Undersøkelse av genekspresjon i tymus korrelert med risikovarianter assosiert med autoimmune sykdommer

Abstract

Autoimmune sykdommer (AIS) er en gruppe sykdommer hvor immunsystemet feilaktig går til angrep på eget vev. Immunsystemet er ideelt utdannet i tymus til ikke å angripe eget vev. AIS rammer omtrent 5 % av befolkningen, sykdommene er et resultat av en virkning mellom flere risikofaktorer fra arv og miljø. Dette prosjektet går ut på å karakterisere genekspresjonen i tymus, og undersøke hvordan genetiske varianter som disponerer for AIS påvirker denne genekspresjonen. De autoimmune sykdommene som ble fokusert på i dette prosjektet var type 1 diabetes, reumatoid artritt, systemisk lupus erythematosus, multippel sklerose, ankyloserende spondylitt (AS), cøliaki, inflammatorisk tarmsykdom, crohns sykdom, ulcerøs kolitt og psoriasis. I studiet gjennomført i dette prosjektet ble 42 tymusprøver brukt. Alle kjente AIS risiko SNPs ble selektert (N=256) og genotypet med Immunochip, en array designet spesielt for å genotype AIS risiko genregioner. Helgenom genekspresjon ble undersøkt ved Illumina human WG-6v3. Genotypedata for AIS risikoSNPene ble korrelert mot transkripsjonsnivå av Microarray prober innenfor et område på +/- 1 Mb. 10 risiko SNPer utenfor kromosom 6 (HLA komplekset) viste signifikante assosiasjoner (p<5x10-5) til forskjell i ekspresjonsnivå mellom ulike genotyper. Alle transkriptene lå mindre enn 100 Kb unna SNPen. ERAP1/ERAP2-genregionen viste konsistente funn ved at flere SNPer i regionen var korrelert med flere prober i disse genene. For å undersøke ERAP1/ERAP2-genekspresjonen ble det utført TaqMan genekspresjonsanalyser, som videre ble korrelert mot genotypene. Korrelasjonen ble beregnet med Mann-Whitney U-test og Kruskal Wallis test. Risiko SNPene i ERAP1/ERAP2-regionen er rapport å være assosiert med AS (ERAP1 SNPene rs30187 og rs27434) og Ps (ERAP1 SNPen rs27524). Korrelasjon mellom genekspresjon og genotype viste at ERAP1 og ERAP2 genene er signifikant assosiert med risiko SNPene rs30187 (p<0,0001), rs27524 (p<0,0001), rs27434 (p=0,0010) og rs2248374 (p<0,0001). På grunn av ufullstendig koblingsulikevekt mellom ERAP1 SNPene (rs27524, rs27434) og ERAP2 SNPen (rs2248374), vil tymus-prøvene for denne proben, fordele seg ulikt i de ulike genotypegruppene avhengig av hvilken SNP man ser på. ERAP1 SNPen rs30187 gir mest signifikant ekspresjonsforskjeller, og er mest assosiert med AS. Resultatene førte til en bedre forståelse for samspillet mellom ERAP1/ERAP2 SNP polymorfismene ved avdekking av deres biologiske og patologiske virkning, og hvordan sammenhengen (LD) mellom SNPene kan regulere genekspresjonen av gener assosiert med AIS. Studien viste at AIS risikopolymorfismer ser ut til å påvirke ekspresjonsnivå av visse immunologiske gener i tymus.

Autoimmune diseases (AID) are diseases where the immune system wrongly attacks its own tissues. The immune system is ideally educated in thymus not to attack own tissues. AID affect approximately 5% of the population, and the diseases are a result of an effect of several risk factors both genetic and environmental. This project aimed to characterize gene expression in thymus, and explore how genetic variants that predispose to AID affect this gene expression. The AID that were focused on were type 1 diabetes, rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus, multiple sclerosis, ankylosing spondylitis (AS), celiac disease, inflammatory bowel disease, Crohn's disease, ulcerative colitis and psoriasis. There was 42 thymus samples used in the study conducted in this project. All known AID risk SNPs were selected (N = 256) and genotyped by Immunochip, an array designed specifically to genotype AID risk gene regions. Whole genome gene expression was assessed by Illumina Human WG-6v3. Genotype data for AID risk SNPs were correlated with the transcription level of Microarray Probes within a range of + / - 1 Mb. 10 risk SNPs outside chromosome 6 (HLA complex) showed significant associations (p <5x10-5) to differences in expression levels between different genotypes at AID loci. All transcripts were less than 100 Kb away from the SNP. SNPs in the ERAP1/ERAP2- gene region showed consistent findings as several SNPs in the region were correlated with multiple probes in these genes. Further investigation of ERAP1/ERAP2- gene expression was performed by TaqMan gene expression assays. The correlation was calculated using Mann-Whitney U test and Kruskal Wallis test. Risk SNPs in the ERAP1/ERAP2- region has been reported to be associated with AS (ERAP1 rs30187 and rs27434) and Ps (ERAP1 rs27524). In our study, ERAP1 and ERAP2 gene expression were significantly associated with risk SNPs rs30187 (p <0.0001), rs27524 (p <0.0001), rs27434 (p = 0.0010) and rs2248374 (p <0, 0001). Because of incomplete linkage disequilibrium (LD) between ERAP1 SNPs (rs27524, rs27434) and ERAP2 SNP (rs2248374), the thymus samples distribute differently for the genotypes for the various SNPs. The ERAP1 SNP, rs30187, provided the most significant expression differences, and has been reported to show the strongest association with AS. The results shed light on the biological effects of ERAP1/ERAP2 and their role in development of autoimmunity by revealing that risk SNPs were associated with regulation of gene expression. The study showed that AID risk polymorphisms appear to influence the expression levels of certain immune genes in the thymus.