Clinical and genetical studies in cystic fibrosis and pseudohypoaldosteronism

Abstract

Cystic fibrosis (CF) is the most common severe autosomal recessive disorder among Caucasians and is caused by mutations of the chloride channel, CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) gene. Despite a markedly improved median survival many CF patients still die at a young age. The chronic lung disorder is the main cause of mortality. Endogenous and exogenous factors, which may contribute to the severity of the pulmonary disorder, are partly unknown. The autosomal recessive form of pseudohypoaldosteronism type 1 (PHA1) is a rare salt-wasting disorder and is caused by mutations of the epithelial sodium channel (ENaC) genes. The pulmonary symptoms in PHA1 have been described as mimicking those in CF. Genetic and clinical studies of these two diseases were the focus of this thesis. Paper I extended clinical data for two CFTR mutations, T338I and S549I. T338I conferred a more severe and S549I a milder phenotype, than previously reported. In paper II and III the phenotype and origin of two novel CFTR mutations, Y109C and 175insT, are described. Y109C was associated with a milder form of CF. In study IV, examination of the mutational spectrum in the Swedish CF population was completed with the aim of preparing for a pilot study of neonatal screening. A third common gene deficiency, 3659delC, was identified. Inclusion of deltaF508, 394 delTT and 3659delC in a gene test after an initial test for immunoreactive trypsinogen (IRT), would theoretically have detected practically all CF patients. The aim of paper V was to identify risk factors for progression of the pulmonary disorder in CF. The severity was partly predicted by the CFTR genotype. Patients with pancreatic sufficiency could be expected to have an almost normal long-term lung function, but an earlier diagnosis in this group is important. Negative risk factors included pancreatic insufficiency, chronic pseudomonas colonisation and diabetes. In study VI, of PHA1 patients, mutations of the alpha-subunit of the ENaC were associated with prominent lung symptoms. However, no chronic lung disease with decline of lung function with age and development of bronchiectasis was observed as seen in CF.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Cystisk fibros (CF) är den vanligaste svåra ärftliga metabola sjukdomen i den vita befolkningen. I Sverige drabbar den ca 1:4500-6500 individer men i många länder har den en högre incidens på ca 1:2000-3000. Trots en klart förbättrad överlevnad det senaste decenniet är det fortfarande många som dör i ung ålder. Den vanligaste dödsorsaken är lungkomplikationer till följd av den kroniska lungsjukdom som är karakteristisk för CF. Sjukdomen beror på defekter i CFTR, en kloridkanal som uttrycks i ett flertal epitelceller, framförallt i luftvägarna och i vissa körtelgångar. Tilltäppning av bukspottskörtelgångarna leder till försämrad funktion och dålig viktökning hos 85-90% av CF patienterna.



Genen för CFTR klonades 1989 vilket var en av de största framgångarna för CF forskningen. Intensiva studier av proteinets struktur och funktion, genotyp-fenotyp korrelationer, biokemiska och cellulära undersökningar sedan dess har bidragit till vår starkt ökande kunskap om CF sjukdomen. Molekylärbaserade terapier kan nu förhoppningsvis utvecklas och leda till en definitiv bot eller en reducerad sjuklighet och dödlighet. En förutsättning för detta är emellertid att man har kartlagt varje patients mutationer för att kunna välja en lämplig och individualiserad behandling. Att veta vilka mutationer varje patient har är också viktigt vid genetisk rådgivning och prenatal diagnostik. Kunskapen om mutationsspektrumet är en nödvändig förutsättning för att kunna införa en två-stegs baserad neonatal screening med immunoreaktivt trypsinogen (IRT) och genanalys.



Vår studie består av en nästan heltäckande kartläggning av genmutationerna vid cystisk fibros i Sverige. I studie I och II beskrivs den kliniska bilden vid milda CF mutationer hos patienter från södra Sverige, speciellt med avseende på mutationerna T338I, S549I och Y109C. För T338I och S549I skiljde sig våra fynd mot de publicerade från andra håll i världen. I motsats till tidigare beskrivna patienter med T338I, vilka debuterat med hypoton intorkning men saknade lungsymptom, hade alla våra patienter med T338I lungsjukdom och två var kroniskt koloniserade med pseudomonas. Ingen av dessa debuterade med hypoton intorkning. S549I mutationen däremot visade sig ha en lindrigare klinisk bild än tidigare beskrivits. Vår patient, homozygot för denna mutation, hade en bevarad pankreasfunktion vilket borde innebära att hon har en kloridkanal som fungerar, men i reducerad grad. Y109C först påträffad av oss är en mild mutation förenad med bevarad pankreasfunktion. Arbete III beskriver hur en unik insertions mutation 175insT, funnen i homozygot form hos två besläktade CF patienter, kunde spåras tillbaka till mitten av 1800 talet genom genealogiska studier.



Nyföddhetsscreening för cystisk fibros har debatterats livligt de senast två decennierna. Ett antal studier har nu visat både tidiga och sena nutritionsmässiga fördelar samt sannolikt också lägre försämringstakt av lung funktionen hos screenade CF patienter. Ett test för immunoreaktivt trypsinogen (IRT), vilket är förhöjt vid CF, och ett efterföljande CFTR gentest på samma prov om IRT är förhöjt, är den för närvarande bästa screeningstrategien. Förutsättningen för denna är emellertid att man känner till mutationspektrumet i ett land. I arbete IV bestämdes förekomsten av CF mutationer i Sverige med syfte att undersöka förutsättningarna för screening av nyfödda. Utgångspunkten var att utreda vilka genmutationer som tillsammans med IRT bör analyseras för att nå hög sensitivitet och god specificitet. Förutom den vanliga deltaF508 bör även två andra tämligen frekventa mutationer, 394delTT och 3659delC, ingå. Genom att inkludera dessa tre i ett DNA test skulle praktiskt taget alla CF patienter (> 97%) upptäckas. Vi utvecklade också en enkel, snabb och billig elektroforetisk metod att upptäcka dessa tre mutationerna i blod från PKU-prov



