ÖZET

Osteoporoz, kemik mineral yoğunluğunun azalması ve kemik dokusunun mikro yapısının bozulması ile karakterize multifaktöriyel bir hastalıktır. Kemik mineral yoğunluğunu (KMY) etkileyen bir çok çevresel faktör olmasına rağmen son yıllarda yapılan çalışmalarda genetik yapının osteoporoz patogenezindeki etkisi üzerinde durulmuş ve kemik kütlesi üzerine etkisi olan bir çok aday genin varlığı rapor edilmiştir. Çeşitli ikiz ve aile çalışmaları kemik oluşumunda genetik faktörlerin etkisinin ilişkili kemik parametreleriyle birlikte %50-80 olduğunu göstermektedir. Kemik kütlesini etkileyen birçok genin varlığı bildirilmiştir. Asosiasyon çalışmaları, aday gen polimorfizmleri, meta-analizler ve daha yeni olan genom çaplıçalışmalar ile KMY ve osteoporoz fenotipiyle ilişkili diğer genler belirlenmiştir.

Bu derlemede, osteoporozun tanımlanmasından sonra, osteoporoz genetiği, aday gen yaklaşımları, bağlantı (linkaj) analizleri, QTL (kantitatif karakter lokus)’lar, aile ve ikiz çalışmaları, deney hayvanıçalışmaları, GWAS (Genom çaplı asosiasyon çalışmaları) meta analizler, gen ekspresyon çalışmaları ve farmakogenetik çalışmalar ile açıklanmaya çalışılmıştır. Osteoporozla ilişkili yeni genlerin belirlenmesi osteoporozun tedavisi ve önlenmesinde oldukça yararlı olacaktır. Teknolojik gelişmelerle; genom çaplı dizileme, birçok genom projesi, osteoporozla ilişkili allellerin tanımlanmasına izin verecek ve osteoporozun mimarisi hakkında daha geniş bilgi edinilmesini sağlayacaktır. Gelecekte daha kapsamlıçalışmaların ve fonksiyonel analizlerin yapılması umut edilmektedir. Yapılan ve yapılacak olan kapsamlıçalışmaların sonuçlarının değerlendirilmesi osteoporozun erken tanısında yararlı olacaktır. Bunun yanı sıra elde edilen veriler, beslenme ve ilaç tedavisinde kişisel profillerinin belirlenmesini sağlayarak tedavide de yararlı olacaktır. (Türk Osteoporoz Dergisi 2011;17:100-9)

Giriş

Osteoporoz  (OMIM166710), kemik kalitesi ve kantitesinin bileşimini yansıtan kemik gücündeki azalmaya bağlı olarak kırık riskinin arttığı iskelet bozukluğudur (1). Osteoporoz, (Dual enerji X-ray) DXA ile T-skoru’nun -2,5 SD (Standart deviasyon)’un altında olması ile tanımlanır. En önemli sonucu kırık oluşumu olup, bunlardan en önemlisi kalça kırıklarıdır. İnsan yaşamının uzaması ve dünya nüfusunun giderek yaşlanması ile osteoporoz ve osteoporoza bağlı gelişen kırıklar morbidite ve yaşam kalitesi üzerine olan olumsuz etkileri nedeniyle önemli bir sağlık sorunu haline gelmiştir (2,3).

Dünyada 200 milyonu aşkın kadında osteoporoz görülmektedir. Genellikle menopoz sonrası kadınları etkilediği bilinen osteoporoz erkekleri de etkilemektedir (4). Osteoporoz, kadınların %30-50’si, erkeklerin de %15-30’unda görülmektedir (IOF: International Osteoporosis Foundation) (5,6). Etnik gruplara göre çok farklılık göstermeyen osteoporozun Beyaz Avrupalılar ve Kuzey Amerikalılarda görülme oranı  %10-15 iken Asyalılarda prevelansı daha yüksektir (7,8). Vücut boyutu dikkate alındığında erkeklerin kemikleri bayanlara göre daha iri ve güçlüdür bu nedenle erkeklerde daha az kırık görülür. Kemik gücü sadece KMY’ye bağlı değildir. Kemiğin boyutu, kalitesi ve diğer bileşenleri de önemlidir. Osteoporozda kırıklara neden olan en önemli etken KMY olmakla birlikte bunun yanında kas zayıflığı, düşme-travma durumları da diğer etkenlerdir (4,5).

Osteoporoz, oluşumunda genetik faktörler ve çevresel etkilerin birlikte rol oynadığı multifaktöriyel hastalıklar grubunda kabul edilmektedir (9,10). Multifaktoriyel hastalıklarda, populasyonlarda kantitatif fenotip değişimleri, genotipin çevreyle etkileşimiyle ortaya çıkmaktadır (10,11). Osteoporoz patogenezinde çeşitli çevresel faktörler rol almakla birlikte, genetik risk faktörleri kemik gücünü sağlayan bileşenlerin oluşumunda önemli rol almaktadır (4,11,12) (Şekil 2).

Modern genotipleme teknolojileri ile KMY genetiğinin belirlenmesinde, heyecan verici gelişmeler ortaya konmaktadır. Kemik kaybı ile ilişkili genlerin belirlenmesine yönelik yapılacak çalışmalar OP’nin önlenmesinde ve tedavisinde yol gösterici olacaktır (3).

