Az osteoporosissal összefüggésbe kandidáns gének

A kandidáns gének vizsgálata alapvetően más megközelítési módot jelent a kötődéses vizsgálatokhoz képest. Míg az utóbbiak előzetes feltételezés nélkül, mérnöki módszerekkel keresik a szerepet játszó gént, addig a klasszikus kandidáns gén vizsgálatokban az ismert csontanyagcsere folyamatok alapján történik meg a vizsgálandó gén kiválasztása. Ez a magyarázata a sok negatív eredményt adó vizsgálatnak. A kandidáns gének vizsgálatának új fejezetét nyitotta meg a genetikai módszerek fejlődése. A GWAS vizsgálatokhoz már nem kell "előzetes feltételezés", mert ez a módszer egyszerre több ezer gént képes vizsgálni.

I.2.1.1. D-vitamin receptor gén (VDR)

Morrison 1994-ben a Nature-ban megjelent cikkében szignifikáns összefüggést írt le a VDR gén 3' régiójában elhelyezkedő BsmI. polimorfizmus és a BMD (bone mineral density) között. Az ikervizsgálat alapján úgy számították, hogy a teljes genetikai hatás kb. 75 %-ért ez a gén felel (195). Ezt az eredményt azonban újraértékelték, ekkor a szignifikáns összefüggés eltűnt (196). A szellem azonban kiszabadult a palackból, és a VDR gén az érdeklődés középpontjába került. Sok vizsgálat szólt az eredetileg leírt összefüggés mellett, számos eredmény szólt ellene (197), sőt fordított asszociációra utaló eredmények is megjelentek (198). A már 1996-ban 16 vizsgálat alapján elvégzett metaanalízis a VDR gén minimális hatását (0,15-0,2 Z score) igazolta csupán (199), habár ebben az elemzésben még nem szerpelt a FOK1 polimorfizmus. A csontok törékenységével kapcsolatban is vizsgálták a VDR gén szerepét, azonban az akkori adatok nem tudták egyértelműen igazolni az összefüggést.

A különböző VDR polimorfizmusok eltérő biológiai hatásának magyarázatára számos elmélet született.

Feltételezték, hogy a 3' át nem íródó régióban elhelyezkedő BsmI. (rs1544410), ApaI. (rs7975232), TaqI.

(rs731236), polimorfizmusok, az RNS stabilitást befolyásoló szekvenciák markerei lehetnek, azonban ezt az elképzelést sem tudták egyértelműen alátámasztani. A 2. exonban elhelyezkedő TC tranzíció miatt kialakuló FokI. enzimmel kimutatható polimorfizmus (rs2228570), amely érinti a start kodont, az átíródó fehérje hosszában okoz változást. Az rs2228570 polimorfizmussal kapcsolatban joggal feltételezték, hogy befolyásolja a VDR biológiai aktivitását. Az első adatok ezt az elképzelést igazolták (200), igaz mások nem találtak összefüggést az rs2228570 polimorfizmus és a VDR biológiai aktivitás között (201).

Összefoglalva: a korábbi adatok alapján úgy tűnt, hogy a VDR gén rs2228570 polimorfizmusa szerepet játszhat a csont ásványianyag-tartalom meghatározásában, az osteoporosis kialakulásában, azonban hatása valószínűleg kicsi és a hatásmechanizmus sem pontosan ismert.

I.2.1.2. Interleukin-1 receptor antagonista (IL-1ra) gén

Az interleukin-1 receptor antagonista (IL-1ra) fehérje gátolja az IL-1 csontbontást serkentő hatását szövetkultúrákban (202). Nagyobb IL-1/IL-1ra arányt találtak osteoporoticus nőkben, mint egészséges kontrollokban (203). Az IL-1-ra feltételezett csontvédő szerepe (204) alapján kódoló génjét összefüggésbe hozták az osteoporosis kialakulásával (205, 206).

I.2.1.3. Interleukin-6 (IL-6) gén

Az interleukin-6 serkenti az osteoclastogenesist (207, 208). Szérumszintje korrelál a BMD értékkel postmenopausás nőkben (209). Osteoporoticus eredetű csigolyafraktúrákban az IL-6 génexpressziója és mRNS szintje emelkedett (210). Asszociációs vizsgálatban összefüggést találtak a BMD érték és a gén egy VNTR (variable number tandem repeat) polimorfizmusa között (211).

I.2.1.4. Inzulinszerű növekedési faktor 1 (IGF-1) gén

Az IGF-1 anabolikus fehérje (212), ami serkenti az osteoblastok kialakulását és működését is (213). Nagy mennyiségben van jelen a csontmátrixban és lehetséges, hogy az osteoblastok és osteoclastok közötti kapcsolatra a coupling mechanizmusra is hatással van (214). Genetikai módszerrel IGF-I hiányossá tett (knockout) egerekben a csontfejlődés késik, nagyságuk csökken (215). Humán vizsgálatokban, a menopauzában és időskorban mért szérum IGF-I szint szoros kapcsolatot mutatott a BMD-vel (216, 217).

