PART I. Genes and their single nucleotide polymorphisms associated with rheumatoid arthritis susceptibility
Rheumatoid arthritis (RA) is a common autoimmune disease characterized by systemic inflammation. Genetically, RA has been highly associated with the HLA-DRB1 locus. In the present work we used a case-control study design to identify HLA-DRB1-independent loci associated with RA in a Korean population. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) within 62 candidate genes were analyzed in 544 RA patients and 392 controls. Among 293 SNPs selected from a public database, 173 SNPs were polymorphic in a pooled case-control mixture. When these SNPs were assayed in separate case and control DNA pools, the difference in allele frequency between the two pools was larger than 0.045 (cut-off value) in 17 SNPs in 13 genes. The case and control samples were then individually genotyped for these 17 SNPs.
We observed associations between RA and 11 SNPs in 8 genes located in the HLA region. Among them, one SNP (RA277) in HSPA1A was associated with RA susceptibility independent of the both HLA-DRB1 $^{*}0405$ and $^{*}0901$ alleles; the P values for the SNP was $8.3×10^{-8}$ (OR = 1.8, 95% CI = 1.4 - 2.2) in the total samples and 0.0068 (OR = 1.5, 95% CI = 1.1 - 2.0) after adjusting $^{*}0405$ and $^{*}0901$ alleles. The other 10 SNPs in 6 other genes (MICA, BAT1, ATP6V1G2, NFKBIL1, TNFA and TNXB) were not associated with RA in the $^{*}0405$ or $^{*}0901$ negative samples, implying that these SNPs were in linkage equilibrium with HLA-DRB1 $^{*}0405$ or $^{*}0901$ alleles. These findings suggest the hypothesis that RA susceptible gene or genes other than HLA-DRB1 may be located in HSPA1A locus.
PART II. Pharmacogenetics of response to etanercept therapy in patients with rheumatoid arthritis
Etanercept therapy is widely applied to treat RA, JRA, but it is expensive and one third of RA patients are not good responders. Therefore it would be valuable to predict etanercept efficacy and exclude nonresponders. To identify genes and their polymorphisms that influence response to etanercept therapy in patients with rheumatoid arthritis (RA). Clinical response of 70 etanercept-treated patients with RA was determined according to the criteria of the American College of Rheumatology (ACR). We genotyped their single nucleotide polymorphisms (SNPs) within TNFA, LTA and HLA-DRB1 shared epitope (SE), then tested whether these polymorphisms influence response of etanercept therapy after 12 weeks. Univariate and multivariate analyses were performed to compare allele, genotype, and haplotype distributions between responders and nonresponders.
Association of the -857C/T SNP at the TNFA promoter was marginally significant, when patients were divided into responders and nonresponders according to improvement criteria ACR20 or ACR70. When ACR70 responders (the best responders) were compared with ACR20 nonresponders (the worst responders), however, the association was prominent (OR = 12.3, 95% CI = 1.4-105, P = 0.0077), as the frequency of the T allele is 5% in the ACR20 nonresponders but 39% in the ACR70 responders. Moreover, the ratio of ACR70 responder number to ACR20 nonresponder number in the T allele carriers is ＞ 10-fold that in the C allele homozygotes (OR = 12.0, 95% CI = 1.2-12, P = 0.033). Therefore, RA patients with the T allele of TNFA -857C/T SNP responded better to the etanercept therapy than those of C allele homozygote, indicating that this SNP could become a useful genetic marker for predicting responses after the results are further confirmed.
PART I. 류마티스 관절염은 호발성 자가면역 질환이며, 전신성 염증반응을 수반한다. 염색체 6p21.3에 위치한 HLA-DRB1 유전자가 발병에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 그 외 다수의 유전자가 질환의 발병 및 진행에 관여할 것으로 추정되어 왔다. 본 연구에서는 한양대학교 류마티스 병원을 내원한 환자군과 대조군의 genomic DNA를 분석함으로써 HLA-DRB1 유전자와는 독립적으로 질환의 발병 및 진행에 영향을 주는 유전자를 발굴해 내고자 하였다. 문헌조사를 통해 검색한 총 62개 유전자들을 후보 유전자로 선정하고, 단일염기다형성 (SNP)을 유전마커로 활용하여 MassARRAY를 통해 genotyping을 수행하였다. 이때 544명의 환자군은 질환의 중증도에 따라 4개의 세부그룹으로 구분하였다.