Yapılan çalışmalarla genetik etkenler belirlendiğinde, tanıda ve farmakogenetik alanda kliniğe faydalı bilgiler sağlanacaktır. Ayrıca klinik alanda tedaviye kişisel cevap ve genotip analiziyle risk grubu tanımlanacak ve erken yaşlarda önlem alınabilinecektir. 

Osteoporozun Genetiği

Çeşitli ikiz ve aile çalışmaları kemik oluşumunda genetik faktörlerin önemli etkisinin olduğunu göstermektedir (11). Çevresel faktörlerin etkisinin yanında genetik faktörler kemik kütlesi ve bileşimini %50-80 oranında etkilemektedir (11). Osteoporoz tanısında kullanılan KMY klasik mendeliyen kalıtım kalıplarına uymayan tek gen lokusunda dominant-resesif özellik göstermeyen kompleks bir özelliktir. Fakat bazı nadir durumlarda Mendeliyen kalıtım geçişleri görülmektedir. Bu durumlar; Osteogenezis İmperfekta (Tip1 Prokollagen), Ailesel Osteoporotik sendromlar (aromataz gen mutasyonu, Östrojen Reseptör Alfa gen mutasyonu, Osteoporozis pseudoglioma sendromu, Vitamin D dirençli ricket (Vitamin D reseptör Geni mutasyonu) tek gen mutasyonlarının görüldüğü düşük KMY’li hastalıklardır (11). İskelet yapısının kompleks biyolojisi düşünüldüğünde kemik kütlesi çok sayıda genin kontrolü altındadır. Geçmiş yıllarda yapılan çeşitli epidemiyolojik ve klinik bulgular osteoporozun patogenezinde genetiğin öneminin altınıçizmiştir (4,13).

KMY kırıkların en önemli göstergesi olsada, kemik kırılganlığı ve kırığı ile ilişkili fakat KMY ile ilişkili olmayan farklı genler de mevcuttur (14,15).

1. Irksal Farklılıklar: Yaş, boy, kilo, kalsiyum tüketimi ve fiziksel aktivite bakımından aynıözelliklere sahip siyah kadınlar beyaz kadınlara göre farklı iskelet bölgelerinde daha yüksek KMY değerine sahiptir (17). Kafkaslı kadınlarla karşılaştırıldığında Asyalı kadınlar %40-50, Afrikan-Amerikalı kadınlar %50-60 daha az kalça kırığı riskine sahiptir. Kafkaslı kadınlar KMY bakımında karşılaştırıldığında Asyalı kadınların daha düşük, Afrikan-Amerikalı kadınların ise daha yüksek KMY değerine sahip oldukları görülmüştür. Polinezyalı ve Avrupa populasyonlarında da karşılaştırma yapıldığında farklı KMY değerleri gözlenmiştir (17).

2. Aile Çalışmaları: Fenotipik bir özelliğin ailesel geçiş gösterdiği gözlendiğinde bu özelliğin daha çok kalıtsal olduğu düşünülür ve ailesel bir karekter olarak nitelendirilir. Yaşla uyumlu kontrol grubuyla yapılan karşılaştırmalarda osteoporotik kadınların kızlarının daha düşük kemik yoğunluğuna sahip oldukları ve menopozdan sonra daha yüksek kırık riskine sahip oldukları görülmüştür. Annesinde kalça kırığıöyküsü olan kadınlar, aile öyküsü olmayan kadınlara oranla iki kat risk altındadır (17,18). Yine postmenapozal osteoporozu olan kadınların premenapozal dönemdeki kızlarında, aynı yaş grubundaki normallere göre lomber ve femur boynu dansitesinin daha az olduğu gözlenmiştir (18). Kemik mineral yoğunluğu bakımından premenopozal kadınlar ve kızlarında, postmenopozal kadınlar ve kızlarına oranla daha güçlü ilişki saptamıştır (17). Bazı araştırıcılar ailesel benzerlik derecesi tahmini için çevresel ve genetik hipotezlerle segregasyon analizi uygulamışlardır. Fransada 129 çekirdek aile incelenmiş ve KMY’yi etkileyen major bir gen bulunamamıştır. Fakat kemik kütlesine poligenik bir etkinin olabileceği 137 ailede 535 Amerikalı kadınla yapılan çalışmanın sonucunda saptanmıştır (17).

Çeşitli epidemiyolojik çalışmalar pozitif aile hikayesinin OP’de osteoporotik kırık riski oluşumunda risk faktörü olduğunu göstermektedir. Çalışmalar sonucunda çelişen verilerin nedeni ise, çalışılan farklı kemik bölgeleri, örnek azlığı, farklı etnik karekter gruplarının çalışılması olabileceği düşünülmektedir.

3. İkiz Çalışmaları: İkizlerde yapılan çalışmalar doruk kemik kütlesindeki değişkenliğin %70’inden genetik faktörlerin sorumlu olduğunu göstermiştir (3,19). Monozigotik ve dizigotik ikizlerde yapılan, farklılıkları gösteren karşılaştırma analizi çalışmaları, kemik kütlesi oluşumunda genetik ve çevresel etkenlerin katkısının ne kadar olduğunu ölçebilme imkanı tanımaktadır. DZ ikizler iki kardeş oranında ortak gene sahiptir. Bu kişilerde KMY’nin farklı olmasıçevresel ve genetik etkenlerden kaynaklanmaktadır, genetik yapı bakımından özdeş olan MZ’lerin KMY farkı ise sadece çevresel etkenlerden kaynaklanmaktadır. Sağlıklı MZ ikizlerle yapılan çalışmalarda, aynı ortamda yaşayan ikizler yaşlandığında birbirleri ile karşılaştırılmış ve kilo, boy, vücut ebatları, vertebral şekil, yapı ve kemik mineral yoğunluğu hemen hemen aynı görülmüştür. Bu da kemik kütlesinin oluşumunda genetik etkinin önemini vurgulamaktadır (17).

