Analysis of single nucleotide polymorphisms (SNPs) to assess the genetic risk of disease

L’analisi dei polimorfismi a singolo nucleotide (SNPs) in popolazioni di pazienti e soggetti sani può contribuire a chiarire le basi genetiche delle malattie complesse mediante l’identificazione di possibili fattori di rischio genetico. In questo lavoro di tesi sono riportati quattro studi di associazione genetica che tentano di assegnare ad alcune varianti genetiche un ruolo nello sviluppo e progressione di malattie complesse quali il cancro gastrico, il linfoma e una rara malattia autoimmune: la sclerosi sistemica. Nel primo studio, due polimorfismi del gene ADP-ribosylation factor-like tumorsuppressor gene 1 (ARLTS1), precedentemente associati ad una maggiore predisposizione a vari tipi di cancro familiare, sono risultati associati al rischio di cancro gastrico. Le frequenze dei polimorfismi G446A e T442C, determinate mediante sequenziamento diretto in una casistica di 297 pazienti e in 340 soggetti sani, hanno presentato differenze statisticamente significative tra le due popolazioni. Questi risultati suggeriscono che ARLTS1 possa avere un ruolo nella patogenesi del cancro gastrico. Alcuni polimorfismi di geni coinvolti nella risposta infiammatoria sono stati associati al rischio di sviluppo di cancro gastrico. In questo studio, sono state analizzate le frequenze genotipiche di 10 SNP contenuti nei geni IL1A, IL1B, IL1RN, IL2, IL6, IL10, TNF e LTA in 453 pazienti con cancro gastrico (328 con istotipo intestinale, 99 diffuso e 26 misto) e 1174 controlli. Rispetto ai dati riportati in letteratura, non è stata trovata alcuna correlazione tra i polimorfismi IL1B-31 e IL1B-511 e il rischio di cancro gastrico. Per quanto riguarda i restanti SNP analizzati, solo per il polimorfismo IL10-3575 è stata trovata una differenza statisticamente significativa tra le distribuzioni genotipiche dei casi e controlli. E’ probabile che alla base dei risultati discrepanti ci siano differenze geografiche legate alla dieta, agli stili di vita o al background genetico. I nostri dati non supportano un’associazione tra i polimorfismi di IL1B e l’aumento del rischio di cancro gastrico, ma piuttosto suggeriscono un ruolo delle varianti di IL10 nello sviluppo del cancro gastrico. Varianti comuni di geni della risposta immunitaria ed infiammatoria possono influenzare il rischio di sviluppare il linfoma non Hodgkin. Questa ipotesi è stata vagliata in un terzo studio in cui sono stati analizzati i dati non pubblicati provenienti da un consorzio multicentrico, l’International Lymphoma Epidemiology Consortium (InterLymph). Sulla base dei dati d’associazione e funzionali riportati in letteratura, sono stati selezionati 12 SNP contenuti in 9 geni importanti per lo sviluppo dei linfonodi, l’equilibrio Th1/Th2 e per la risposta pro/anti infiammatoria (IL1A, IL1RN, IL1B, IL2, IL6, IL10, TNF, LTA, and CARD15). Sono stati analizzati 3586 casi di linfoma non Hodgkin e 4018 controlli. I polimorfismi TNF G-308A e IL10 T−3575A sono risultati associati al rischio di linfoma non Hodgkin, in particolare al linfoma diffuso a grandi cellule B, il principale sottotipo istologico, ma non al linfoma follicolare. Gli individui omozigoti per l’allele TNF −308 A e portatori di almeno un’allele IL10 −3575 A possiedono un rischio doppio di linfoma diffuso a grandi cellule B. Questi risultati suggeriscono che polimorfismi di TNF and IL10, citochine chiave nella risposta infiammatoria e nel bilanciamento Th1/Th2, potrebbero essere loci di suscettibilità per il linfoma non Hodgkin. Nell’ultimo studio sono state analizzate le possibili associazioni di 9 SNP nei geni IL10, IL1B, IL1A, IL1RN, IL2, LTA e IL6 con la suscettibilità ad una rara malattia autoimmune, la sclerosi sistemica (SSc). E’ stato determinato il genotipo di 78 pazienti con SSc (31 con SSc diffusa (dcSSc), 47 con SSc di tipo limitato (lcSSc)) e di 692 donatori di sangue sani. Le frequenze dei polimorfismi IL1B-31 e IL1B-511 sono risultate differenti nelle due popolazioni. I portatori di almeno una copia dell’allele IL1B-31 C possiedono un rischio più alto di SSc e una simile associazione è stata osservata per i portatori dell’allele IL1B-511 T. Inoltre, i portatori dell’allele IL2-384 G sono significativamente più frequenti tra i pazienti con lcSSc, rispetto ai pazienti con il sottotipo diffuso. Infine, le distribuzioni genotipiche di IL2-384 nei controlli e nei pazienti affetti da lcSSc sono risultate differenti, mentre non sono state riscontrate differenze statisticamente significative tra controlli e pazienti dcSSc. In conclusione, i polimorfismi dei geni IL1B e IL2 possono essere coinvolti nella suscettibilità a SSc e l’allele IL2-384 G potrebbe essere un marcatore per la forma limitata di SSc.

