Związek polimorfizmu -1055 C/T IL
Transkrypt
Związek polimorfizmu -1055 C/T IL
Narbutt J i wsp. Związek polimorfizmu -1055 C/T IL-13 z atopowym zapaleniem... 259 Związek polimorfizmu -1055 C/T IL-13 z atopowym zapaleniem skóry The association between -1055 C/T IL-13 gene polymorphism and atopic dermatitis JOANNA NARBUTT,1 KAROLINA PRZYBYŁOWSKA,2 MARCIN ZAKRZEWSKI3, IWONA STELMACH4, PIOTR KUNA,5 ANNA SYSA-JEDRZEJOWSKA,1 ALEKSANDRA LESIAK1 Katedra i Klinika Dermatologii i Wenerologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi Zakład Chronofarmakologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi 3 Oddział Skórno-Wenerologiczny Szpitala Miejskiego w Sosnowcu 4 Oddział Kliniczny Interny Dziecięcej i Alergologii III Katedry Pediatrii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi 5 Klinika Chorób Wewnętrznych, Astmy i Alergii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi 1 2 Praca finansowana z funduszy prac statutowych UM w Łodzi nr 503-11-52-1 i z grantu MNiSW nr NN402434933 Streszczenie Summary Wprowadzenie. Atopowe zapalenie skóry (AZS) jest przewlekłą, zapalną dermatozą, często współistniejącą z innymi chorobami atopowymi, takimi jak: astma, alergiczny nieżyt nosa bądź zapalenie spojówek. Wśród wielu czynników etiopatogenetycznych podłoże genetyczne, obejmujące polimorfizmy i mutacje w genach kodujących białka zaangażowane w prawidłową budowę bariery naskórkowej oraz w odpowiedź immunologiczną, jest przedmiotem wielu prac badawczych. W patogenezie AZS szczególną rolę przypisuje się cytokinom Th2-zależnym, w tym IL-13. Introduction: Atopic dermatitis (AD) is a chronic, inflammatory skin disease, often co-existing with other atopic diseases such as asthma, allergic rhinitis or conjunctivitis. Among multiple etiopathogenic factors, genetic background including polymorphisms or mutations in genes encoding proteins involved in a proper epidermal function and immune response, are widely examined. Th-2 derived cytokines including IL-13 are believed to play a key role in AD pathogenesis. Cel pracy. Celem pracy była ocena polimorfizmu -1055 C/T regionu promotorowego genu IL-13 u pacjentów z AZS, zamieszkujących teren województwa łódzkiego. Material and methods: The analysis covered 166 AD patients and 205 healthy controls, living in Central Poland. AD diagnosis was based on Hanifin and Rajka criteria. The intensity of AD was on average level (16-39 SCORAD). Polymorphisms in IL-13 promoter region were assessed by the RFLP-PCR method. Materiał i metody. Badaniom poddano 166 chorych na AZS oraz 205 osób z grupy kontrolnej, u których rozpoznanie choroby ustalono na podstawie kryteriów Hanifina i Rajki. Nasilenie procesu chorobowego u wszystkich dzieci zostało ocenione jako średnie (16-39) (SCORAD). Analizę wariantów polimorficznych w regionie promotorowym genu IL-13 przeprowadzono metodą RFLP-PCR. Wyniki. Analiza uzyskanych wyników wykazała znacząco zmniejszone ryzyko występowania AZS dla osobników o genotypie C/C oraz nosicieli allela C, natomiast wskazała związek genotypu C/T oraz nosicielstwa allela T z ryzykiem zachorowalności na AZS. Wnioski. Wyniki własne oraz dane piśmiennictwa sugerują związek wariantów polimorficznych genu dla IL-13 z ryzykiem wystąpienia chorób atopowych i AZS w populacjach europejskich, w tym u mieszkańców województwa łódzkiego. Aim of the study: The aim of the study was to assess the -1055 C/T polymorphism in promoter region of