Son yıllarda yapılan ikiz çalışmalarında; MZ ikizler DZ ikizlere oranla kemik kütlesinde yüksek konkordans göstermektedir (4). Bu da kemik metabolizmasında genetik faktörlerin etkisinin altınıçizmektedir. Finlandiyalı 2308 MZ ve 5241 DZ ikizle yapılan çalışmada kırık konkordansı MZ’lerda DZ’lere oranla daha yüksek bulunmuştur (17). Farklı ikiz çalışmalrı, kantitatif USG, kemik geometrisi gibi diğer kemik parametreleri ile benzer oranlar göstermiştir (17).
5. Asosiasyon Çalışmaları ve Aday Gen Yaklaşımları: Son yıllarda yapılan çeşitli aday genleri içeren ilişki çalışmaları ile osteoporotik kırık patogenezi ve kemik kütlesi regulasyonunda rol alan bazı bölgeler ve genler tanımlanmıştır. Osteoporoz gibi kompleks patofizyolojisi olan hastalıklarla ilişkili genlerin tanımlanmasında uygulanılan stratejilerde ortak olarak, polimorfik genetik bir marker ile hastalığın fenotipik karekteri arasında bir ilişkinin varlığının araştırılmasını içerir. Osteoporozda düşük KMY ve kırık olarak iki önemli fenotipik karekter mevcuttur (4). İlişkilendirme çalışmalarının en basit ve etkili olanı, hasta ve kontrollerin allel sıklıklarını karşılaştıran hasta-kontrol yaklaşımıdır. Hasta-kontrol çalışmaları, genetik polimorfizmler ile populasyonda sık gözlenen hastalıklar arasındaki ilişkiyi araştırmak için kullanılan en yaygın yöntemdir. Bu çalışmalarda genetik etkileri %80 güvenilirlikle (OR ≥ 2,0) tesbit etmek için en az 200 hasta ve 200 kontrolün çalışılması gerektiği öne sürülmektedir (20).

Populasyonlarda hasta ve kontrol grubu bireylerinin karşılaştırılarak yapıldığı ilişki çalışmalarında dikkat edilmesi gereken bazı noktalar vardır. Osteoporozda olduğu gibi hastalık geç yaşta ortaya çıkıyorsa hasta grubunun oluşturulmasında buna dikkat edilmelidir. Kontrol grubu da iyi seçilmelidir. Özellikle asosiasyon bakılan genetik çalışmalarda çeşitli problemler ve sınırlamalar vardır.

(Tablo 1). Çalışma sonucu pozitif ilişki çıkmasına neden olabilecek durumlar; Alel gerçekten hastalık nedeni olabilir, allel hastalık nedeni değildir fakat bağlantı eşitsizliği vardır ya da populasyon heterojen bir populasyon ise yanlış pozitif sonuç verebilir (4,13) .

Polimorfizm Çalışmaları

Polimorfizm, bir toplumda farklı allellere bağlı olarak genetik açıdan belirlenmiş iki veya daha çok alternatif fenotipin görülmesidir (21). Eğer toplumda herhangi bir lokusta en az iki tane yaygın bulunan allel varsa bu lokusun polimorfizm gösterdiği söylenir ve bir allelin toplumdaki sıklığı %1’den fazla olursa bu allel polimorfik olarak adlandırılır (22,23). SNP (Single Nucleotide Polymorphism:Tek Nükleotid Polimorfizm)’ler genomun farklı bölgelerinde meydana gelebilir ve etkileri farklı olabilir (24). (Şekil 2)

Osteoporozla ilişkili çalışılan genlerin bir kısmı Tablo 3’de görülmektedir.

Bone Gla Proteini (BGLAP) Geni: Osteokalsin, kemik doku matriksinde en bol bulunan  non-kollajen proteindir. Daha çok olgun osteoblastlar tarafından sentezlenmesinin yanında osteosit, hipertrofik kondrosit, sementoblast ve odontoblastlar tarafından da sentezlenir (26). Kalsiyum iyonunu kemik matriksine bağlayan osteokalsin, osteoblast sekresyonundan sonra büyük kısmı osteoid matrikste kalırken, %15-30’u dolaşıma serbest olarak geçer ki, immun tayini yöntemi ile ölçülebilen kısmı burasıdır. Çeşitli metabolik kemik hastalıklarında, osteoblast işlevinin duyarlı ve spesifik bir göstergesidir. Rezorbsiyon sırasında matriksten kana salınır. Osteokalsin, kemik dönüşümünün hızlı olduğu hiperparatiroidizm, hipertiroidizm, akromegali ve Paget hastalığında yükselir. Yaşlılarda osteokalsinin gama karboksilasyonu bozulmuştur (27). Yapılan çalışmalarda BGLAP geni promotor bölgesi -298 C/T poliorfizmi osteoporozla ilişkilendirilmiştir (28). Bu kısım maksimum promotor aktivitesine sahiptir,  -298T allelinin OS geninin promoter aktivitesini azalttığı bildirilmiştir BGLAP geninin düşük ekspresyonu, kemik organik matriks bileşiminde osteokalsin düzeyini azaltmaktadır (29,30).

