Global and fine-scale genetic determinants of recurrent pregnancy loss

Abstract

Spontaanne ehk iseeneslik raseduse katkemine on kõige sagedasem rasedustüsistus. Ligi 3%-l viljakas eas paaridel leiab spontaanabort aset järjestikku kolm või enam korda, mille puhul diagnoositakse korduv raseduse katkemine (KRK). Kuigi KRK patogeneesi teadaolevate riskitegurite nimekiri on pikk, ei ole pooltel juhtudel haiguse tekkepõhjus endiselt määratletav. Käesolevas doktoritöös on hinnatud geneetiliste riskitegurite mõju idiopaatilise KRK haiguse kujunemisel, nii lokaalselt geeni-spetsiifiliste ühenukleotiidsete variantide kui ka globaalselt kogu genoomis levinud DNA koopiaarvu muutuste tasemel. Ühenukleotiidsete markerite analüüsil on fokusseeritud inimese koorioni gonadotropiinile (human chorionic gonadotropin, hCG) ehk nö raseduse hormoonile, mille olemasolu on embrüo pesastumiseks ja raseduse säilimiseks kriitilise tähtsusega. Doktoritöös on kirjeldatud hCG β-alaühikut kodeeriva geeniperekonna keerulist genoomset struktuuri ning geneetiliste markerite mustrit. DNA variantide juht-kontrolluuring Eesti, Soome ja Taani valimites ning mitte-sünonüümsete mutatsioonide funktsionaalsed katsed kahe kõige aktiivsema hCGβ geeni, CGB5 ja CGB8, põhjal tuvastas ainult geneetilised makerid, milledel on neutraalne või kaitsev effekt KRK suhtes. Tulemused viitavad, et hCGβ geenide püsimine funktsionaalselt aktiivsetena on oluline raseduse edukaks kulgemiseks. DNA koopiaarvu varieeruvus (copy number variants, CNV) on fenomen, mis hõlmab DNA ümberkorraldusi suurusega üle 50 aluspaari. CNV-de genoomset rikastatust on varasemalt seostatud mitmete haigustega, kuid on vähe uuritud rasedustüsistuste puhul. Kogu genoomi CNV-de uuring KRK patsientidel tuvastas DNA ümberkorralduste mõju geenidele, millede üheks funktsiooniks on reguleerida ema immuunvastuse väljakujunemist platsentas. Ühtlasi on tuvastatud DNA duplikatsioon 5. kromosoomis, mille esinemine tõstab KRK riski 4.8 korda Eesti ja Taani naistel. Leitud DNA ümberkorraldus hõlmab geene PDZD2 ja GOLPH3, millede mažoorset avaldumist platsentas ja seotust varajase rasedusega on kirjeldatud esmakordselt.

Spontaneous pregnancy loss is the most common pregnancy complication. Up to 3% of fertile couples have been diagnosed with recurrent miscarriage disease (RM), defined as three or more consecutive early pregnancy losses. Although a spectrum of causes is known for RM, etiology behind approximately half of the cases remains unsolved. This thesis aimed to map the genetic determinants of unexplained RM by addressing gene-specific single nucleotide variants but also genome-wide profile of DNA copy number changes. The fine-scale analysis of gene-specific markers focused on the human chorionic gonadotropin (hCG), the ‘pregnancy hormone’, essential for pregnancy establishment and maintenance. The thesis reports the complex genomic architecture and genetic diversity of the gene family encoding the β-subunit of hCG. Case-control study of genetic variants in the two most actively expressed hCGβ genes CGB5 and CGB8 in Estonia, Finland and Denmark and functional study of non-synonymous mutations within these genes identified only DNA markers with neutral or protective effect towards RM. Results indicate that preserving the hCGβ genes as functionally active is a prerequisite for early pregnancy success. DNA copy number variants (CNVs) involve DNA rearrangements larger than 50 basepairs. Global enrichment of CNVs has previously been associated with several complex diseases, however few studies have addressed CNVs in the context of reproductive disorders. Genome-wide CNV study in RM cases revealed the impact of DNA rearrangements on genes related to maternal immune tolerance in the placenta. A novel DNA duplication on chromosome 5 was identified from the genome-wide CNV profile increasing maternal risk of RM up to 4.8 times in Estonia and Denmark. The duplication involves two genes PDZD2 and GOLPH3 with major expression in placenta and associated with early pregnancy maintenance for the first time.