An approach to elucidate the genetic basis of human complex diseases and to identify the possible genetic risk factors, is to analyze the distribution of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in affected and control populations and assess the genetic risk of disease. Four genetic association studies were reported in this work that attempt to determine clinical significance of several genetic variants in the development and progression of complex human diseases, such as gastric cancer, lymphoma and systemic sclerosis. In the first study, two polymorphisms in the ADP-ribosylation factor-like tumorsuppressor gene 1 (ARLTS1) gene, already reported to be predisposing for various types of familial cancers, were associated with risk of gastric cancer. We analyzed the frequency of G446A and T442C polymorphisms in a series of 297 patients and 340 controls, by means of direct sequencing, and we found significant differences in the frequencies between the two groups. These results suggest that ARLTS1 may be related to the pathogenesis of gastric cancer. Polymorphisms in several genes involved in an inflammatory response have been variably associated with increased risk for development of gastric cancer. We have examined the genotypic frequencies of 10 polymorphisms in the inflammatory genes IL1A, IL1B, IL1RN, IL2, IL6, IL10, TNF, and LTA in 453 patients with gastric cancer and 1174 controls. Cancers included 328 intestinal, 99 diffuse and 26 mixed histotype. We found no statistically significant correlations between the risk of gastric cancer and the IL1B-31 and IL1B-511 alleles. Of the remainder of the polymorphisms, only the IL10- 3575 SNP showed a significantly different distribution between cases and controls. Geographical differences attributable to diet, lifestyles or genetic background may be potential sources of discrepant results among previous reports. Our data do not support an association between polymorphisms in IL1B and an increased risk for gastric cancer, but instead, suggest that variants in the IL10 gene may confer increased risk. Common genetic variants in immune and inflammatory response genes can affect the risk of developing non-Hodgkin lymphoma. We aimed to test this hypothesis using previously unpublished data from eight European, Canadian, and US case-control studies of the International Lymphoma Epidemiology Consortium (InterLymph). We selected 12 single-nucleotide polymorphisms for analysis, on the basis of previous functional or association data, in nine genes that have important roles in lymphoid development, Th1/Th2 balance, and proinflammatory or anti-inflammatory pathways (IL1A, IL1RN, IL1B, IL2, IL6, IL10, TNF, LTA, and CARD15). Genotype data for one or more SNPs were available for 3586 cases of non-Hodgkin lymphoma and for 4018 controls. The TNF G- 308A and IL10 T−3575A polymorphisms were associated with increased risk of non- Hodgkin lymphoma, particularly for diffuse large B-cell lymphoma, the main histological subtype, but not for follicular lymphoma. For individuals homozygous for the TNF −308A allele and carrying at least one IL10 −3575A allele, risk of diffuse large B-cell lymphoma doubled. These results suggest that common polymorphisms in TNF and IL10, which are key cytokines for the inflammatory response and Th1/Th2 balance, could be susceptibility loci for non-Hodgkin lymphoma. The last genetic association study reported in this work aims to investigate possible associations of 9 single nucleotide polymorphisms in the IL10, IL1B, IL1A, IL1RN, IL2, LTA and IL6 genes with susceptibility to rare autoimmune disease, systemic sclerosis (SSc). A total of 78 patients with SSc [diffuse SSc (dcSSc), n=31; limited SSc, (lcSSc), n=47] and 692 healthy blood donors were genotyped. Alleles in IL1B-31 and IL1B-511 showed a significantly different distribution between cases and controls. Carriers of at least one copy of the IL1B-31-C allele had an increased risk of SSc, while a similar strong association was also evident for IL1B-511-T carriers. Interestingly, carriers of the IL2- 384-G allele were significantly more frequent in lcSSc patients, compared to patients with the diffuse subtype. Lastly, the distribution of the IL2-384 genotype showed statistically significant differences between controls and lcSSc patients. There were no differences between dcSSc patients and controls. We concluded that IL1B and IL2 gene polymorphisms may be involved in susceptibility to SSc. Moreover, the IL2-384-G allele may be a marker for the limited phenotype of SSc.