut hypoteesittomat, koko perimän kattavat tutkimukset joilla voidaan kartoittaa tauteihin ja ominaisuuksiin vaikuttavia perinnöllisiä tekijöitä vaikka tautia aiheuttavia biologisia prosesseja ei tunneta. Modernit molekyyligenetiikan menetelmät ovat mahdollistaneet tiheät, jopa miljoonan geenimerkin kattavat tutkimukset, joilla voidaan tutkia perimän vaihtelua yksilötasolla tarkemmin kuin koskaan aikaisemmin. Suomalainen väestö on geneettisesti yhtenäinen, ja sitä ovat muokanneet perustajavaikutus, genettiset pullonkaulat ja sattuma. Suomalaisen väestön erityispiirteitä voidaan käyttää hyväksi tunnistettaessa riskigeenejä sairauksille. Verrattuna sekaväestöihin tautien riskigeenen kirjo on Suomessa mahdollisesti suppeampi, sillä maamme alkuperäiset asuttajat toivat mukanaan vain osan kaikista mahdollisista geneettisistä riskitekijöistä. Autismikirjon sairaudet ovat ryhmä vakavuudeltaan vaihtelevia, lapsuudessa alkavia neuropsykiatrisia sairauksia. Vaikka perintötekijöiden on todettu vaikuttavan vahvasti autismikirjon sairauksien syntyyn, aktiivisesta tutkimuksesta huolimatta ei sairauksille altistavia geenimuotoja vielä ole tunnistettu kuin kourallinen. Autismikirjon sairauksien tiedetään kuitenkin olevan ns. monitekijäisiä tauteja, eli niille altistavat sekä lukuisat geenivirheet että vielä tuntemattomat ympäristötekijät. Tässä tutkimuksessa olemme käyttääneet molekyyligenetiikan uusimpia menetelmiä hyödyntäen samalla suomalaisen väestön erityispiirteitä tunnistaaksemme näille sairauksille altistavia perinnöllisiä tekijöitä. Tämän väitöskirjatutkimuksen tulokset osoittavat, että autismikirjon sairauksille altistavat useat eri geenimuodot jopa Suomen kaltaisessa väestöisolaatissa. Vaikka tutkimuksessa löydettiin viitteitä myös yleisten geenimuotojen, kuten serotoniinreseptorin alayksikön HTR3C:n roolista autismin synnyssä, perustajamutaatioiden puute väestössämme osoittaa vahvasti, että autismikirjon perinnöllisistä riskitekijöistä suurin osa on uusia mutaatioita. Nämä harvinaiset mutaatiot selittävät vain pienen osan riskiä väestötasolla, mutta vaikuttavat merkittävästi yksittäisten perheiden riskiin. Autismin geneettisten riskitekijöiden tutkimuksissa tulisi jatkossa pääasiallisesti hyödyntää kytkentä-, homozygotiakartoitus- ja sekvenssianalyysiin perustuvia menetelmiä, joilla voidaan tutkia yksittäisten perheiden alttiusgeenejä, eikä pyrkiä tutkimaan väestössä yleisesti esiintyviä geenimuotoja.

Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease of the central nervous system (CNS). Both environmental factors and several predisposing genes are required to generate MS. Despite intensive research these risk factors are still largely unknown, the pathogenesis of MS demyelination is poorly understood, and no curative treatment exists. Both prevalence and familial occurrence of MS are exceptionally high in a Finnish population subisolate, Southern Ostrobothnia, presumably due to enrichment of predisposing genetic variants within this region. Previous linkage scan on MS pedigrees from Southern Ostrobothnia detected three main MS loci on chromosomes 5p, 6p (HLA) and 17q. Linkage studies in other populations have also provided independent evidence for the location of MS susceptibility genes in these regions. Further, these loci are syntenic to the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) susceptibility loci of rodents. In this thesis work an effort was made to localize MS predisposing alleles of the linked loci outside the HLA region by studying familial MS cases from the Southern Ostrobothnia isolate. Analysis of the 5p locus revealed one region, flanking the complement component 7 (C7) gene. The identified relatively rare haplotype seems to have a fairly large effect on genetic susceptibility of MS (frequency MS 12%, controls 4%; p=0.000003, OR=2.73). Evidence for association with alleles of the region and MS was seen also in more heterogeneous populations. Convincingly, plasma C7 protein levels and complement activity correlated with the risk haplotype identified. The finding stimulated us to study other complement cascade genes in MS. No evidence for association could be observed with the complement component coding genes outside 5p. A scan of the 17q locus provided evidence for association with variants of the protein kinase C alpha (PRKCA) gene (p=0.0001). Modest evidence for association with PRKCA was observed also in Canadian MS families. Finally we used a candidate gene based approach to identify potential MS loci. Mutations of DAP12 and TREM2 cause a recessively inherited CNS white matter disease PLOSL. Interestingly, DAP12 and TREM2 are located in MS regions on 6p and 19q, and we tested them as potential candidate genes in the Finnish MS sample. No evidence for association with MS was observed. This thesis provides an example of how extended families from special populations can be utilized in fine-mapping of the linked loci. A first relatively rare MS variant was identified utilizing the strength of a Finnish population subisolate. This variant seems to have an effect on activity of the complement system, which has previously been suggested to have an important role in the pathogenesis of MS. Multippeliskleroosi (MS-tauti) on krooninen tulehduksellinen sairaus, jonka puhkeamisen aiheuttavat ympäristötekijät ja useat alttiusgeenit yhdessä. Intensiivisestä tutkimuksesta huolimatta suurin osa näistä MS-taudin riskitekijöistä on kuitenkin vielä tunnistamatta, MS-taudissa tapahtuvan keskushermoston valkean aineen tuhon syntymekanismit ovat huonosti ymmärrettyjä, eikä MS-taudille ole olemassa parantavaa hoitoa. MS-taudin esiintyvyys ja suvuittainen esiintyminen ovat poikkeuksellisen korkeat erään väestöisolaatin alueella Etelä-Pohjanmaalla. Tämä johtuu luultavasti taudin perinnöllisten alttiustekijöiden rikastumisesta alueelle. Suomalaistutkimuksissa on aiemmin tunnistettu kolme pääasiallista MS- geenipaikkaa kromosomeissa 5p, 6p (HLA) ja 17q. Myös muissa väestöissä tehdyt tutkimukset tukevat löydöstä. Tässä väitöskirjatutkimuksessa pyrittiin paikantamaan MS-taudille altistavia geenivariantteja HLA-alueen ulkopuolisilta kytkentäalueilta tutkimalla MS-sukuja Etelä-Pohjanmaan isolaattialueelta. Kromosomin 5p alttiusalueen suhteellisen harvinaisen, komplementti komponentti 7 (C7) geeniä sivuavan haplotyypin havaittiin liittyvän MS-alttiuteen (p=0,000003; OR=2,73). Assosiaatio pystyttiin vahvistamaan myös muissa väestöissä, ja plasman C7-proteiinitasojen ja komplementtiaktiivisuuden havaittiin korreloivan tunnistetun riskihaplotyppin kantajuuteen. Tulos viittaa siihen, että tunnistetulla alueella sijaitsee MS-taudin riskiä selkeästi lisäävä tekijä. Löydös kannusti tutkimaan myös muiden komplementtigeenien osuutta MS-taudissa. Kromosomin 5p ulkopuolisten kompementtigeenien ei kuitenkaan todettu liittyvän MS-alttiuteen suomalaisessa väestössä. Kromosomin 17q alttiusalueen analyysissä havaittiin proteiinikinaasi C alfa -geenin (PRKCA) varianttien liittyvän MS-alttiuteen sekä suomalaisilla että kanadalaisilla (p=0,0001). Väitöskirjan viimeisessä osatyössä tutkittiin MS-taudin ehdokasgeenejä. DAP12 ja TREM2 geenien mutaatiot aiheuttavat keskushermoston valkean aineen taudin, PLOSL:n. Koska kyseiset geenit sijaitsevat kromosomien 6p ja 19q alueilla, joiden on havaittu kytkeytyvän myös MS-tautiin, selvitimme, altistavatko DAP12 ja TREM2 myös MS-taudille. Näiden geenien ei havaittu liittyvän MS-alttiuteen. Tässä väitöskirjassa kuvataan, miten erityisväestöjen sukuaineistoja voidaan hyödyntää alttiusvarianttien paikantamiseksi kytkentäalueilta. Tutkimuksessa tunnistettiin suomalaista isolaattia aineistona hyödyntäen ensimmäinen suhteellisen harvinainen MS-taudille altistava geenivariantti. Tämä variantti vaikuttaa säätelevän komplementtisysteemiä, jolla on jo aiemmin arveltu olevan tärkeä rooli MS-taudin synnyssä.