Kollajen Tip1 allfa 1 (Col1A1) ve (Col1A12) Genleri: Kollajen, memelilerde büyük oranda fibroblast ve osteoblastlar tarafından üretilir. Granüllü  endoplazmik retikulum lümeninde prokollagen moleküller olarak sentezlenir, golgi aygıtına geçer ve salgı vesikülleri ile ekstraselular alana aktarılır. Kollajen hareket sisteminin yapı taşlarını, özellikle kemik, kıkırdak, lif ve eklemleri oluşturan proteindir. Bu protein birbiri üzerine sarılmışüç alfa zincirinden meydana gelir. 19 tane değişik tipi tanımlanmış olup, tip I, tip II şeklinde isimlendirilir. Bu çeşitlilik moleküler yapıdan kaynaklanmaktadır. Kollajenin ana molekülü tropokollajendir. İki α1 ve bir tane α2 zincirlerinden oluşan heterodimerik bir molekül olan kollajen, COL1A1 ve COL1A2 genleri tarafından şifrelenir (31,32).

COL1A1 geninin 1. intronunda bulunan Sp1 transkripsiyon bölgesi, kollajen transkripsiyonunun kontrolünde önemlidir. Bu bölgede meydana gelen  tek nükleotid polimorfizmi Sp1 transkripsiyon faktörünün  bağlanma etkinliğini arttırarak COL1A1 transkript düzeyini  arttırır, Böylece bu polimorfizm kollajen α1 ürününün kollajen  α2 olan oranını arttırır. Artmış kollajen α1, anormal homotrimer  yapıda kollajen oluşumuna sebep olmaktadır, Bu durum  kemik kompozisyonu ve mekanik gücünü olumsuz etkiler (32). Ayrıca Col1A1 geni -1997G/T, -1663indelT polimorfizmleri farklıçalışmalarda incelemiş ve -1997G/T polimorfizmi postmenopozal İspanyol kadınlarda KMY ile ilişkili bulunmuştur (33). Son çalışmalardan birinde de Col1A1 (rs1800012) ve Col1A2 (rs412777) polimorfizmlerinin hem kırık riskiyle hemde çocukluk ve ergenlik dönemi kemik kütle artışıyla ilişkili olduğu bildirilmiştir (34).

Östrojen Reseptör α ve ß (ESR1 ve ESR2) Genleri: Menopozda hızlı kemik kaybının asıl nedeni östrojen eksikliğidir. Ovaryumdan salgılanan östrojen hormonu, kemiğin kalsiyumu tutmasına yardımcı olur (35,36). Over fonksiyonlarının durmasından sonraki ilk yıllarda başlayan kemik rezorbsiyonu ile formasyonu arasındaki dengesizlik, kemik yıkılışında belirli bir artıştan; özellikle postmenopozal kemik kaybından sorumludur.  ER’lerin ana fonksiyonu DNA’ya bağlanan transkripsiyon faktörleri gibi gen ekpresyonunu düzenlemektir. DNA’ya bağlanmasının yanında başka fonksiyonları da bulunmaktadır. Östrojen Reseptörünün α ve β olmak üzere iki izoformu bulunmaktadır. Bu reseptörler birçok hücrede hormon ile aktif hale gelerek ESRα(αα)/ESRβ(ββ) homodimeri ya da ESR(αβ) heterodimeri şeklinde bulunabilir (37).  ESR1 ve ESR2 genleri yüksek derecede homoloji gösterir. ESR1 genindeki polimorfizmler ve çeşitli klinik fenotipler arasındaki ilişkileri araştıran çalışmalarda PvuII, XbaI ve kontrol bölgesindeki TA tekrar polimorfizmleri üzerine yoğunlaşılmıştır (38,39). ESR2 AluI (rs4986938, 1730G>A) polimorfizmi menopoz sonrası kadınlarda KMY ile ilişkili bulunmuştur (40).

VDR Geni: Kemik hücre fonksiyonunun düzenlenmesi ve serum kalsiyum homeostazının devamını sağlamasıönemlidir. D vitamininin aktif metabolitleri vitamin D reseptörüne bağlanarak bu görevlerini yerine getirir. VDR geni osteoporoz genetik yatkınlığıçalışmalarında potansiyel bir aday olarak incelenmiştir.39 Vitamin D gerçek steroid hormon olmamakla birlikte, steroid hormonlar gibi nukleer reseptörler aracılığı ile görev yapmaktadır. Kalsitriol [1,25(OH)2D3], VDR’ye bağlanarak kalsiyumun bağırsaktan emilmesini, böbrekten kalsiyum ve fosfatın geri emilimini ve paratiroid hormon düzeyini ayarlamaktadır. VDR osteoporoz aday genlerinden kemik kitlesi üzerinde etkisi olduğu belirlenen ilk gendir. İkiz ve populasyon çalışmalarında KMY ile ilgili varyasyonların %75’inden sorumlu olduğu bildirilmiştir. Osteoporozla ilişkili VDR geni intron 8 bölgesinde BsmI polimorfizmi, ekzon 2’de T/C FokI, promoor bölgede Cdx2  polimorfizmleri tanımlanmıştır (41).