IL-13. Results: The results analysis revealed a decreased risk for AD development in the patients who have C/C genotype and carry C allele. However, genotype C/T and being a carrier of T allele correlated with the increased risk for the disease occurrence. Conclusion: Our results as well as literature data suggest a link between polymorphisms in IL-13 and the risk for AD development in European populations including people living in Central Poland. Key words: atopic dermatitis, -1055 C/T IL-13 gene polymorphism, pathogenesis Słowa kluczowe: atopowe zapalenie skóry, polimorfizm -1055 C/T genu IL13, patogeneza © Alergia Astma Immunologia 2009, 14 (4): 259-262 www.alergia-astma-immunologia.eu Nadesłano: 19.06.2009 Adres do korespondencji / Address for correspondence Joanna Narbutt Klinika Dermatologii i Wenerologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi 94-017 Łódź, ul. Krzemieniecka 5 tel.: (42) 868 79 81, faks: (42) 688 45 65 e-mail: [email protected] 260 Atopowe zapalenie skóry (AZS) jest przewlekłą, zapalną dermatozą, często współistniejącą z innymi chorobami atopowymi, takimi jak: astma, alergiczny nieżyt nosa bądź zapalenie spojówek. W większości przypadków choroba rozpoczyna się we wczesnym dzieciństwie, przed 3. rokiem życia, jednakże w części przypadków może przetrwać do okresu dojrzałości. Według danych piśmiennictwa AZS dotyczy około 10-20% populacji, szczególnie krajów wysoko uprzemysłowionych [1]. W patogenezie AZS bierze się pod uwagę liczne interakcje pomiędzy czynnikami środowiskowymi, immunologicznymi oraz zaburzeniem bariery naskórkowej [2]. Rodzinne występowanie AZS, a także częste występowanie choroby u bliźniąt jedno- (72-86%) i dwuzygotycznych (21-23%) jest silnym dowodem na jej podłoże genetyczne [3,4]. Uważa się obecnie, że podłoże genetyczne AZS jest złożone i obejmuje wiele genów, jednak udział tych genów jest różny w zależności od postaci choroby oraz jest odmienny w poszczególnych populacjach [5]. Wyniki szeregu badań pozwoliły na określenie grupy genów, których mutacje lub polimorfizmy predysponują do zachorowania na AZS. Wymienia się wśród nich geny kodujące IL-4, IL4R, IL-13, RANTES (CCL5), TGFB1, GMCSF (CSF2), CARD15, FCER1B (MS4A2), SPINK5 i IL12B [6-8]. Wykazano również silny związek pomiędzy mutacjami w obrębie genu kodującego filagrynę a rozwojem AZS, szczególnie postaci zewnątrzpochodnej, mającej tendencję do przechodzenia w postać dorosłą [9]. Rozważając podłoże immunologiczne AZS, szczególną rolę przypisuje się cytokinom Th-2 zależnym, takim jak: IL-4, IL-10 i IL-13, które wpływają na nasiloną syntezę całkowitych IgE. Immunoglobuliny klasy E indukują degranulację komórek tucznych i bazofilów, stymulują wydzielanie cytokin przez limfocyty Th2, a ich nadmierna ekspresja zawiązana jest z patogenezą zapalenia alergicznego. W biopsjach pobranych ze zmian chorobowych od pacjentów z AZS, w zmianach przewlekłych, obserwuje się nasiloną ekspresję IL-5 i IL-10, natomiast w zmianach ostrozapalnych dominują nacieki złożone z limfocytów Th2 ze zwiększoną ekspresją IL-4 i IL-13 [10]. Ponadto wykazano, że w skórze pacjentów z AZS występuje bardzo niska ekspresja naturalnych peptydów przeciwbakteryjnych, m.in. LL-37, co spowodowane jest zdolnością IL-4 i IL-13 do hamowania ich ekspresji poprzez wpływ na TNF-α i IFN-γ [11-13]. W piśmiennictwie opisywano związek pomiędzy polimorfizmami genu kodującego IL-13 a rozwojem chorób atopowych. Gen dla IL-13 