Genetisk jagt på årsagerne til inflammation

Dissemineret sklerose og leddegigt invaliderer patienterne og forvolder store smerter. Sygdommene er både betinget af arv og miljø, og de genetiske årsager er ukendte. Under­søgelser på mus kan identificere de gener, som disponerer for sygdommene.

Af Therese Lindvall og Åsa Andersson
Fra Lægemiddelforskning 2006

Dissemineret sklerose og leddegigt er begge invaliderende autoimmune sygdomme, som skyldes, at immunforsvaret går til angreb på kroppens egne væv. Dissemineret sklerose skyldes en kronisk inflammation i hjernen og rammer en ud af tusind. I leddegigt opstår inflammationen i kroppens led, og 1-2 procent af befolkningen får sygdommen.
Årsagen til, at nogle mennesker rammes af autoimmune sygdomme, er ukendt, og det samme gælder de faktorer, som starter inflammationsprocessen. Men ud fra et stort antal studier må man drage den konklusion, at både arv og miljø har betydning for de autoimmune sygdomme.
Hvordan kan vi undersøge årsagerne til så komplekse syg­domme med henblik på at udvikle gode behandlingsme­toder? En mulig angrebsvinkel er “fra sygdom til gen” me­toden, hvor målet er at finde de gener, som disponerer for sygdommene og derpå identificere de proteiner og biologi­ske reaktionskaskader, som fører til den autoimmune reak­tion hos patienterne.
I vores forskning benytter vi denne strategi til at finde kan­didatgener og deres proteiner, som er mulige målmolekyler for nye lægemidler til behandling af dissemineret sklerose og leddegigt.

Mekanismerne bag autoimmune sygdomme.
Mekanismerne bag autoimmune sygdomme. I midten: Lymfocytter er hvide blodlegemer, der indgår i immunforsvaret. I autoimmune sygdomme går lymfocytter sammen med andre typer hvide blodle¬gemer til angreb på kroppen selv. Til venstre: I dissemineret sklerose angribes myelinskederne, der isolerer nervetrådene i hjernen. Til højre: I leddegigt angribes brusken i kroppens led.

Sygdomsprocessen

Når immunforsvaret går til angreb på kroppens egne mo­lekyler, kan det fremkalde kronisk inflammation, som er en slags betændelse, og inflammationen kan medføre vævs­skader og lede til udvikling af autoimmune sygdomme.
Immunforsvaret hos raske personer er udstyret med meka­nismer, som beskytter kroppen mod autoimmune angreb, men af ukendte årsager svigter disse mekanismer hos nog­le mennesker med det resultat, at de pågældende rammes af en autoimmun sygdom.
Dissemineret sklerose er karakteriseret ved, at hvide blod­legemer infiltrerer centralnervesystemet, og efter en tid opstår der inflammatoriske læsioner. Det autoimmune angreb er rettet imod de myelinskeder, der isolerer ner­vetrådene i hjernen og rygmarven. Myelinskederne sikrer optimale betingelser, når nervecellerne kommunikerer via elektriske impulser. I takt med at de ødelægges af inflam­mationen, oplever patienten neurologiske problemer som synsnervebetændelser, lammelser, føleforstyrrelser og vandladningsbesvær.
Leddegigt ødelægger brusken i kroppens led, typisk i vri­sten, håndledene og de små led i hænder og fødder, og den kroniske inflammation kan medføre deformiteter og mang­lende evne til at bevæge de ramte led. Sygdommen er 2,5 gange mere almindelig blandt kvinder end blandt mænd, og forekomsten stiger med alderen i begge køn.

Sygdommenes genetik

En række studier har vist, at de genetiske rødder til disse­mineret sklerose og leddegigt findes inden for de såkaldte major histocompability complex (MHC). Det er en gruppe af gener, der koder for de molekyler i immunsystemet, som præsenterer artsfremmede stoffer for immunforsvarets celler, så de kan genkende dem og gå til angreb på dem. Artsfremmede stoffer, som udløser et im­munrespons, kaldes for antigener. Generne inden for MHC er yderst variable fra person til person, og forskelle i de forskellige MHC-molekylers evne til at præsentere antigener kan rumme en del af forklaringen på, hvor­for nogle mennesker er særligt disponerede for at blive ramt af autoimmune sygdomme.
Bestemte humane MHC-gener er blevet kæ­det sammen med dissemineret sklerose, mens andre menes at være involveret i leddegigt. Men sammenhængen er ikke klokkeklar. Nogle mennesker med disse specifikke MHC-gener rammes ikke af sygdom­mene, og nogle patienter med dissemineret sklerose eller leddegigt udtrykker ikke de pågældende gener. Det tyder på, at gener uden for MHC-komplekset også har indflydelse på udviklingen af autoimmune sygdomme.