총 293개의 SNP를 분석하였으며, 그 중 173개 SNP의 minor allele frequency가 약 0.05 이상인 것으로 나타났으며, 그 후 환자군과 대조군의 DNA pool을 genotyping함으로써 두 그룹간의 allele frequency의 차이를 결정하였다. 그 결과 13개 유전자내 17개 SNP의 frequency가 환자군과 대조군간에 유의한 것으로 나타났다. 추가적으로 개별 샘플들을 genotyping하였으며, 그 결과 HLA locus에 위치한 HSPA1A (P value: 6.3´10-5) 유전자는 DRB1 *0405 또는 *0901 allele의 영향을 받지 않고 류마티스 관절염의 발병과 연관이 있는 것으로 나타났다. RA277 SNP의 GG homozygote인 사람은 C 형질을 최소 하나 (CC 또는 CG)이상 가진 사람에 비해, 발병 위험성이 1.6배였다. 그 외 HLA locus에 위치한 6개의 유전자 (MICA, BAT1, ATP6V1G2, NFKBIL1, TNF 및 TNXB)의 SNP는 전체 환자군 및 대조군 사이에서 유의한 것으로 판명되었으나, 추가적인 분석 결과 *0405 및 *0901 음성인 샘플에서는 유의하지 않았다. 따라서 MICA, BAT1, ATP6V1G2, NFKBIL1, TNF 및 TNXB 유전자들은 HLA-DRB1 유전자와 LD 상태에 있는 것으로 판단된다. 또한 HLA-DMB에 위치한 RA232 SNP는 RA의 중증도에 영향을 주는 것으로 나타났다.
PART II. Etanercept는 류마티스 관절염 치료제로 널리 사용되고 있으나, 가격이 고가이고 약 30 %의 환자들의 경우는 치료 효과가 좋지 않다. 따라서 etanercept의 치료효과에 대해 미리 예측할 수 있는 진단마커 (SNP)의 발굴은 불필요한 의료비 지출을 줄이고, 보다 효율적인 환자 치료에 응용될 수 있을 것이다. 본 연구에서는 한양대학교 류마티스 병원을 내원한 류마티스 관절염 환자들에게 etanercept를 투여하고, 12주 동안의 임상양상을 모니터링 한 후, 이들에 대한 치료효과에 영향을 주는 SNP를 발굴하고자 하였다. Etanercept의 약리기작이 종양괴사인자의 작용을 차단하는 것임에 착안하여, TNFA, LTA, TNFRSF1A, TNFRSF1B 유전자의 SNP 및 HLA-DRB1 유전자의 shared epitope을 genotyping하였다.
분석결과 TNFA 유전자의 promoter에 존재하는 -857C/T SNP가 통계적으로 유의하였다 (ACR20:P = 0.046, ACR70:P = 0.041). 그리고 치료효과는 정규분포곡선의 형태를 띠는 점에 착안하여, ACR20에 미달하는 샘플 그룹을 nonresponder로, ACR70에 도달하는 샘플 그룹을 responder로 정의하고 추가적인 통계 분석을 수행하였다. 그 결과 -857C/T SNP의 T allele의 빈도는 non-responder 그룹에서는 0.05였으며, responder 그룹에서는 0.39 였다 (P = 0.0077). ACR20에 미달한 그룹에서의 C/T 또는 T/T genotype의 빈도는 57%였으며, 반면에 ACR70에 도달한 그룹에서는 89%의 빈도를 보였다 (P = 0.033). 따라서 TNFA 유전자의 -857C/T 및 T/T genotypes을 가진 환자군은 C/T genotype인 환자군에 비해 etanercept에 대한 치료효과가 좋은 것으로 판단된다.