zlokalizowany jest na chromosomie 5q31-33 w bliskim sąsiedztwie genów kodujących inne cytokiny Th2-zależne. W jego obrębie opisywanych jest kilka polimorfizmów, m.in. jeden w pozycji -1055C/T w regionie promotorowym (opisywany również w innych publikacjach jako polimorfizm: -1112 C/T, -1111C/T, -1024C/T), drugi w pozycji +2044 G/A w regionie kodującym oraz trzeci w pozycji +2525G/A [14]. Ze względu na istotny udział interleukiny 13 w rozwoju AZS i innych chorób alergicznych uzasadnione wydaje się poszukiwanie związku pomiędzy polimorfizmem genu kodującego to białko a rozwojem AZS. W przypadku polimorfizmu -1055 C/T wykazano zależność między allelem T i nasiloną ekspresją IL-13 oraz wysokim stężeniami całkowitych IgE i stężeniem IgE w krwi pępowinowej. Ponadto stwierdzono związek między allelem T i występowaniem astmy, atopii oraz wyprysku. Niemniej wyniki uzyskiwane w przeprowadzonych Alergia Astma Immunologia 2009, 14 (4): 259-262 badaniach nie są jednoznaczne, stąd celem pracy była ocena polimorfizmu -1055 C/T regionu promotorowego genu IL13 u pacjentów z AZS zamieszkujących teren województwa łódzkiego [15-17]. MATERIAŁ I METODY Pacjenci Do badania zakwalifikowano 166 chorych na AZS w wieku pomiędzy 2.-37. rokiem życia (100 kobiet i 66 mężczyzn) oraz 205 osób z grupy kontrolnej, dobranej odpowiednio pod względem płci i wieku, u których wywiad w kierunku chorób alergicznych był ujemny. Pacjenci i osoby z grupy kontrolnej mieszkali na tym samym terenie (województwo łódzkie). Rozpoznanie AZS ustalono na podstawie obrazu klinicznego, zgodnie z kryteriami zaproponowanymi przez Hanifina i Rajkę [18]. Nasilenie procesu chorobowego, oceniane na podstawie indeksu SCORAD, u wszystkich dzieci zostało ocenione jako średnie [16-39] (SCORAD) [19]. U 124 pacjentów rozpoznano zewnątrzpochodną postać ASZ, podczas gdy postać wewnątrzpochodna występowała u 42 chorych. Postać zewnątrzpochodną rozpoznawano u pacjentów, u których były wysokie stężenia całkowitych IgE (powyżej normy odpowiedniej dla wieku) oraz dodatnie testy punktowe. U 40,5% chorych badanych współistniała astma, u 48,5% – alergiczny nieżyt nosa, a u 16,9% – alergiczne zapalenie spojówek. Przed rozpoczęciem eksperymentu każdy badany (w przypadku dzieci – rodzic lub opiekun prawny) wyraził pisemną zgodę na udział w badaniu, na które uzyskano zgodę Komisji Bioetyki UM w Łodzi. Ocena genotypu polimorfizmu -1055 C/T genu IL-13 DNA z krwi otrzymywano przy użyciu zestawów do izolowania Genomic Mini AX Blood (DNA-Gdańsk II S.C.) zgodnie z zaleceniami producenta. Analizę wariantów polimorficznych w regionie promotorowym genu IL-13 przeprowadzono metodą RFLP-PCR. W reakcji PCR zastosowano parę starterów ograniczającą miejsce polimorficzne -1055C/T, o następującej sekwencji: 5’-ACT TCT GGG AGT CAG AGC CA -3’, 5’-TAC AGC CAT GTC GCC TTT TCC TGC TCT TCC GTC-3’ (Eurogentec, Seraing, Belgium), warunkujących amplifikację fragmenty o długości 377 pz (20). Amplifikację przeprowadzono w 25 µl mieszaniny reakcyjnej o następującym składzie: 40 ng genomowego DNA, 10 pmol każdego z oligonukleotydów, po 200 µmoli z dATP, dCTP, dGTP, dTTP, 20 mM Tris-HCl (pH 8,4), 50 mM KCl, 2 mM MgCl2, 1 U polimerazy Taq (QIAGEN GmbH, Hilden, Niemcy). W reakcji PCR zastosowano następujące warunki termiczne: 2 min 95°C, a następnie 35 cykli: 30 s 94°C, 45 s 55°C , 40 s 72°C, następnie 4 min 72°C. Reakcję PCR przeprowadzono w termocyklerze MultiGene TC9600, (Labnet