In quest of genetic susceptibility to disorders manifesting in fractures:assessing the significance of genetic factors in femoral neck stress fractures and childhood non-OI primary osteoporosis

• Main Author: Korvala, J. (Johanna)
• Other Authors: Männikkö, M. (Minna)
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Oulun yliopisto 2012
• Subjects: Wnt proteins; bone and bones; candidate gene analysis; femoral neck stress fractures/genetics; osteoporosis/genetics; signal transduction; ehdokasgeenianalyysi; kanoninen Wnt signalointireitti; luu; osteoporoosi; perinnöllisyystiede; reisiluunkaulan rasitusmurtuma
• Online Access: http://urn.fi/urn:isbn:9789514298295; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:9789514298295

Abstract Osteoporosis is a bone disorder that leads to a reduction in bone volume, deterioration of bone microarchitecture and therefore increased fracture risk. Bone disorders such as osteoporosis commonly have both genetic and environmental components. Family and twin studies have shown the importance of genetics in bone formation and health, but most of the genetic factors contributing to bone formation are still largely unknown. The aim of this thesis was to search for and identify genetic factors that predispose to two different bone disorders manifesting in fractures, namely femoral neck stress fractures and childhood primary osteoporosis without features of OI (i.e. non-OI primary osteoporosis). Furthermore, in vitro studies were performed to elucidate the importance and mechanism of action of identified genetic factors in non-OI primary osteoporosis. By using candidate gene analyses we identified predisposing alleles, haplotypes and their interactions that increased the risk for femoral neck stress fractures in young male military conscripts. The conscripts lacking the CTR C allele and/or VDR C-A haplotype had a three-fold increased risk for femoral neck stress fractures compared to the carriers of both. Furthermore, conscripts carrying the LRP5 A-G-G-C haplotype had a three-fold increased risk for femoral neck stress fractures and in combination with VDR C-A haplotype a four-fold increased risk for stress fractures. These associations were mediated by low body weight and BMI. In the search for genetic factors of non-OI primary osteoporosis in children and adolescent, two novel mutations in LRP5 and two more variants in WNT3A and DKK1 were found in patients. The variants were also observed in the affected family members, but not in the control group. The effects of these variants were examined in in vitro studies and the results showed that some LRP5 mutations and the WNT3A variant might reduce bone formation by decreasing the canonical Wnt signalling activity. === Tiivistelmä Osteoporoosi on luustosairaus, joka alentaa luuntiheyttä ja heikentää luun rakennetta ja siten lisää murtumien riskiä. Osteoporoosin kaltaiset luusairaudet ovat usein monitekijäisiä tauteja, joiden syntyyn vaikuttavat sekä perinnölliset että ympäristölliset tekijät. Perhe- ja kaksostutkimukset ovat osoittaneet perinnöllisten tekijöiden olevan tärkeitä luun muodostuksessa ja terveydessä, mutta nämä tekijät ovat kuitenkin vielä suurelta osin tuntemattomia. Tutkimustyön tavoitteena oli etsiä ja tunnistaa perinnöllisiä tekijöitä, jotka altistavat kahdelle luunmurtumina ilmenevälle sairaudelle: reisiluunkaulan rasitusmurtumille ja lasten primaariselle osteoporoosille. Lisäksi primaariselle osteoporoosille altistavien perinnöllisten tekijöiden merkitystä ja vaikutusmekanismeja tutkittiin in vitro- kokeilla. Reisiluunkaulan rasitusmurtumille altistavien alleelien, haplotyyppien ja näiden vuorovaikutusten tunnistamiseen käytettiin ehdokasgeenianalyysiä nuorten alokkaiden aineistossa. Potilailla, joilta CTR-geenin C-alleeli ja/tai VDR-geenin C-A haplotyyppi puuttuivat, oli kolminkertainen riski rasitusmurtumien syntyyn molempien geenimuotojen kantajiin verrattuna. Myös LRP5-geenin A-G-G-C haplotyypin kantajilla oli kolminkertainen riski rasitusmurtumiin ja VDR-geenin C-A haplotyyppi ja A-G-G-C yhdessä lähes nelinkertaistivat rasitusmurtumien riskin alokkailla. Näiden assosiaatioiden todettiin välittyvän alhaisen painon ja painoindeksin välityksellä. Lapsuudessa tai varhaisnuoruudessa puhkeavan primaarisen osteoporoosin perinnöllisten tekijöiden etsinnässä löydettiin kaksi uutta mutaatiota LRP5-geenistä ja yhteensä kaksi uutta muutosta WNT3A- ja DKK1-geeneistä. Uusien ehdokasgeenilöydösten osuutta primaarisen osteoporoosin syntyyn tukee se, että muutokset löydettiin potilaiden lisäksi heidän sairailta sukulaisiltaan eikä muutoksia havaittu kontrolliaineistoissa. Uusien mutaatioiden mahdollisia vaikutuksia tutkittiin in vitro-kokein, jotka osoittivat, että eräät LRP5-geenin mutaatiot ja WNT3A-geenin muutos alentavat kanonisen Wnt-signalointireitin aktiivisuutta ja voivat siten vähentää luunmuodostusta.