Cardiovascular diseases (CVD) are major contributors to morbidity and mortality worldwide. Several interacting environmental, biochemical, and genetic risk factors can increase disease susceptibility. While some of the genes involved in the etiology of CVD are known, many are yet to be discovered. During the last few decades, scientists have searched for these genes with genome-wide linkage and association methods, and with more targeted candidate gene studies. This thesis investigates variation within the upstream transcription factor 1 (USF1) gene locus in relation to CVD risk factors, atherosclerosis, and incidence and prevalence of CVD. This candidate gene was first identified in Finnish families ascertained for familial combined hyperlipidemia, a common dyslipidemia predisposing to coronary heart disease. The gene is a ubiquitously expressed transcription factor regulating expression of several genes from lipid and glucose metabolism, inflammation, and endothelial function. First, we examined association between USF1 variants and several CVD risk factors, such as lipid phenotypes, body composition measures, and metabolic syndrome, in two prospective population cohorts. Our data suggested that USF1 contributes to these CVD risk factors at the population level. Notably, the associations with quantitative measurements were mostly detected among study subjects with CVD or metabolic syndrome, suggesting complex interactions between USF1 effects and the pathophysiological state of an individual. Second, we investigated how variation at the USF1 locus contributes to atherosclerotic lesions of the coronary arteries and abdominal aorta. For this, we used two study samples of middle-aged men with detailed measurements of atherosclerosis obtained in autopsy. USF1 variation significantly associated with areas of several types of lesions, especially with calcification of the arteries. Next, we tested what effect the USF1 risk variants have on sudden cardiac death and incidence of CVD. The atherosclerosis-associated risk variant increased the risk of sudden cardiac death of the same study subjects. Furthermore, USF1 alleles associated with incidence of CVD in the Finnish population follow-up cohorts. These associations were especially prominent among women, suggesting a sex specific effect, which has also been detected in subsequent studies. Finally, as some of the low-yield DNA samples of the Finnish follow-up study cohort needed to be whole-genome amplified (WGA) prior to genotyping, we evaluated whether the produced WGA genotypes were of good quality. Although the samples giving genotype discrepancies could not be detected before genotyping with standard laboratory quality control methods, our results suggested that enhanced quality control at the time of the genotyping could identify such samples. In addition, combining two WGA reactions into one pooled DNA sample for genotyping markedly reduced the number of discrepancies and samples showing them. In conclusion, USF1 seems to have a role in the etiology of CVD. Additional studies are warranted to identify functional variants and to study interactions between USF1 and other genetic or environmental factors. This USF1 study, and other studies with low DNA yield of some samples, can benefit from whole genome amplification of the low-yield samples prior to genotyping. Careful quality control procedures are, however, needed in WGA genotyping. Sydän- ja verisuonitaudeilla (SVT) on vakavia sosiaalisia ja terveydenhuollollisia vaikutuksia eri yhteiskunnissa. Yleisiä sairastumisen riskiä lisääviä tekijöitä tunnetaan useita ja ne voivat olla