International Inc). Produkty amplifikacji (20 µl mieszaniny reakcyjnej PCR) poddawano trawieniu enzymem restrykcyjnym Hpy99 I. Po trawieniu produktów 10 µl mieszaniny reakcyjnej mieszano z 2 µl buforu obciążającego i rozdzielano w 8% żelu poliakrylamidowym i wizualizowano przy użyciu bromku etydyny w świetle ultrafioletowym. Enzym Hpy99 I rozpoznaje wariant C polimorfizmu -1055 IL-1 Narbutt J i wsp. 261 Związek polimorfizmu -1055 C/T IL-13 z atopowym zapaleniem... i w wyniku trawienia powstają fragmenty restrykcyjne o długości 340 pz i 37 pz. Typowanie polimorfizmu genu zostało przeprowadzone przez Zakład Chronofarmakologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. ANALIZA STATYSTYCZNA Istotność różnic pomiędzy rozkładami genotypów w badanych grupach i rozkładem według prawa HardyWeinberga oceniano testem χ2.Ocenę ryzyka współwystępowania poszczególnych genotypów z chorobą przeprowadzono z zastosowaniem ilorazu szans (OR). W analizie stsystycznej wykorzystano program SigmaStat wersja 3.5. WYNIKI Rozkłady genotypów w obu analizowanych grupach były zgodne z rozkładem Hardy-Weinberga. Genotyp CC stwierdzono u 97 (58%) pacjentów oraz 144 (70%) osób z grupy kontrolnej (p<0,05). Określając iloraz szans OR z 95% przedziałem ufności stwierdzono, że obecność genotypu CC koreluje ze zmniejszonym ryzykiem występowania AZS: OR=0,59 (0,39; 0,92). Podobną tendencję obserwowano dla allelu C, który występował z częstością 0,78 u osób chorych oraz z częstością 0,84 u osób z grupy kontrolnej (p<0,05). Obecność allelu C korelowała również z obniżonym ryzykiem rozwoju AZS, OR wynosił 0,64 (PU95% 0,44; 0,93), podczas gdy genotyp C/T występował u 39% (n=64) chory oraz u 28% (n=58) zdrowych wolontariuszy. Analiza polimorfizmu -1055 C/T regionu promotorowego genu IL-13 wykazała związek genotypu C/T z ryzykiem zachorowalności na AZS (1,59 (1,03; 2,46)). Podobną tendencję wykazano dla obecności allelu T, który występował z częstością 0,22 u chorych i 0,16 u osób z grupy kontrolnej (p<0,05). Oceniony dla niego OR wynosił 1,55 (1,07; 2,25). Wyniki uzyskane w badaniu są przedstawione w tabeli I. DYSKUSJA Badania genetyczne prowadzone u chorych na atopowe zapalenie skóry ukierunkowane są na poszukiwanie czynników predysponujących do rozwoju tej choroby. Do genetycznych czynników zwiększających ryzyko zachorowania zalicza się m.in. zmiany w sekwencji genów kodujących białka, których funkcja biologiczna wiąże się z rozwojem chorób atopowych. Cytokiny wydzielane przez limfocyty Th2, do których należą m.in. IL-4, IL-5 i IL-13, są zaangażowane w patogenezę AZS. IL- 13 uczestniczy w zjawisku przełączania klas produkowanych immunoglobulin przez limfocyty B, nasilając syntezę IgG i IgE. Działanie tego białka jest podobne do IL-4, wywołując efekt aktywacji czynnika transkrypcyjnego STAT6, w wyniku czego dochodzi do nasilenia ich ekspresji na drodze autokrynnej [21]. Przeprowadzone badania wykazały, że występowanie wariantów polimorficznych w regionie promotorowym genu IL-13 wiąże się ze zwiększoną aktywnością transkrypcyjną tego genu, a w konsekwencji nasileniem syntezy IL-13 oraz rozwojem chorób zapalnych i alergicznych [22]. Uzyskane wyniki własne dotyczące rozkładu polimorfizmu -1055 C/T w regionie promotorowym genu IL-13 wskazują na jego związek z rozwojem atopowego zapalenia skóry u osób zamieszkujących region województwa łódzkiego. Genotypem predysponującym do zwiększonego występowania AZS jest C/T