Role of Inflammatory Mediators and their Genetics in Epstein-Barr Virus Infection, Febrile Seizures and Atopy

Abstract

Tulehdusreaktion tarkoituksena on vieraiden tai omien haitalliseksi käyneiden rakenteiden eliminoiminen, uhasta ja käynnistyneistä reaktioista tiedottaminen muille kehon osille sekä paranemisen käynnistäminen. Tulehdusreaktioita välittävät monenlaiset molekyylit, kuten sytokiinit ja synnynnäiseen immuniteettiin kuuluvat hahmoreseptorit. Tulehdusvälittäjäaineet ovat välttämättömiä puolustusjärjestelmän normaalille toiminnalle ja yksilön suojaamiselle mikrobeja vastaan, mutta ne vaikuttavat myös monien sairauksien kehittymiseen. Tulehdusvälittäjäaineiden geeneissä on runsaasti variaatiokohtia, jotka saattavat muuttaa geenien toimintaa, minkä vuoksi geneettiset variaatiot voivat vaikuttaa sairastumisriskiin tai sairauden vaikeusasteeseen. Tässä väitöskirjassa tutkittiin tulehdusvälittäjäaineiden ja niiden perinnöllisen vaihtelun yhteyttä Epstein-Barr virus (EBV) -infektioon, kuumekouristuksiin ja atopiaan, joiden patogeneesissä tulehdusreaktioilla on merkittävä rooli.

Sytokiineihin kuuluva interleukiini (IL)-1 osallistuu mm. kuumeen indusointiin ja voi tätä kautta vaikuttaa kuumekouristusten riskiin. Väitöskirjan ensimmäisessä osatyössä tutkittiin ehdokasgeenitutkimuksen keinoin IL1B geenin perinnöllisen vaihtelun yhteyttä kuumekouristuksiin suomalaisilla lapsilla. Tulosten perusteella IL1B geenin variaatio saattaa liittyä kuumekouristuksiin, mutta aineiston pienuuden vuoksi tulos tulisi varmentaa suuremmissa aineistoissa. Toisessa osatyössä havaittiin, että plasman IL-1Ra ja IL-6 tasot sekä IL-1Ra/IL-1? -suhde olivat kohonneet kuumekouristajilla verrattuna lapsiin, joilla oli kuumesairaus ilman kouristuksia. Tutkimuksen perusteella ei kuitenkaan ole mahdollista arvioida, ovatko erot plasman sytokiinitasoissa kuumekouristukselle altistavia vai kouristuksen seurausta.

EBV -infektion aikana on havaittu kohonneita plasman IL-10 tasoja ja IL10 geenin perinnöllinen vaihtelu on yhdistetty EBV -infektion vaikeusasteeseen. Väitöskirjan kolmannessa osatyössä tutkittiin IL10 geenin perinnöllisen vaihtelun yhteyttä EBV -infektioon suomalaisilla lapsilla ja aikuisilla. Tutkimustulokset vahvistivat käsitystä siitä, että IL10 geenin variaatioilla saattaa olla yhteyttä EBV -infektioon, mutta näyttää siltä, että lapsuudessa EBV -infektion riskiä pienentävä haplotyyppi ei kuitenkaan liity aikuisiän seronegatiivisuuteen.

Väitöskirjatyön kahdessa viimeisessä osatyössä ehdokasgeenitutkimusta laajennettiin geenien ja ympäristön vuorovaikutuksen tutkimiseen, koska monitekijäisissä sairauksissa ympäristötekijöillä on merkittävä osuus sairauksien puhkeamisessa. Neljännessä osatyössä havaittiin, että suomalaisilla astmaa sairastavilla ja astmaa sairastamattomilla aikuisilla Helicobacter pylori vähensi allergeeneille herkistymisen riskiä, mutta IL4 geenin perinnöllisellä variaatiolla ei ollut yhteyttä herkistymiseen. Tutkimuksessa ei myöskään löytynyt allergeeneille herkistymiseen vaikuttavaa vuorovaikutusta IL4 geenin variaation ja H.pylorin välillä.

Viidennessä osatyössä havaittiin, että venäjänkarjalaisilla lapsilla plasman kokonais-IgE oli korkeampi Toxoplasma gondii seropositiivisilla lapsilla verrattuna T. gondii seronegatiivisiin, mutta H. pylori seropositiivisuudella sekä CD14 ja TLR4 geenien variaatioilla ei ollut vaikutusta seerumin kokonais-IgE:hen. Sen sijaan H. pylori seropositiivisuuden ja CD14 geenin variaatiokohdan välillä löytyi vuorovaikutus, joka vaikutti seerumin kokonais-IgE tasoihin.

Ehdokasgeenitutkimuksen laajentaminen yksittäisestä variaatiokohdasta geenien ja ympäristön välisen vuorovaikutuksen tutkimiseen monitekijäisten sairauksien kohdalla on nykytietämyksen mukaan perusteltua, mutta vuorovaikutustutkimuksia tarkastellessa tulee ottaa huomioon, että näiden tulosten tulkinta on erittäin vaikeaa vuorovaikutusten monimutkaisuuden ja tarkkojen mekanismien puutteellisen tuntemuksen vuoksi.