Kalsitonin Reseptör (CALCR) Geni: Kalsitonin osteoklastların yüzeyinde yerlesen CALCR’yi uyararak, kemik resorbsiyonunu inhibe etmektedir. İnsan CALCR geninin en az altı splising varyantı vardır ve bunların ikisi CALCR1(CTR-1) ve CALCR-2 (CTR2) olarak bilinen proteinlerdir. Kemik mineral yogunlugu ile kırılma ve osteoporoz insidansıyla kemik kaybı oranı arasındaki iliski çeşitli araştırıcılar tarafından arastırılmıstır (10). Bu çalısmalarda aynı zamanda demografik olarak populasyonlar arasında gözlenen farklılıkları karakterize etmek için etnik parametreler de ele alınmıstır. CALCR genindeki kodlama bölgesinde meydana gelen tek nükleotid polimorfizmi ekzon 13’te 1340T→C polimorfizmidir. Bu polimorfizm transmembran proteininin intraselüler üçüncü domaininde Prolin→Lösin değişimi nedeniyle kalsitonin reseptörünün sekonder yapısını değiştirerek reseptörün biyolojik aktivitesini değiştirebilir (39,42). 

Reseptör Aktivator Nükleer Kappa B (RANK) ve (RANKL) Geni: Fizyolojik ve patolojik kemik rezorpsiyonunu kontrol eden iki farklı protein daha keşfedilmiştir. Bunlardan, reseptör aktivator nükleer kappa B (RANK) osteoklastlarda bulunan ve RANK ligand (RANKL) ile uyarılarak kemik yıkımına neden olan reseptördür. Kemik kütlesi osteoblast ve osteoklastların birlikte çalışması ile belirlenir. Osteoblastlarda bunu belirleyen temel iki yolak ise RANKL/RANK ve Wnt/β-katenin sistemidir (43). Normal ve patolojik durumlarda kemik rezorpsiyonunun anahtar mediyatörü olan RANK, RANKL’ın kemikteki ana görevi osteoklast oluşumunu ve apoptozun inhibisyonunu sağlayarak kemik kaybı ve rezorpsiyonunu artırmaktır. Osteoblastlar yanında T hücrelerinden de artmış miktarda RANKL salgılanması artrit ve diğer inflamatuar hastalıklara bağlı kemik kaybında RANKL’ın rol oynayabileceğini düşündürmektedir (44). 2010 yılında yapılan bir çalışmada, RANK/RANKL/OPG sinyal yolağındaki genetik varyasyonlar erkeklerde kemik yapım yıkımı ve KMY ile ilişkili bulunmuştur (45). Asya populasyonunda RANK geni +34694C>T (575C>T), +34901G>A ve +35966insdelC polimorfizmlerinin KMY’yi oldukça etkilediği bildirilmiştir (46). RANK geni +35966insdelC polimorfizmi menopoz sonrası Kore ve Kafkas kökenli Slovenyalı kadınlarda  ve  Çinli erkelerde  KMY ile ilişkili bulunurken Çinli kadınlarda ve Slovenyalı erkeklerde ilişki saptanmamıştır (46).

İnterlökin ve İnterlökin Reseptör Genleri: IL-6 pleitropik bir sitokin olup immünite, enflamatuar ve akut faz cevaplarında, hemotopoez, aterogenez ve çeşitli endokrin ve metabolik olaylarda merkezi görev yapar. Kemikte osteoblast, monosit ve T hücreleri tarafından üretilen IL-6 osteoklast farklılaşması ve aktivasyonunda rol oynadığından post-menopozal dönemindeki kemik kaybında da önemli bir rol oynar. IL-6 promotorunda bulunan iki SNP (-174 G>C ve - 572 G>C) ile yaş, menopoz, KMY, östrojen durumu ile kalsiyum ve Vitamin D alımı arasında önemli ilişkiler saptanmıştır (47). Örneğin östrojeni düşük ve kalsiyum alımı zayıf kadınlarda KMY -174CC genotiplerinde en yüksek, GC genotiplerinde orta, GG genotiplerinde ise düşük bulunmuştur (41). Özetle IL-6 promotor varyantları interlökin 6 aktivitesi ve yaşlanmaya bağlı osteoporoz ve ateroskleroz gibi hastalıkları etkilemektedir (41).

TGFß1 Geni: Transforming Büyüme Faktörü, kemik resozorpsiyonu ve formasyonu arasında bağlayıcı faktör olarak rol alır. TGFß1 geni ile yapılan bir çok çalışma osteoporozla ilişkili fenotiplerle ilişkili bulunmuştur. TGFß1 geni intron 4’te yer alan nadir bir C-delesyon polimorfizmi düşük KMY değeri, artmış kemik yapım-yıkımı ve osteoporotik kırıklar ile ilişkili bulunmuştur (41). TGFß1 kodlanan bölgesinde meydana gelen bir diğer poimorfizm sinyal peptid bölgesinde 10. aminoasitte lösin-prolin değişimine neden olur. Bu değişim yüksek KMY değeri ve azalmış kırık riski ile ilişkilendirilmiştir (41). Çalışmalar göstermektedir ki; TGFß1polimorfizm çalışmaları  KMY ve kırık oluşumunda önemli ölçüde katkı sağlamaktadır. Osteoporozla ilişkili intron 4 C delesyonu, kodlama bölgesinde lösin-prolin değişimine neden olan kodon 10 polimorfizmi Japon populasyonunda düşük KMY ve osteoporotik kırıklarla ilişkilendirilmiştir (41).