oraz nosicielstwo allelu T. Ciekawe obserwacje dotyczą nosicieli allelu C oraz osób posiadających genotyp C/C, u których stwierdzono istotnie mniejsze ryzyko rozwoju tej choroby. Podobne obserwacje uzyskali Gleń i wsp. [23], przeprowadzając badania u 111 chorych na AZS leczonych w Klinice Dermatologii, Wenerologii i Alergologii AMG, co jest pośrednim dowodem na udział tego polimorfizmu w rozwoju AZS w populacji polskiej. Również w innych populacjach europejskich wykazano związek tego polimorfizmu z chorobami atopowymi (AZS i astma atopowa), o czym świadczą wyniki badań, które opublikowali Hummelshoj i wsp. [24], Hoffjan i wsp. [25] oraz van der Pouw Kraan i wsp. [16]. Podobne wyniki uzyskano dla populacji holenderskiej, w której wykazano związek allelu T polimorfizmu 1055C/T z podwyższonym poziomem całkowitego IgE oraz zwiększonym ryzykiem wystąpienia astmy oskrzelowej i atopią [15,26]. Badania nad udziałem polimorfizmów genu dla IL-13 nie są jednoznaczne dla wszystkich badanych populacji. Chang i wsp., przeprowadzając badania w populacji chińskiej, (n=94) nie wykazali związku pomiędzy polimorfizmu genu dla IL-13 a zwiększonym ryzykiem rozwoju atopowego zaplenia skóry [27]. Wyniki własne oraz wyniki uzyskane w badaniach innych autorów sugerują związek wariantów polimorficznych genu dla IL-13 z ryzykiem wystąpienia chorób atopowych i AZS w populacjach europejskich. Efektem występowania różnic genetycznych pomiędzy osobami chorymi oraz osobami zdrowymi jest podwyższony poziom IL-13 w surowicy pacjentów z AZS i następowe nasilenie odpowiedzi immunologicznej Th-2-zależnej, z czym najprawdopodobniej wiąże się nasilenie klinicznych objawów choroby. Tabela I. Rozkład genotypów oraz częstość alleli polimorfizmu -1055 C/T regionu promotorowego genu IL-13 wśród pacjentów z AZS oraz grupie kontrolnej. Analiza OR Genotyp Alell C/C C/T T/T C T Pacjenci z AZS (n=166)a Ilość (Częstość) 97 (0,58) 64 (0,39) 5 (0,03) Kontrola (n=205)b Ilość (Częstość) 144 (0,70) 58 (0,28) 3 (0,01) 0,59 (0,39; 0,92)* 1,59 (1,03; 2,46)* 2,09 (0,49; 8,88) 258 (0,78) 74 (0,22) 346 (0,84) 64 (0,16) 0,64 (0,44; 0,93)* 1,55 (1,07; 2,25)* p>0,05 rozkład zgodny z rozkładem Hardy-Weinberga *p<0,05 rozkład w grupie badanej niezgodny z rozkładem w grupie kontrolnej (χ2=5,927) a,b OR (95% PU) 262 Alergia Astma Immunologia 2009, 14 (4): 259-262 Piśmiennictwo 1. Narbutt J, Hawro T, Sysa-Jedrzejowska A. Rola bariery naskórkowej w patogenezie atopowego zapalenia skóry. Przegl Dermatol 2007; 94: 665-674. 16. van der Pouw Kaaran TC, van Veen A, Boeije LC i wsp. An Il-13 promoter polymorphism associated with increased risk of allergic asthma. Gens Immun 1999; 1: 61-65. 2. Hershey GKK, Friedrich MF, Esswein LA i wsp. The association of atopy with a gain-of-function mutation in the a subunit of the interleukin-4 receptor. N Engl J Med 1997; 337: 1720-1725. 17. 3. Larsen FS, Holm NV, Henningsen K. Atopic dermatitis. A geneticepidemiologic study in a population-based twin sample. J Am Acad Dermatol 1986; 15: 487-494. Arshad SH, Karamus W, Kurukulaaratchy R i wsp. Polymorphisms in the interleukin 13 and GATA binding protein 3 genes and the development of eczema during childhood. Br J Dermatol 2008; 158: 1315-1322. 18. Hanifin JM, Rajka G. Diagnostic features of atopic dermatitis. Acta Dermatol Venerol (Stock)1980; 92: 44. 19. Oranje AP, Glazenburg EJ, Wolkerstorfer A i wsp. Practical issues on interpretation of scoring atopic dermatitis: the SCORAD index, objective SCORAD and the three-item severity score. Br J Dermatol 2007; 157: 645. 