Matrix Metalloproteinase 3 and 9 Cis-regulatory Variation and Atherosclerotic Lesions

Abstract

Valtimonkovettumatauti eli ateroskleroosi on tulehdusperäinen sairaus, joka aiheuttaa vuosittain tuhansia sepelvaltimotautikuolemia. Se on monitekijäinen sairaus, jossa mikään tekijä yksin ei riitä selittämään yksilön sairastumista eikä kaikkia sairastumiseen vaikuttavia muuttujia tunneta.

Matriksin metalloproteinaasit ovat proteolyyttisiä entsyymejä, jotka ilmenevät valtimon seinämän ateroskleroottisissa vaurioissa. Matriksin metalloproteinaasien toimintaa säädellään pääosin transkriptiotasolla geenipromoottorien cis-säätelyalueilla kasvutekijöiden ja sytokiinien vaikutuksesta. Eri yksilöiden välillä esiintyy cis-säätelyalueilla luonnollista geneettistä vaihtelua. Väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin lääketieteellisissä ruumiinavauksissa kerätyistä DNA- ja valtimonäytteistä, ovatko matriksin metalloproteinaasien 3 ja 9 (MMP3 ja MMP9) promoottorien genotyypit yhteydessä ateroskleroosiin eri tyyppisissä ateroskleroosin muutoksissa.

Väitöskirjatutkimuksessaan filosofian maisteri Perttu Juhana Pöllänen osoitti, että matriksin metalloproteinaasien 3 ja 9 geenipromoottorien cis-vaikuttava vaihtelu ja kahden lokuksen genotyyppien yhdistelmät saattavat vaikuttaa ateroskleroosin ilmenemisen eroihin. Miehillä, joilla on korkean promoottoriaktiivisuuden MMP3 genotyyppi, havaittiin keskimäärin suurempi sepelvaltimon seinämän kalkkeutuneen vaurion pinta-ala kuin miehillä, joilla on matalan promoottoriaktiivisuuden MMP3 genotyyppi. Vastaavasti miehillä, joilla on korkean promoottoriaktiivisuuden MMP9 genotyyppi, havaittiin suurempi sepelvaltimon seinämän komplisoituneen vaurion pinta-ala ja enemmän lamina elastica internan aukkoja munuaisvaltimoissa kuin miehillä, joilla on matalan promoottoriaktiivisuuden genotyyppi. Myös MMP3 ja MMP9 genotyyppien yhteisvaikutus on merkittävä siten, että miehillä, joilla on molempien geenien korkean promoottoriaktiivisuuden genotyyppi, havaittiin väitöskirjan kolmannessa osatyössä keskimäärin suurempi komplisoituneitten plakkien pinta-ala, mutta yhteyttä akuuttiin infarktiin ei todettu.

Väitöskirjatyö on perustutkimusta ja se antaa uutta tietoa valtimonkovettumataudin ja perimän välisestä suhteesta. Vaikuttavien geenien lukumäärän lisäksi eri tekijöiden voimakkuus ja yhteisvaikutukset ovat sairastumiseen vaikuttavia muuttujia. Sairastuminen on seurausta monimutkaisesta geneettisten tekijöiden ja ympäristötekijöiden yhteisvaikutuksesta.

Matrix metalloproteinases (MMPs) are proteolytic enzymes which are expressed in atherosclerotic plaques and are thought to participate in the molecular mechanisms mediating atherosclerotic plaque disruption and rupture. Atherosclerosis is an inflammatory disease complicated by the development of rupture-prone atheromas, associated with the development of stenosis or thrombosis. The strictly regulated co-ordinated action of MMPs is primarily regulated at the level of transcription, the promoter cis-regulatory regions of the genes responding to stimuli including macrophage-derived growth factors and cytokines. Functional cis-regulatory variation in the promoters of matrix metalloproteinases leads to low- and high- transcription activity genotypes. To determine whether the MMP3 and MMP9 promoter genotypes predict the extent of atherosclerosis, the association of the MMP genotypes with different types of coronary lesions was investigated in an autopsy series of 300 middle-aged men (aged 35-65 years). In addition, the association with the number of defects in the internal elastic lamina (IEL) of the artery wall was investigated in the major abdominal arteries in an autopsy study of 123 subjects (90 male and 33 female, aged 18-93). Genotyping at these loci was performed by PCR, restriction enzyme digestion and minisequencing, areas of the coronary wall covered with atherosclerotic lesions were measured using computer-assisted morphometry, and the numbers of defects per millimetre in the IEL were measured by image analysis in samples from the arteries. Men with high promoter activity genotypes for MMP3 had, on average, larger calcified lesion areas than those with the low promoter activity genotype, whereas men with high promoter activity genotypes for MMP9 had larger complicated lesion areas. Men with high promoter activity genotypes for both loci had on average more than two times larger areas of complicated lesions compared with those men who had low promoter activity genotypes, but the loci showed no association with acute myocardial infarction. Men with high-activity genotypes for MMP9 had a higher number of gaps per millimetre in the IEL of the right and left renal arteries than did those with the low-activity genotypes. These results suggest that the MMP3 and MMP9 cis-regulatory variants and combinations of genotypes at these loci may contribute to heterogeneity in the presentation of atherosclerosis. This may be mediated via effects on cell fate and the number of different cell types within the vessel wall.