Lipoprotein reseptör ilişkili Protein (LRP5) Geni: Osteoporoz ve yüksek kemik kütlesi sendromlarında yapılan linkaj analizi çalışmaları sonucunda  kemik kütlesini düzenlemede anahtar role sahip  olduğu  saptanan bir proteindir.  Çeşitli çalışmalar LRP5 yaygın allelleri ile KMY arasında ilişki göstermiştir (41). Birçok varyant çalışılmıştır, bunlar arasında, alanin-valin değişimine neden olan (A1330V) varyasyonu en önemlilerinden biridir.

Sklerostin Geni (SOST):  SOST geni osteositler tarafından üretilen ve kemik oluşumunu inhibe eden sklerostin proteinini kodlamaktadır. SOST genini inaktive edici mutasyonlar yüksek kemik kütlesinin görüldüğü  sklerostozis ve va Buchems hastalıklarına neden olmaktadır (41) . Bu sonuçlar SOST genini KMY‘nin genetik regulasyonunda güçlü bir aday yapmaktadır.

Bağlantı Analizi Çalışmaları ve QTL: Bağlantı Analizinde, marker ve kalıtsal fonotip arasındaki ilişki lod skor ile hesaplanır (17,48). Bu yöntemde geniş ailelere ihtiyaç vardır (44). Basit Mendeliyen davranışlar için bir modeldir fakat kompleks davranışlar için uygulanması zordur. Yanlış modelin kullanılması yanlış bağlantı sonuçlarına neden olabilir. Johnson ve ark 11q12-13 kromozomal lokusunda yüksek kemik kütlesi fenotipi ile ilişkili bağlantı saptamışlardır. Gong ve ark., aynı kromozomal bölgenin osteo-pseudoglioma sendromuna neden olduğunu saptamışlardır (49). Son yapılan bir sibling ikiz çalışmasında KMY ile 11q12-13 bağlantısı doğrulanmıştır (50). Genom çaplı bağlantı araştırmalarında osteoporozla ilişkili sadece BMP2 geni tespit edilmiştir. Bu gen osteoblast farklılaşmasında rol alan kemik morfogenik protein 2’yi kodlamaktadır (51). Bu gen izole bir toplum olan İzlanda’da tespit edilmiştir (41). Araştırıcılar BMP2 geninde kodlanan bölgede osteoporozla ilişkili nonsinonim bir değişim (ser37ala) saptamışlardır. Farklı genişlikte ailelerin kullanılarak düşük kemik yoğunluklu kişilerde  mikrosatellit markırlarının bakıldığıçalışmada (her bir genom için 400-500 markır bakılarak) KMY ile bağlantı gösteren kromozom bölgeleri tespit edilmiştir. Yaklaşık 3000 ailenin bakıldığı bir çalışmada erkeklerde kromozom 10q21 bölgesinde BMD ile ilişkili bir QTL saptanmıştır. Bir diğer çalışmada ise yaşlı kadınlarda ve 50 yaş altı erkeklerde 4q25 kromozomal bölge tespit edilmiştir. Genç bayanlarda çok umut verici cinsiyete özgü bir QTL 15q bölgesinde tespit edilmiş fakat aynı coğrafik bölge erkeklerinde bu bölge ilişkili bulunmamıştır (16). Bu bulgu kadınlarla yapılan bir başka meta analiz çalışma ile desteklenmiştir (16). Bağlantı (QTL) yaklaşımları ilk olarak osteogeesis imperfekta gibi tek genli hastalıkların gen mutasyonlarının haritalanmasında gelişmiştir. Aslında osteoporoz gibi kompleks hastalıklarda, karmaşık birçok bölgenin belirlenmesinde, hassas ve özgül bir yöntem gibi görünmemektedir. Bu nedenle linkaj çalışmaları insanlarda osteoporozla ilişkili yeni genlerin bulunmasına imkan sağlamamıştır. Bazı araştırıcılar SNP’lerle yaptıklarıçalışmada 1p36 bölgesinde KMY ile bağlantı tanımlamışlardır (16).

Hayvan çalışmaları: Hayvanlarda yapılan bağlantıçalışmaları KMY’yi düzenleyen ve OP ile ilişkili diğer özelliklerde etkili olan genlerin belirlenmesinde izlenen bir diğer yoldur. Deney hayvanlarının bu yöntemde kullanılmasının avantajları; çevresel faktörlerin kontrol altında tutulabilmesi, çok sayıda jenerasyonun daha kısa sürede elde edilebilmesi ve çok sayıda örneğin kullanılabilmesi istatistiksel açıdan daha anlamlı sonuçların elde edilmesini sağlamaktadır (12). Bu çalışmalarda düşük ve yüksek KMY’ye sahip fareler kullanılmaktadır. Fare yavrularından elde edilen F1 ve F2 döllerinde değişik KMY değerleri saptanabilir. Elde edilen F2 dölünde genom çaplı araştırmalar yapılabilir ve allellerin kalıtımıyla KMY değerlerinin ilişkisi araştırılabilir. Fareler, ratlar ve primatlarla yapılan bağlantıçalışmalarında, KMY’yi düzenleyan çeşitli kantitatif karakter lokus (QTL)’ler belirlenmiştir (41). Bağlantı analizi,  kemik yapısı, şekli ve gücü gibi osteoporozla ilişkili diğer fenotiplerle ilişkili OTL’lerin saptanmasında da kullanılır. Fare ve ratlarda bir çok QTL tanımlanmasının yanında, bu zamana kadar yapılan çalışmalarda, farelerde KMY’i düzenleyen yanlızca bir gen saptanmıştır. Alox15  adı verilen bu genin kemik kütlesinde negatif regulatör rolünün olduğu düşünülmektedir. Nakavt fare modelleri de bunu desteklemekte ve inhibe edildiğinde KMY değeri yükselmektedir. 2006 yılında yapılan bir insan çalışmasında, Alox12 geni omurga KMY değeriyle ilişkili bulunmuştur. Bu sonuçlardan görüldüğü gibi hayvan deneylerinde  elde edilen sonuçlar, insan çalışmalarıöncesi aydınlatıcı ve yol gösterici olmaktadır (12).