ympäristöllisiä, perinnöllisiä tai osittain molempia. Vaikka useita verenkiertoelinten sairauksiin vaikuttavia perinnöllisiä tekijöitä on jo tunnistettu, monia sairastumiseen vaikuttavia geenialueita on vielä tunnistamatta. Näitä alueita tutkijat ovat viime vuosikymmenten aikana etsineet koko perimän laajuisilla kytkentä- ja assosiaatioanalyyseillä, sekä tarkemmin kohdennetuilla ehdokasgeenianalyyseillä. Tässä väitöskirjatyössä analysoitiin upstream transcription factor 1 (USF1) -geeniä, tutkien sen yhteyttä SVT riskitekijöihin, ateroskleroosiin, sekä SVT:n ilmaantumiseen ja esiintymiseen. Tämä geeni tunnistettiin alun perin suomalaisissa perheissä, jotka valittiin familiaalisen kombinoidun hyperlipidemian (FKH) tutkimusta varten. USF1 säätelee rasva- ja sokeriaineenvaihduntaan, tulehdusreaktioihin ja endoteelin toimintaan liittyvien geenien ilmentymistä, mikä tekee siitä mielenkiintoisen ehdokasgeenin sydän- ja verisuonitaudeille. Tutkimme ensin miten perinnöllinen vaihtelu USF1:n alueella on yhteydessä perinteisiin SVT:n riskitekijöihin, kuten rasva-arvoihin, lihavuusmuuttujiin, sekä metaboliseen syndroomaan. Vaihtelu USF1:n alueella liittyi näihin riskitekijöihin kahdessa väestöpohjaisessa seurantaotoksessa. Lähes kaikki yhteydet havaittiin tarkastelemalla seuranta-otosten erityisryhmiä, kuten sydänsairaita, tai metabolista syndroomaa sairastavia. Tämä viittaisi monimutkaisiin yhdysvaikutuksiin USF1:n toiminnassa. Seuraavaksi tarkastelimme USF1:n vaikutusta ateroskleroosin muodostumiseen suonitasolla. Käytössämme oli kaksi äkkikuolleista miehistä koostuvaa suomalaista ruumiinavausaineistoa. Aineisto sisälsi tietoa erityyppisistä ateroskleroosimuuttujista ja havaitsimme USF1:n yhdistyvän varsinkin verisuonten kalkkeutumiseen. Tutkimme vielä USF1:n vaikutusta sydänperäisen äkkikuoleman riskiin sekä sydän- ja verisuonitaudin ilmaantumiseen. Havaitsimme ateroskleroosiin liittyvän riskialleelin kasvattavan myös sydänperäisen äkkikuoleman riskiä samassa tutkimusaineistossa. Lisäksi USF1:n eri muodot vaikuttivat SVT:n riskiin suomalaisissa seurantaotoksissa. Seurantaotoksissa riskivaikutus ilmeni pääasiassa naisilla, mikä viittasi sukupuolille ominaiseen geenivaikutukseen, jota on jälkeenpäin ehdotettu myös muissa tutkimuksissa. Testasimme myös miten koko perimän laajuinen DNA:n monistus (WGA) vaikuttaa genotyypityksen luotettavuuteen. Tarkoituksena oli tarkastella niitä suomalaisen väestöotoksemme näytteitä, joiden DNA saanto oli niin vähäistä, että niiden monistaminen ennen genotyypitystä oli tarkoituksenmukaista. Osa WGA-näytteistä antoi genotyypityksessä ristiriitaisia tuloksia, eikä näitä näytteitä voitu havaita muiden näytteiden joukosta normaaleissa näytteiden laaduntarkkailuissa ennen genotyypitystä. Genotyypitystulosten tarkasteluissa useat ristiriitaiset näytteet erottuivat kuitenkin muista hyvin. Lisäksi kahden erillisen WGA-reaktion yhdistäminen yhdeksi genotyypitettäväksi näytteeksi paransi genotyypityksen luotettavuutta huomattavasti. Tässä väitöskirjatyössä saimme siis viitteitä USF1-geenin roolista verenkiertoelinten sairauksissa. Tulevat USF1-tutkimukset sisältänevät selvitystyötä geenialueen toiminnallisista varianteista, sekä tutkivat tarkemmin geenin yhdysvaikutuksia sukupuolen, sekä muiden ympäristöllisten ja perinnöllisten tekijöiden kanssa. Tässä USF1-tutkimuksessa, kuten myös muissa vähäsaantoista DNA:ta sisältävissä tutkimuksissa, voidaan hyödyntää näytteiden koko perimän DNA:n monistusta ennen genotyypitystä. WGA-näytteiden genotyypitys vaatii kuitenkin huolellisen laaduntarkkailun, jotta genotyypitysvirheitä tuottavat näytteet tunnistetaan ennen tilastollisia analyysejä.