20. van der Pouw Kraan TC, Küçükaycan M, Bakker AM i wsp. Chronic obstructive pulmonary disease is associated with the -1055 IL-13 promoter polymorphism. Genes Immun 2002; 3: 436-439. 21. Kabesch M, Schedel M, Carr D i wsp. IL-4/IL-13 pathway genetics strongly influences serum IgE levels and childhood astma. J Allergy Clin Immunol 2006; 117: 269-274. 22. Humbert N, Durham SR, Kmitt P i wsp. Elevated expression of messanger ribonucleic acid encoding IL-13 in the bronchial muc osa of atopic and nonatopic subjects with astma. J Allergy Clin Immunol 1997; 99: 657-665. 23. Gleń J, Nedoszytko B, Jasil-Walikowska E i wsp. Związek polimorfizmu promotora genu interleukiny 13 z atopowym zapaleniem skóry. Post Dermatol Alergol 2007; XXIV: 65-68. 4. Schultz Larsen F. Atopic dermatitis: a genetic-epidemiologic study in a population-based twin sample. J Am Acad Dermatol 1993; 28: 719–723. 5. Nikel RG, Casolaro V, Wahn U i wsp. Atopic Dermatitis is Associated with a Functional Mutation in the Promoter of the C-C Chemokine RANTES. J Immunol 2000; 164: 1612-1616. 6. Leung, DY, Bieber, T. Atopic dermatitis. Lancet 2003; 361: 151160. 7. Tsunami Y, Saeki H, Nakamura K i wsp. Interleukin-12 p40 gene (IL12B) 30-untranslated region polymorphism is associated with susceptibility to atopic dermatitis and psoriasis vulgaris. J Dermatol Sci 2002; 30: 161-166. 8. Leung DY, Boguniewicz M, Howell MD i wsp. New insights into atopic dermatitis. J Clin Invest 2004; 113: 651-657. 9. Brown SJ, Sandilands A, Zhao Y i wsp. Prevalent and low-frequency null mutations in the filaggrin gene are associated with early-onset and persistent atopic eczema. J Invest Dermatol 2008; 128: 1591-1594. 10. Leung DY. Atopic dermatitis: the skin as a window into the pathogenesis of chronic allergic diseases. J Allergy Clin Immunol 1995; 96: 302-318. 24. Hummelshoj T, Bodtger U, Datta P i wsp. Association between an interleukin-13 promotor polymorphism and atopy. Eur J Immunogenet 2003; 30: 355-359. 11. Ong PY, Ohtake T, Brandt C i wsp.Endogenous antimicrobial peptides and skin infections in atopic dermatitis. N Engl J Med 2002; 347: 1151-1160. 25. Hoffjan S, Epplen JT. The genetics of atopic dermatitis: recent findings and future options. J Mol Med 2005; 83: 682-692. 26. 12. Harder J, Bartels J, Christophers E i wsp. A peptide antibiotic from human skin. Nature 1997; 387: 861. 13. Rieg S, Steffen H. Sreber S i wsp. Deficiency of dermcidin-derived antimicrobial peptides in sweat of patients with atopic dermatitis correlates with an impaired innate defense of humans in vivo. J Immunol 2005; 174: 8003-8010. Howard TD, Whittaker PA, Zaiman AL. Identification and association of polymorphisms in Il-13 gene with asthma and atopy in a Dutch population. Am J Respir Cell Mol Biol 2001; 25: 377384. 27. Chang YT, Lee WR, Yu CW i wsp. No association of cytokine gene polymorphisms in Chinese patients with atopic dermatitis. Clin Exp Dermatol 2006; 31: 419-423. 14. He JQ, Chann-Yeung M, Becker AB i wsp. Genetic variants of IL13 and IL-4 genes and atopic diseases in at-risk children Genes and Immunity 4. 2003: 358-389. 15. Graves PE, Kabesch M, Halonen M i wsp. A cluster of seven tightly linked polymorphisms in IL-13 gene is associated with total serum IgE levels in three populations of white children. J Allergy Clin Immunology 2000; 105: 506-513.