Ugyanakkor az IGF-1 gén egy MR polimorfizmusának összefüggését írták le a szérum IGF-1 szinttel (218).

I.2.1.5. Kalcium szenzor receptor gén (CaSR) gén

A CaSR (kalcium-sensing receptor) a mellékpajzsmirigyben a PTH elválasztást (219), a vesében a kalcium reabszorpciót szabályozza (220). Mivel a PTH koncentráció és a vér kalcium szintje befolyásolja a csontanyagcserét, a CaSR működésének változása hatással lehet a csontritkulás kialakulására. A CaSR génnek ismertek olyan polimorfizmusai, melyek hatással vannak a CaSR működésére (221) és különböző életszakaszokban a BMD értékekre is (222, 223).

I.2.1.6. TNFRSF11A/TNFSF11/TNFRSF11B szabályozási rendszer génjei

A TNFRSF11A/TNFSF11/TNFRSF11B (RANK/RANKL/OPG) szabályozási rendszer döntő szerepet tölt be a csontanyagcsere szabályozásában. A RANK és a liganduma RANKL kulcsfontosságú fehérjék az osteoclastogenesisben. Az OPG szolubilis fehérjeként a RANK-hoz kapcsolódva gátolja a RANK/RANKL kapcsolódást és ezen keresztül az osteoclastok fejlődését, valamint aktiválódását (224, 225). Genetikai módszerekkel OPG gén hiányossá tett egerekben súlyos osteoporosis alakul ki (226), míg a gén túl expresszálása osteopetrosishoz vezet (224). RANK gén hiányos egerekben súlyos osteopetrosis alakul ki (227), míg RANK adása hypercalcaemiat és csontvesztést okoz (36).

Napjainkig számos vizsgálatban igazolták, hogy az OPG gén polimorfizmusai hatással vannak a csonttömeg nagyságára és a törési kockázatra (228-230). A kapcsolatot a csont ásványianyag-tartalom és az OPG gén között nem egygénes asszociációs, de GWAS vizsgálatok is megerősítették (188, 189).

I.2.1.7. Wnt jelátviteli út génjei, különös tekintettel az LRP5 szerepére

A WNT jelátviteli útvonal alapvető szerepet játszik a csontanyagcserében, különösen a csontképzésben (231). (7. ábra) A Wnt-vel és a receptor fehérjével (frizzled protein) komplexet alkotó LRP 5/6-nek és az LRP 5/6 komplexhez kötődését gátoló DKK1-nek (dikkopf1) és az SOST-nek (sclerostin) a genetikai eltéréseit is összefüggésbe hozták a csontanyagcsere változásaival (232). A Wnt szignálút legtöbbet vizsgált tagja az LRP5 gén, mely funkcióvesztése okozza az osteoporosis-pseudoglioma szindrómát (192), funkciófokozó mutációja pedig a nagy csontdenzitás szindrómát (172) és az osteopetrosis bizonyos típusát (233). Az LRP5 gén variációit összefüggésbe hozták a BMD változásokkal, osteoporosis kialakulásával (234, 235). Az eredményeket GWAS vizsgálatok is megerősítették (191, 236).

A (GPR177) egy 7-transzmembrán fehérje, ami a Wnt fehérje szekréciójában játszik szerepet, segíti annak kiszabadulását a Golgi apparátusból (237). GPR177 hiányos egerekben a csontvázrendszer fejlődése károsodik (238). GWAS vizsgálatban a csontmennyiség és a GPR177 összefüggését írták le (190).

Az SP7 (SP7 transzkripciós faktor más néven osterix) az osteoblast differenciálódásban szerepet játszó transzkripciós faktor, amely a HIF1A-val (hypoxia inducible factor-1alpha) szinergizmusban gátolja a Wnt szignál utat (239) és segíti a mesenchymalis őssejtek osteoblast irányú differenciálódását a porc irányú differenciálódással szemben (240). Hatással van a csontfejlődésre, szerepet játszik az embriogenezisben és a csontgyógyulásban is (241). Az osteogenesis imperfecta XII-es típusának hátterében az SP7 fehérjét kódoló, 12q13.13 lokalizációban elhelyezkedő gén mutációját igazolták (242).

Az SP7 gén expressziójának csökkenését írták le osteoporoticus betegekben (243). GWAS vizsgálatban összefüggést találtak a BMD érték és az SP7 gén között afro-amerikai nőkben (191).