Inflammatory reactions are mediated by several molecules including cytokines, which can be divided into pro-inflammatory and anti-inflammatory depending on their main inflammatory functions. Cytokines interact with many other immunomodulators like innate immunity receptors, including CD14, in a very complex network. These inflammatory mediators are essential for normal host defense against pathogens, but they also participate in the pathogenesis of diseases. Genetic variations in inflammatory mediator genes can alter the function of the gene thereby possibly affecting susceptibility to or severity of several diseases. This study was undertaken in order to investigate the role of Interleukin (IL)1B, IL4, IL10 and CD14 gene polymorphisms in three clinical conditions in which inflammatory mediators have an important role: Epstein-Barr virus (EBV) infection, febrile seizures (FSs) and atopy.

Associations between IL1B-511C>T polymorphism and FSs were studied among Finnish FS patients. The IL1B-511C>T allele T carriage was significantly increased in 35 FS patients compared to 400 adult blood donors (P=0.03). Relationships between plasma cytokines and FSs were also analyzed in Finnish children. Increased plasma IL-1Ra levels (P=0.0005), IL-6 levels (P=0.005) and IL-1Ra/IL-1β ratio (PT polymorphism and plasma cytokine levels in FS patients (n=35).

The relationship between IL10 promoter -1082A>G/-819C>T/-592A>C haplotype and early EBV infection was investigated in 1-15 year-old Finnish children (n=116) and in adult blood donors (n=400). In children IL10 promoter haplotype ATA was associated with EBV seronegativity (P=0.035). However, in adult blood donors this haplotype was not associated with EBV seronegativity (P=0.98). Associations between Helicobacter pylori seropositivity, IL4-590C>T polymorphism and sensitization measured by skin prick test (SPT) were studied in Finnish asthmatic (n=245) and non-asthmatic (n=405) adults. H.pylori seronegativity was associated with increased risk of SPT positivity in both asthmatic and non-asthmatic groups (OR 2.28 95%CI 1.35-3.85 and OR 1.59 95%CI 1.06-2.39 respectively). When subjects were further divided into subgroups according to the number of positive SPT results, the number of subjects with more than one postitive SPT reaction was lower in H.pylori seropositive group compared to seronegative in both asthmatics and controls (P=0.0005 and P=0.004). This association between H.pylori and sensitization was not seen among subjects with only one postitive reaction in SPT. There was no association between IL4-590C>T polymorphism and sensitization in these populations. The IL4-590 allele T was related to dimished risk of H.pylori seropositivity, but only in asthmatics (OR 0.485 95%CI 0.287-0.819). Gene-environment interactions between IL4-590 polymorphism and H.pylori infection having effect on sensitization or serum total IgE were also analyzed in both asthmatics and non-asthmatics, but no interactions were found.

In Russian Karelian schoolchildren (n=264) associations between H.pylori seropositivity, Toxoplasma gondii seropositivity, CD14-159C>T polymorphism, TLR4+896A>G polymorphism and serum total IgE were investigated. In this population serum total IgE median was 76.1 IU/L (interquartile range 30.9-236.0). Serum total IgE levels were increased in T.gondii seropositive children compared to seronegative (P=0.036). H.pylori seropositivity was not associated with serum total IgE. CD14-159 and TLR4+896 polymorphisms did not have any effect on serum total IgE. However, a significant interaction between H.pylori seropositivity and CD14-159 allele T carrier status on serum total IgE was found (P=0.004). In this population H.pylori seronegative children who were CD14-159 allele T non-carriers had higher serum total IgE levels than allele T carriers whereas in H.pylori seropositive children allele T non-carriers had lower IgE levels than allele T carriers. No other interactions were found.

As a conclusion, it seems that IL10 promoter haplotype may be associated with delayed EBV infection and IL1B-511 polymorphism with FSs, whereas IL4-590, CD14-159 and TLR4+896 polymorphisms do not seem to be associated with sensitization or serum total IgE according to our results. However, candidate gene studies are known to have many limitations such as conflicting and unreplicable results especially in small populations. In addition, a single polymorphism rarely makes a remarkable contribution to the susceptibility or severity of multifactorial diseases like EBV infection, FSs and atopy. From this point of view approaches taking into account other factors in addition to a single polymorphism, like gene-environment interactions, could be more relevant. Therefore the scope of our investigations was widened from a candidate gene approach to gene-environment interactions. According to our results CD14-159 polymorphism and H.pylori seem to have interaction which is associated with serum total IgE in Russian Karelian children whereas IL4-590 polymorphism did not interact with H.pylori on sensitization or serum total IgE in Finnish adults. However, even though gene-environment interactions may explain some of the conficting results of candidate gene studies, caution should be exercised, because the interpretation of gene-environment interactions is very difficult due to the complex nature of these interactions.