GWAS (Genom Wide Assosiasyon) Çalışmaları ve Meta-analizler: Genotipleme teknolojilerindeki  gelişmeler artık spesifik bir geni incelemeden daha çok  genom çapında da çok sayıda analizi mümkün kılmaktadır (300,000–1,000,000). Bu yöntemle aynı anda birçok SNP bakılabilir. GWAS osteoporoz da dahil olmak üzere birçok kompleks hastalıkta başarıyla uygulanan bir yöntemdir (25). GWAS çalışmalarının avantajı aday gen çalışmalarına yeni yolaklar sunmasıdır. Dezavantajı ise GWAS markır setlerinin common allellerle göre tasarlanması nadir allelleri içermemesidir (25). İstatistiksel eşiğin önemi GWAS için oldukça önemlidir (~10-7) çünküçok sayıda örnek çalışılmaktadır. Meta analizlerle yapılmış asosiasyon çalışmaları birleştirilerek daha çok sayıda örneğin değerlendirilerek daha anlamlı sonuçların elde edilebilmesi sağlanabilir. Osteoporoz alanında Avrupanın sponsorluğunda (GENOMOS: Genetik markers of Osteoporosis) konsorsiyumunun bu genotipleme ve fenotipleme metodlarının standardizasyonunda girişimleri vardır. GENOMOS projesi  bir çok Avrupa ülkeisinden osteoporotik fenotip özellikleri bilinen örneklerin toplandığı ve birçok aday geni içeren çok genişçaplı bir projedir. Bu çalışmada ESR1 geni ile osteoporotik kırık oluşumu ilişkili bulunmuş, KMY ile bir ilişki saptanmamıştır (15). ESR1 geni Xba, PvuII ve TA tekrarları ile KMY arasında pozitif bir iliişki bulumazken,  XbaI polimorfizmi ile kırıklar arasında ilişki saptanmıştır (41). Co1A1 Sp1 polimorfizmi omurga ve kalça kırıklarıyla ilişkilendirilmiştir (41).  Daha sonraki çalışmalarda osteoporozla ilişkili fenotiplerin oluşumunda rol alan genlere TBC1DS (TBC1 domain ailesi, üye), OSPL1A (Oksysterol bağlanma proteini 1A), RAP1 (Ras onkogen aile üyesi), RTP3, (Reseptör transpoerter protein 3), PLCL1 (Fosfolipaz C1) genleri eklenmiştir (3,25).

Son GWAS çalışmalarında ise Tablo5’e ek olarak GALN, IBSP, RSPO3, SOX4 ve FONG genleri KMY ile ilişkili bulunmuştur (52,53).

Gen  Ekspresyonu Çalışmaları: Osteoporosis gen çalışmaları için güncel bir yaklaşım da gen ekspresyonu çalışmalarıdır. Tek yumurta ikizleriyle yapılan bir çalışmada, ikizlerden alınan örneklere osteoblast hücre kültürü uygulanmış ve KMY için diskordans göstermiştir. Genom çaplı ekspresyon çalışmalarında, kemik dokudan aspirasyonla alınan hücrelerin, hücre kültürü yöntemiyle ekspresyonlarına bakıldığında, kemik fizyolojisiyle ilişkili genlerin ekspresyonlarının farklı olduğu görülmüştür (12) . Diğer bir çalışmada, MMP3, RANKL,OPG ve BGLAP gen ekspresyonlarına bakılmış ve MMP3 ve BGLAP’ın osteoporotik kırık ve osteoartritili hastalarda ekpresyonunda artış olduğu, RANKL ve OPG’nin ise osteoporotik hastalarda osteoartritili hastalara oranla ekpresyonunun daha yüksek olduğu saptanmıştır (54). Ekspresyon çalışmalarında örnek sayısı fazla olamamaktadır ve bu çalışmalar için yeni teknolojilerin geliştirilmesi yararlı olacaktır.