PATHOGENIC MECHANISMS OF PLOSL Polycystic lipomembranous osteodysplasia with sclerosing leukoencephalopathy (PLOSL), also known as Nasu-Hakola disease, is a recessively inherited disease of brain and bone. PLOSL manifests as early-onset progressive dementia and bone fractures. Mutations in the TYROBP (DAP12) and TREM2 genes have been identified as the primary cause of PLOSL. DAP12 and TREM2 encode important signalling molecules in cells of the innate immune system. The mechanism by which loss-of-function of the DAP12/TREM2 signalling complex leads to PLOSL is currently unknown. The aim of this thesis work was to gain insight into the pathogenic mechanisms behind PLOSL. To first identify the central nervous system (CNS) cell types that express both Dap12 and Trem2, the expression patterns of Dap12 and Trem2 in mouse CNS were analyzed. Dap12 and Trem2 expression was seen from embryonic stage to adulthood and microglial cells and oligodendrocytes were identified as the major Dap12/Trem2 producing cells of the CNS. To subsequently identify the pathways and biological processes associated with DAP12/TREM2 mediated signalling in human cells, genome wide transcript analysis of in vitro differentiated dendritic cells (DCs) of PLOSL patients representing functional knockouts of either DAP12 or TREM2 was performed. Both DAP12 and TREM2 deficient cells differentiated into DCs and responded to pathogenic stimuli. However, the DCs showed morphological differences compared to control cells due to defects in the actin filaments. Transcript profiles of the patient DCs showed differential expression of genes involved in immune response and for genes earlier associated with other disorders of the CNS as well as genes involved in the remodeling of bone, linking the findings with the tissue phenotype of PLOSL patients. To analyze the effect of Dap12 deficiency in the CNS, genome wide expression analysis of Dap12 deficient mouse brain and Dap12 deficient microglia as well as functional analysis of Dap12 deficient microglia was performed. Regulation of several pathways involved in synaptic function and transcripts coding for the myelin components was seen in Dap12 knockout mice. Decreased migration, morphological changes and shortened lifespan of the Dap12 knockout microglia was further observed. Taken together, this thesis work showed that both Dap12 and Trem2 are expressed by CNS microglia and that Dap12 deficiency results in functional defects of these cells. Lack of Dap12 in the CNS also leads to synaptic abnormalities even before pathological changes are seen in the tissue level.This work further showed that loss-of-function of DAP12 or TREM2 leads to changes in morphology and gene expression in human dendritic cells. These data underline the functional diversity of the molecules of the innate immune system and implies their significant contribution also in demyelinating CNS disorders, including those resulting in dementia. PLOSL:N TAUTIMEKANISMIT Polykystinen lipomembranoottinen osteodysplasia ja sklerosoiva leukoenkefalopatia (PLOSL) on autosomissa peittyvästi periytyvä luuston ja aivojen sairaus. PLOSL:sta käytetään myös nimeä Nasu-Hakolan tauti. PLOSL aiheuttaa luuston heikkenemistä ja varhaisella iällä alkavan dementian. Mutaatiot TYROBP (DAP12) ja TREM2 geeneissä johtavat PLOSL:n. DAP12 ja TREM2 proteiinit ovat tärkeitä elimistön puolustusjärjestelmän solujen normaalille toiminnalle. Mekanismi, jolla DAP12/TREM2 puute johtaa PLOSL:n, on kuitenkin selvittämättä. Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli selvittää PLOSL:n tautimekanismeja. Aluksi selvitettiin missä ja milloin DAP12 ja TREM2 geenejä ilmennetään keskushermostossa. Molempia ilmennettiin samoilla aivoalueilla sikiökaudelta lähtien aina aikuisuuteen saakka. Havaittiin myös, että DAP12:ta ja TREM2:ta ilmennetään keskushermostossa erityisesti mikroglia- ja oligodendrosyytti-soluissa. Seuraavaksi haluttiin selvittää mihin aineenvaihduntareitteihin ja solun toimintoihin DAP12:n ja TREM2:n puutos vaikuttaa ihmisen soluissa. Tätä varten tarkasteltiin ihmisen kaikkien geenien ilmentymistä yhtäaikaisesti potilaiden dendriittisoluissa, joissa DAP12 ja TREM2 geenit eivät toimi. Eroja nähtiin sekä immuunipuolustukseen liittyvien geenien että keskushermostosairauksiin ja luun muodostukseen liittyvien geenien ilmentymisessä potilaiden ja kontrollien välillä. Solujen rakenteessa nähtiin lisäksi muutoksia. Lopuksi tarkasteltiin DAP12:n puutoksen seurauksia keskushermostossa analysoimalla kaikkien geenien ilmentymistä sekä aivokudoksessa että mikroglia-soluissa. Mikroglia-soluilla tehtiin myös toiminnallisia kokeita. Tässä väitöskirjatyössä tunnistettiin PLOSL:n kannalta tärkeät solutyypit keskushermostossa ja havaittiin että DAP12:n puute johtaa näiden solujen vialliseen toimintaan, mikä puolestaan vaikuttaa koko keskushermoston toimintaan. DAP12:n ja TREM2:n puute johtaa lisäksi solujen rakenteen ja geenien ilmentymisen muutoksiin ihmisen dendriittisoluissa. Tutkimuksen tulokset korostavat synnynnäiseen immuniteettiin liittyvien molekyylien toiminnan monimuotoisuutta ja viittaavat siihen, että niillä on tärkeä rooli myös keskushermostoa rappeuttavissa sairauksissa.

Meckel syndrome (MKS, MIM 249000) is an autosomal recessive developmental disorder causing death in utero or shortly after birth. The hallmarks of the disease are cystic kidney dysplasia and fibrotic changes of the liver, occipital encephalocele with or without hydrocephalus and polydactyly. Other anomalies frequently seen in the patients are incomplete development of the male genitalia, club feet and cleft lip or palate. The clinical picture has been well characterized in the literature while the molecular pathology underlying the disease has remained unclear until now. In this study we identified the first MKS gene by utilizing the disease haplotypes in Finnish MKS families linked to the MKS1 locus on chromosome 17q23 (MKS1) locus. Subsequently, the genetic heterogeneity of MKS was established in the Finnish families. Mutations in at least four different genes can cause MKS. These genes have been mapped to the chromosomes 17q23 (MKS1), 11q13 (MKS2), 8q22 (MKS3) and 9q33 (MKS4). Two of these genes have been identified so far: The MKS1 gene (this work) and the MKS3 gene. The identified MKS1 gene was initially a novel human gene which is conserved among species. We found three different MKS mutations, one of them being the Finnish founder mutation. The information available from MKS1 orthologs in other species convinced us that the MKS1 gene is required for normal ciliogenesis. Defects of the cilial system in other human diseases and model organisms actually cause phenotypic features similar to those seen in MKS patients. The MKS3 (TMEM67) gene encodes a transmembrane protein and the gene maps to the syntenic Wpk locus in the rat, which is a model with polycystic kidney disease, agenesis of the corpus callosum and hydrocephalus. The available information from these two genes suggest that MKS1 would encode a structural component of the centriole required for normal ciliary functions, and MKS3 would be a transmembrane component most likely required for normal ciliary sensory signaling. The MKS4 locus was localized to chromosme 9q32-33 in this study by using an inbred Finnish