Det finns en god överenstämmelse mellan CFTR genotypen och pankreasfunktionen. Däremot är förhållandet mellan lungsjukdomens svårighetsgrad och typen av mutation betydligt mer oklar. Det faktum att svårighetsgraden varierar även hos patienter med samma CFTR genotyp tyder på att andra genetiska faktorer, miljö och immunologiska förhållanden samt olikheter i behandling spelar stor roll. Då lungsjukdomen är den huvudsakliga orsaken till sjuklighet och dödlighet vid CF är det av största vikt att försöka identifiera faktorer som kan förklara och förutspå denna variation. Målsättningen med arbete V var att klargöra vilka riskfaktorer som påverkar lungsjukdomen. Hela Sveriges CF population över 7 år ingick i denna longitudinella studie. Genetiska och kliniska data korrelerades med försämringstakten av FEV1 och VC. Den statistiska metod som användes var mixed model regression metoden. Denna analys har fördelen att den tar hänsyn till slumpmässiga fel mellan patienter likväl som mellan mätningar hos en enskild patient i en och samma modell. Den tillåter därför varierande lång uppföljningtid och olika antal observationer av patienterna. Vår studie visar att lungsjukdomens svårighetsgrad till viss del påverkas av genotypen. De patienter med CFTR mutationer som också åtföljdes av bevarad pankreasfunktion hade signifikant långsammare försämringstakt av sin lungfunktion. Detta har tidigare varit svårt att visa i ett flertal främst tvärsnitts-studier. Kombinerade data, från vår undersökning och två andra som också använde sig av mixed model metoden, indikerar emellertid starkt att det verkligen är så att patienter med mutationer förenade med bevarad pankreasfunktion också har en mildare lungsjukdom. Dessa patienter kan förväntas ha en nästan normal lungfunktion också på lång sikt såvida adekvat behandling ges. Dock är en tidigare diagnos i denna grupp önskvärd. Majoriteten av våra CF patienter är emellertid pankreasinsufficienta och bland dessa utgjorde diabetes och kronisk pseudomonas kolonisation negativa faktorer för lungsjukdomen. Den skadliga effekten av kronisk pseudomonas kolonisation har demonstrerats i flera tidigare material och har av vissa föreslagits vara den mest negativa prediktorn för lungsjukdomen. Vår studie visar att även PS patienter med pseudomonas kunde få svår lungsjukdom, men att frekvensen av pseudomonas var betydligt lägre hos dessa.



Denna studie är den första som klart visar att patienter med diabetes får en snabbare nedgång av lungfunktionen än patienter utan. Våra resultat tyder också på att det är diabetes i sig, inkluderande det prediabetiska stadiet, som resulterar i snabbare försämringstakt och inte som tidigare spekulerats i att det är de patienter som är sjukast tidigt som utvecklar diabetes.



Överraskande fann vi ingen skillnad i försämringstakten av lungsjukdomen mellan könen. I flera tidigare studier har det visats att kvinnor har sämre prognos än män. Det är möjligt att den specialiserade CF vården på våra CF centra i Sverige med frekvent övervakning och intensiv och aggressiv behandling kompenserar för denna kvinnliga sårbarhet.



Pseudohypoaldosteronism typ 1 (PHA1) är en sällsynt ärftlig sjukdom som karakteriseras av svår salt förlust redan i nyföddhetsperioden. Följden blir lågt natrium och högt kalium samt intorkning och metabolisk acidos. Det höga kaliumet kan bli livshotande med arytmier och hjärtstillestånd som följd och många barn dör i nyföddhetsperioden om ej diagnosen ställs. Det finns två olika former av denna sjukdom; dels den autosomalt dominanta som bara engagerar njuren, dels den autosomalt recessiva som förutom njuren också påverkar tjocktarm, svett och salivkörtlar samt lungorna. Lungsymptomen vid denna systemiska form av PHA1 har tidigare beskrivits ha ett flertal likheter med cystisk fibros. Autosomalt recessiv PHA1 beror på mutationer i den epitheliala natrium kanalen (ENaC), en jonkanal som nedregleras av CFTR. Vid cystisk fibros är denna inhibition upphävd med en överaktiv ENaC som följd. Normalt reglerar samspelet mellan ENaC och CFTR kompositionen och mängden av luftvägssekret. I arbete VI visade vi att patienter med recessiv PHA1 och lungsymptom har inaktiverande mutationer i den epiteliala natriumkanalens alpha-subenhet. Analys av den kliniska bilden visade att patienterna visserligen har påtagliga lungsymptom med recidiverande bakteriella lunginflammationer och likartade bakterier som vid cystisk fibros. Dock skiljde sig lungsjukdomen vid PHA1 klart från den vid cystisk fibros då ingen progredierande försämring av lungfunktionen observerades.

• author: Schaedel, Charlotta
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Annerén, Göran, Department of Clinical Genetics, Uppsala
• organization: Paediatrics (Lund)
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Pediatrics
• keywords: pseudohypoaldosteronism type 1, cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR), Cystic fibrosis, pulmonary disorder, Pediatrics, epithelial sodium channel (ENaC, Pediatri
• pages: 128 pages
• defense location: The lecture room of Department of Paediatrics, Lund
• defense date: 2001-05-31 09:00:00
• ISBN: 91-628-4832-1
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 45fecf93-c99c-44f5-b2a8-d526b62bef06 (old id 41596)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:53:51
• date last changed: 2018-11-21 21:01:26