Osteoporoz Farmakogenetiği: Osteoporoz genetiği iki ana alandan oluşmaktadır: Bunlardan ilki hastalığın genetiği ve diğeri ilaç yanıtında farmakogenetiktir. Osteoporoza yatkınlığın genetiği yaygın olarak çalışılmıştır. Asosiasyon çalışmalarında 40’tan fazla aday gen belirlenmiş ve bunların kemik kantitatif ve nitel özellikleri ile ilişkisi yayınlanmıştır. Bu çalışmaların sonuçları olmasına rağmen hala tartışmalıdır ve ikna edici sonuçlar henüz ortaya çıkmamıştır. Bunun yanında, osteoporozla ilişkili farmakogenetik çalışmalar daha azdır. Farmakogenetik bir ilaç tedavisine oluşabilecek yanıtı ve yan etkileri tahmin edebilmemize yardımcı olur. Osteoporoz hastalarında da ilaçların kişilerde çok farklı etkiler gösterdiği bilinmektedir. Osteoporoz genetiği ile ilişkili yapılan çalışmalarda, VDR, ER1, ER2 ve COL1A1 genleri incelenmiştir. Bu konuda sınırlı olan çalışmalardan ilki Şimşek ve arkadaşları tarafından 2008 yılında yapılmıştır (32) . Col1A1 geni intron 1 Sp1 polimorfizmini 3 yıl boyunca düşük doz hormon tedavisi alan kadınlarda araştırmış ve SS genotipli kadınlarda KMY değerinin Ss genotiplilere oranla daha yüksek olduğu saptamıştır (55) .Diğer çalışmada,  2 yıl aminobifosfanat tedavisi gören kadınlar da farnesil fosfataz sentetaz geni (FDPS) çalışılmış ve CC genotipinin daha düşük yanıt gösterdiği saptanmıştır (55). 2009 yılında yapılan bir çalışmada, LRP5 5 V667m ve A1330V polimorfizmleri çalışılmış, 2 yıl risedronat kullanımı ile başarılı bir sonuç bulunamamıştır (56). 2010 yılında yapılan bir çalışmada ise, FDPS geni (rs2297480) ve rs11264361) GGPS1 (rs3841735) gen polimorfizmleri 1 yıl bifosfonat tedavisi alan hastalarla çalışılmış ve   1 yıllık bifosfanat tedavisi ile GGPS1 geni rs3840452 polimorfizmini heriki allelinde taşıyan düşük KMY gelişimi göstermiştir. (-8188Adel) delesyonu olan kadınlar bifosfanat tedavisine yanıtta daha düşük KMY gelişimi göstermiştir (57). Farmakogenetik osteoporozlu hastaların genotiplerine uygun en etkili dozun verilebilmesi, yan etkilerinden de en az zarar görebilmesi, ilaç tedavisinin optimize edilmesi açısından oldukça yararlı olacak bir bilim dalıdır.

DNA Dizileme Teknolojileri: Osteoporozun genetik temelinin belirlenmesine yönelik  bir çok çalışma yapılmasının yanında, yeni nesil dizileme teknikleri genetik etkenlerin incelenmesinde daha kapsamlı bilgi elde edinilmesini sağlayacaktır. Özellikle nadir allellerin belirlenmesinde ve yeni varyantların saptanmasında en etkili yöntem dizileme teknikleridir (25).

Osteoporoz Gelişiminde Etkili Diğer Faktörler: Osteoporoz gelişiminde, sigara-alkol kullanımı, kalsiyum tüketimi, egzersiz alışkanlığı gibi diğer etkenlerin de rol aldığı bilinmektedir. 620 Çinli kadınla yapılan çalışmada daha az uyuyan kadınlarda KMY değerinin daha düşük olduğu bildirilmiştir (58). Daha önceki çalışmalarda yağ dokusunun osteoporoza karşı koruyucu olduğunun bildirilmesinin yanında son çalışmalardan birinde 398 obez birey çalışılmış, fazla kilonun kemik dokuyu olumsuz etkilediği ve KMY değerinin bu bireylerde yaşla uyumlu beklenen değerden daha düşük olduğu saptanmıştır (59). Alkol tüketiminin kemik üzerindeki etkilerini araştıran bir çalışmada kadınlarda günde 1 bardak erkeklerde ise günde iki bardak alkol tüketiminin kemik dokusu için zararlı olmadığı fakat bu miktar arttırıldığında yaş, cinsiyet ve hormonal duruma da bağlı olarak kemik dokusunun zarar göreceği ve KMY’nin  azalacağı bildirilmiştir (60). Hamilelik döneminde kadınlarda kemik kütlesinin azaldığı, özellikle ikiz gebeliklerde ve anne sütü almamış kadınlarda bu azalmanın daha fazla olduğu saptanmıştır (61).

Geleceğe Yönelik Çalışmalar ve Sonuçlar: Genetik çalışmalar ile tanımlanan yeni genler iki şekilde yarar sağlayacaktır:
1.Riskin belirlenmesi: genotip analiziyle varyantların belirlenmesi, riskli alleleri taşıyan bireyler önceden belirlenerek erken dönemlerde önleyici önlemler alınabilecektir. 2.Tedaviye cevabın tahmini: farmakogenetik ile kişisel tıp uygulanabilecektir.

Osteoporoz genetiği ile ilişkili yapılan çalışmaların sonuçları kemik yoğunluğu ve niteliği tahmininde son derece önemlidir, bunlar özellikle  kırık riskinin tahmininde yol göstericidir. Yeni sonuçların elde edilmesi için, pratik uygulamalarda diğer araştırıcılar ve hastalarla iyi bir işbirliği gerekmektedir. Gelecekte daha kapsamlıçalışmalar ve fonksiyonel analizlerin yapılması umut edilmektedir. Bu hem osteoporozun tanısı hem de beslenme ve ilaç tedavisinde kişisel profillerinin belirlenmesi açısından yararlı olacaktır.