family with two affected and two healthy children. This fourth locus contains TRIM32 gene, which is associated to another well characterized human ciliopathy, Bardet Biedl syndrome (BBS). Future studies should identify the MKS4 gene on chromosome 9q and confirm if there are more than two genes causing MKS Finnish families. The research on critical signaling pathways in organogenesis have shown that both Wnt and Hedgehog pathways are dependent on functional cilia. The MKS gene products will serve as excellent model molecules for more detailed studies of the functional role of cilia in organogenesis in more detail. Meckelin oireyhtymä on sikiön vakava kehityshäiriö, joka johtaa kuolemaan joko sikiövaiheessa tai heti syntymän jälkeen. Taudin keskeisimmät oireet ovat suuret rakkulaiset munuaiset, jotka esiintyvät aina yhdessä maksan kudosmuutosten kanssa, sekä keskushermostoputken sulkeutumishäiriö. Näiden oireiden kanssa tavataan melkein aina pikkusormen/-varpaan puolella ylimääräinen sormi/varvas. Useimmiten sikiön sairaus todetaan alkuraskauden ultraäänitutkimuksessa; Suomessa vuosittain 5-7 raskaudessa. Vaikka oireyhtymä kuuluu nk. Suomalaisen tautiperinnön tauteihin, sitä tavataan maailmanlaajuisesti. Meckelin oireyhtymä on väistyvästi periytyvä, mikä tarkoittaa että sairastuakseen sikiön täytyy periä virheellinen geeni molemmilta vanhemmilta. Tauti voi aiheutua useamman eri geenin virheistä, joita toistaiseksi tiedetään olevan ainakin neljä. Väitöskirjatyössä tunnistettu kromosomin 17 pitkän käsivarren MKS1-geenin virhe aiheuttaa taudin valtaosalla suomalaisista MKS- perheistä (70 %). Kaikissa suomalaisissa perheissä sairaat olivat perineet molemmilta vanhemmiltaan saman geenivirheen. Löysimme tämän saman geenivirheen ei-suomalaisista MKS-perheissä, jotka edustavat muita eurooppalaisia väestöjä, eli kyseessä on historiallisesti suhteellisen aikaisin ihmiskunnan perimään sattunut geenivirhe, jonka kantasuomalaiset ovat tuoneet perimässään muuttaessaan Euroopan raja-alueelle. Tulokset tarjoavat diagnostisen DNA-testin sairaudelle ja mahdollistavat myös geenivirheen kantajien tunnistamisen. MKS1-geenilöydös on myös solutasolla erittäin mielenkiintoinen, sillä sen virhe johtaa vialliseen solun pinnan värekarvarakenteeseen (cilia), joka aistii solun ympäristöä. Tästä seuraa vakava häiriö varhaisalkion solujen välisessä kommunikaatiossa. Värekarvarakenteiden vikoja on löydetty myös muissa ihmisen perinnöllisissä sairauksissa, joissa esiintyy samankaltaisia oireita. Meckelin oireyhtymä on kuitenkin näistä sairauksista vakavin ja osoittaa ensimmäistä kertaa miten solujen pienet aistinantennit ovat välttämättömiä normaalille sikiöajan kehitykselle. Väitöskirjatyössä tehty geenilöydös auttaa selvittämään muitakin solun aistinantenneja vaurioittavia tapahtumia, jotka häiritsevät sikiöajan kehitystä. Meckel-geenin toiminnan tutkiminen tuo siten myös uutta ymmärrystä ihmisen varhaisvaiheen kehitykseen yleisemminkin. Lisäksi tässä väitöskirjatyössä tunnistettiin neljännen MKS-geenin paikka perimässä kromosomissa 9q (MKS4). Neljäs perimän MKS-geenipaikka, eli nk. MKS4-lokus löydettiin suomalaisen perheen koko genomin kartoituksessa. Tässä perheessä on kaksi tervettä ja kaksi sairasta lasta. Sukututkimuksen pohjalta tiesimme, että perheen isovanhemmat olivat mitä ilmeisimmin kaukaisesti sukua toisilleen, joten oli hyvin todennäköistä, että sairaat lapset olivat perineet saman geenivirheen molemmilta vanhemmilta. Tietoisuus siitä, että MKS voi aiheutua Suomessa ainakin kahden geenin virheestä on tärkeää. MKS:ää ei voida parantaa, mikä korostaa perinnöllisyysneuvonnan merkitystä perheissä, joissa tautia tavataan.