Dyremodeller

Der er stor genetisk variation i befolkningen, og vi lever i vidt forskellige miljøer, og derfor har man brug for prøver fra meget store familier gennem flere generationer for at identificere de gener, som disponerer for autoimmune sygdomme. Det er vanskeligt at skaffe i praksis, og derfor benyttes dyremodeller i stedet. I indavlede musestammer kan man tilmed drage fordel af, at den genetiske variation er minimal – fem hundrede mus kan være som brødre og søstre! – og man kan skabe et ensartet miljø. Når kandidat-gener identificeres i dyreforsøgene, kan man efterfølgende undersøge, om de tilsvarende humane gener er involveret i sygdomsprocessen hos patienter med autoimmune sygdomme.
Der findes musemodeller for både dissemineret sklerose og leddegigt. I sklerosemusene fremkaldes sygdommen ved hjælp af små stumper af myelinproteiner, og i musene med leddegigt udløses sygdommen ved hjælp af det dominerende protein i brusk.

Jagt efter kandidatgener

Metoden til at søge efter kandidatgener kaldes for genetisk koblingsanalyse. Første trin er at krydse en stamme af modelmusene med en stamme af normale mus. I den første generation er alle musene heterozygoter, hvilket vil sige, at de alle har en variant af hvert gen fra moderen og et fra faderen. Når disse mus yngler videre, vil alle musene i næste generation være genetisk forskellige.
Derpå udsættes musene for de stoffer, som fremkalder autoimmune sygdomme i disponerede individer, og hver mus tildeles en score, der afhænger af graden af sygdom. For at koble fænotypen til musenes gener er det nødvendigt at have et genkort, hvor genetiske markører er placeret på kromosomerne med jævne mellemrum. Og for at kunne skelne mellem gener, der er nedarves fra henholdsvis den oprindelige sygdomsdisponerede musestamme og den oprindelige raske stamme, må markørerne i de to stammer være forskellige. Så kan man etablere en kobling mellem specifikke genotyper og sygdommenes udvikling og sværhedsgrad.
Når et område på kromosomerne på den måde kobles sammen med sygdommen, indeholder fragmentet typisk 100-300 gener. Næste trin er avl af en indavlet musestamme, hvor alle musene har det pågældende genfragment. Ved hjælp af en sådan musestamme er det muligt at undersøge, hvilken indflydelse de forskellige gener i fragmentet har på sygdommens udvikling, og på den måde indsnævre antallet af kandidatgener til nogle ganske få gener eller blot et enkelt gen.
Det sidste trin i analysen er nu at studere den individuelle variation i kandidatgenet, og påvise, hvordan variationerne påvirker funktionen af det protein, som genet koder for, samt betydningen for hele organismen. Dette kan fx gøres ved fremstilling af transgene mus med forskellige varianter af genet. Når sådanne studier bekræfter, at variationer i det pågældende gen spiller en rolle for udviklingen af den autoimmune sygdom hos musene, er det tid til at undersøge, om de identificerede genvariationer har en tilsvarende betydning i mennesker.

Genetiske markører

De mest anvendte markører i genetiske koblingsanalyser er:
Mikrosatellit markører: Gentagne, ikke-kodende DNA-sekvenser, som varierer i længde fra individ til individ.
Single nukleotid polymorfismer (snp): Individuelle variationer af enkelte baser i genomet.

Fremskridt i forskningen

Vi har fundet områder på musens kromosomer 5,15 og 16, som har indflydelse på musemodellen af dissemineret sklerose, samt på kromosomerne 5 og 15 i musemodellen for leddegigt. Analyserne viser, at det muligvis er nogle af de samme gener, som fremkalder inflammation i begge sygdomme, selv om det er forskellige væv i kroppen, der rammes. Vi har også indledt arbejdet med at identificere og undersøge potentielle kandidatgener.

alvsteknik
Indavlede mus med sygdomme, der minder om dissemineret sklerose og leddegigt, bruges til at finde de gener, som har betydning for sygdommene. Raske mus (hvid) pares med syge mus (sort). Den første generation, F1, arver alle en variant af hvert gen fra moderen og en fra faderen. Disse mus bruges nu til at avle en ny generation, F2, som alle er genetisk forskellige. Via en genetisk koblingsanalyse finder man områder på kromosomerne, som har betydning for, om musene er syge eller raske. Herved identificeres typisk et fragment med 100-300 gener, som indeholder det eller de gener, der disponerer for sygdommen. Nu indavles en musestamme, som alle har dette fragment. Videre analyser pejler sig ind på potentielle kandidatgener. Til sidst sekventeres kandidatgenerne plus de samme gener hos raske mus, hvorved forskelle i rækkefølgen af nukleotider påvises. Derpå kan man undersøge, om de samme genvarianter er med til at disponere for den autoimmune sygdom hos mennesker.
Det Farmaceutiske Fakultet
Topgrafik
Denne side vedligeholdes af:
Henrik Korzen
Seneste opdatering: 12.10.2009

Københavns Universitet
School of Pharmaceutical Sciences
Universitetsparken 2
2100 København Ø
CVR: 29 97 98 12

Tlf. +45 35 33 60 00
Fax 35 33 60 01
Mail pharmaschool@sund.ku.dk
Web pharmaschool.ku.dk