Tausta: Kardiometaboliset sairaudet ovat merkittävä taakka terveydenhuollolle ja johtava sairastavuuden ja kuolleisuuden aiheuttaja mailman laajuisesti. Endoteelin dysfunktio on kardiometabolisiin sairauksiin usein liittyvä ilmiö, joka johtuu vasoaktiivisen typpioksidin (NO) puutteesta. Asymmetrinen ja symmetrinen dimetyyliarginiini (ADMA ja SDMA) vähentävät NO:n määrää ja tätä kautta NO:n verisuonistoa suojaavia vaikutuksia (mm. antitromboottiset ja anti-imflammatoriset), mikä voi johtaa kardiometabolisiin komplikaatioihin. Seerumin korkeat ADMA- ja SDMA-pitoisuudet ja matalat L-homoarginiini (hArg) -pitoisuudet ennustavat suurentunutta kardiovaskulaari- ja kokonaiskuolleisuutta. Näiden yhteyksien taustalla olevia molekyylitason mekanismeja ei tunneta tarkasti eikä näiden arginiinijohdannaisten pitoisuuksiin vaikuttavia geneettisiä tekijöitä.

Tavoitteet: 1) tunnistaa uusia seerumin ADMA-, SDMA- ja hArg-tasojen taustalla olevia geneettisiä tekijöitä genominlaajuisen assosiaatiotutkimuksen (GWAS) keinoin, 2) tutkia tässä työssä löydettyjen geenivarianttien yhteyksiä kardiometabolisiin sairauksiin ja päätetapahtumiin ja 3) karakterisoida hArg:n merkitystä kardiometabolisten sairauksien biomarkkerina ja kausaalisena tekijänä.

Aineisto ja menetelmät: Tutkimuksissa I ja II genominlaajuiset assosiaatioanalyysit tehtiin Lasten Sepelvaltimotaudin Riskitekijät (LASERI, N=2083) - ja Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health (LURIC, N=3027) aineistoilla. Tutkimuksessa III geneettisiä yhteyksiä tutkittiin LURIC , Finnish Cardiovascular Study (FINCAVAS, N=3862) - ja Corogene aineistoissa. Yhteyksiä iskeemisen aivoinfarktin kanssa tutkittiin Wellcome Trust Case Control Concortium 2 (WTCCC2, 3548 tapausta ja 5972 verrokkia) GWAS kohorteissa ja FINCAVAS-aineistossa. Tutkimuksessa IV yhteyksiä hArg:n ja kardiometabolisten riskitekijöiden ja sairauksien välillä tutkittiin LASERI-aineistossa. Kausaaliset efektiestimaatit seerumin hArg:n ja kardiometabolisten riskitekijöiden ja sairauksien välillä estimoitiin hyödyntämällä julkisesti saatavilla olevia yhden emäksen polymorfioiden (SNP) ja fenotyyppien välisiä assosiaatiotuloksia, jotka perustuvat kymmeniä ja satojatuhansia ihmisiä sisältäviin genominlaajuisiin assosiaatiotutkimuksiin. Kaikissa tutkimuksissa näytteiden genotyyppaus ja datan imputaatio läpäisivät tiukat laatukontrollikriteerit ennen analyyseja. Seerumin ADMA-, SDMA- ja hArg-tasot mitattiin käyttäen samaa HPLC-menetelmää keskitetysti sekä LASERI- että LURIC-aineistoissa. GWAS-laskuissa käytimme PLINK-, ProbABEL-, QUICKTEST- ja SNPTEST-ohjelmia. Mendeliaaninen randomisaatio- ja muut tilastoanalyysit tehtiin R-tilasto-ohjelmalla.

Tulokset: Tutkimuksessa I useat DDAH1-geenin introneissa sijaitsevat SNP:t (rs28489187:llä pienin p-arvo) olivat yhteydessä ADMA-tasoihin ja kaksi aminohappoa vaihtavaa SNP:tä (rs37369, Val140Ile; rs16899974, Val498Leu) AGXT2-geenissä olivat itsenäisesti yhteydessä SDMA-tasoihin. Lisäksi havaitsimme assosiaatiosignaalin SLC25A45-geenissä (rs34400381, Arg285Cys/Arg243Cys), joka koodaa mitokondriaalista kuljettajaproteiinia ja lokalisoituu siksi samaan paikkaan solun sisällä kuin mitokondriaalinen aminotransferaasi AGXT2. Seerumin hArg-tasot olivat yhteydessä variantteihin GATM- (rs1153858), CPS1- (rs1047891, Thr1406Asn, aikaisemmin rs7422339) ja AGXT2- (rs37369, Val140Ile) lokuksissa. Kaksi funktionaalista AGXT2-varianttia (rs37369 ja rs16899974) olivat systemaattisesti yhteydessä spektraalisen sykevaihtelun matala- ja korkeataajuisten komponenttien suhteeseen (HRV-LF/HF) LASERI-tutkimuksessa. Lisäksi samat AGXT2-variantit olivat yhteydessä eteisvärinään LURIC-tutkimuksessa ja ikään iskeemisen aivoinfarktin diagnoosihetkellä FINCAVAS-tutkimuksessa. Nämä yhteydet eivät kuitenkaan toistuneet kaikissa tutkimuksissa (tutkimus III). Tutkimuksen IV pitkittäisanalyyseissä hArg ennusti tulevaa hyperglykemiaa ja keskivartalolihavuutta nuorilla miehillä. Naisilla estrogeenia sisältävien yhdistelmäehkäisyvalmisteiden käyttö oli yhteydessä korkeampiin seerumin hArg-tasoihin verrattuna naisiin, jotka eivät käyttäneet mitään hormonaalista ehkäisyä. Mendeliaaliset randomisaatioanalyysit eivät tukeneet hypoteesia siitä, että seerumin hArg-tasoilla olisi mitään kausaalista vaikutusta kardiometabolisten riskitekijöiden, tyypin 2 diabeteksen tai koronaaritaudin kehittymiseen.

Johtopäätökset: Löysimme uusia geenivarientteja, jotka ovat yhteydessä seerumista mitattuihin ADMA-, SDMA- ja hArg-tasoihin. Lisäksi osoitimme, että AGXT2-geeni liittyy useisiin eri kardiometabolisiin sairauksiin ja niiden ennusteeseen. Serumin hArg tuskin on kardiometabolisten sairauksien kausaalinen tekijä. Sitä voitaneen kuitenkin käyttää biomarkkerina tunnistamaan henkilöitä, joilla on suurentunut vaara kehittää keskivartalolihavuus ja siihen liittyviä liitännäissairauksia.