A Novel Marker for Precocious Puberty and Effects of Polymorphisms of the EAP1 gene on Sex Hormone Levels

Abstract

OBJECTIVES The initial aim of this study was to determine the availability of gonadotropin releasing hormone (GnRH) levels as a screening tool of precocious puberty. The second aim was to evaluate the effects of polymorphisms of the enhanced puberty at protein (EAP)1 gene on sex hormone levels. METHODS Within EWHA birth cohort aged 7-9 at 2011-2012, all of the girls (n=189) were recruited for the cohort study. And the case-control study consisted of 47 boys with precocious puberty and the same number of age-matched controls were selected randomly. In order to examine the association between levels of sex hormones and precocious puberty, serum kisspeptin, GnRH, follicle stimulating hormone (FSH), luteinizing hormone (LH), estradiol, testosterone, dehydroepiandrosterone (DHEA), and androstenedione were measured, and cutoff levels of sex hormones were evaluated. To identify the influence of genetic polymorphisms on the sex hormone levels, 3 single nucleotide polymorphisms (SNPs) including EAP1 rs17105180, rs879027, and rs205811 were analyzed. RESULTS There were positive correlation between FSH and estradiol levels and precocious puberty, while there was negative correlation between GnRH levels and precocious puberty. From the ROC curve, the optimal cutoff value of GnRH to predict the precocious puberty was 40.50 (pg/mL), with 31.76% sensitivity 90.24 % specificity. The proper cutoff of serum FSH level was 3.43 (IU/L) and in that level, sensitivity was 51.22 % and specificity was 86.49 %. In the cutoff level of 14.25 (pg/mL) of serum estradiol, sensitivity was 50 % and specificity was 88.11 %. Among 138 girls with GnRH values less than the cutoff, 37 (26.8 %) revealed to have precocious puberty. Ninety two percent of girls (47 of 51) who had GnRH level higher than the cutoff showed no signs of precocious puberty. Using the cutoff level of FSH, there were 21 girls with precocious puberty among 41 girls that had FSH levels higher than the cutoff, and 128 girls (86.5 %) revealed to have prepuberty among 148 girls who had FSH levels less than cutoff. Twenty out of 37 girls (54.1 %) who had estradiol levels higher than the cutoff have shown signs of precocious puberty, and 126 out of 146 girls (86.3 %) who had estradiol levels less than cutoff were normal. Using the combined cutoff levels of GnRH, FSH, and estradiol, sensitivity and specificity increased up to 75% and 95%, respectively. Although none of the studied SNPs showed association with precocious puberty, kisspeptin levels in girls with GG genotypes of rs17105180 were almost twice (58.52 ± 59.70 pg/mL) as much as those of girls with TT (22.73 ± 35.66 pg/mL) and TG (17.44 ± 21.64 pg/mL) genotypes. In addition, girls with TT and TG genotypes had 36.03 ± 23.74 pg/mL and 30.15 ± 18.27 pg/mL of serum GnRH level, which was almost two times higher than GnRH level of girls with GG genotype (15.20 ± 5.29 pg/mL). Boys with the rs879027 variant allele had significantly higher FSH level (1.12 ± 1.08 IU/L in heterozygotes and 1.69 ± 1.37 IU/L in homozygotes) compared to boys with wild-type alleles (0.75 ± 0.63 IU/L)(P < 0.05). DHEA levels were also significantly different by the genotypes of rs879027. CONCLUSIONS This study confirmed the usefulness of serum GnRH, FSH, and estradiol levels for screening precocious puberty. Sensitivity and specificity to detect precocious puberty in girls were achieved up to 75 and 95%, respectively, by combining cutoff levels of the GnRH, FSH, and estradiol. Boys with precocious puberty had lower GnRH levels than boys with prepuberty. Kisspeptin and GnRH levels were associated with a polymorphism (rs17105180) of EAP1 in girls. In boys, a polymorphism (rs879027) of EAP1 was related with FSH and DHEA levels.;연구 목표 본 연구는 성선자극호르몬 방출호르몬 수치가 성조숙증의 검사도구로 활용되어질 수 있는지 조사하고 유전적 다형성이 성호르몬 수치에 미치는 영향을 평가함으로써 성조숙증의 예방 및 조기진단에 기여하고자 하였다. 대상 및 방법 2001년부터 2005년까지 이화여자대학교 부속 목동 병원 산부인과에 내원한 임신 중기(24-28주)의 산모를 대상으로 연구 참여에 동의를 구하고, 본원에서 분만하여 임신 결과가 있는 경우 그들의 자녀를 대상으로 코호트를 구축하였다. 지속적으로 추적 관찰하여 자녀가 만 7-9세가 되었을 때 검진을 시행하여 신체계측 및 혈액 시료를 수집하였다. 혈청에서 키스펩틴, 성선자극호르몬 방출호르몬, 난포자극호르몬, 황체형성호르몬, 에스트라디올, 테스토스테론, 안드로스텐디온, 디하이드로에피안드로스테론을 측정하여 성조숙증과의 연관성을 평가하고 성조숙증을 예측하기 위한 호르몬 기준을 설정했다. 또한 유전적 다형성이 성호르몬의 수치에 미치는 영향을 평가하기 위하여 채집한 혈액으로부터 EAP1 유전자에서 3 종류의 단일염기다형성을 분석하였다. 결과 여자아이들을 대상으로 했을 때, 성선자극호르몬 방출호르몬은 성조숙증을 가진 군에서 유의하게 낮은 수치를 보였고 에스트라디올과 난포자극호르몬은 성조숙증을 가진 군에서 유의하게 높은 수치를 나타냈다. ROC 곡선을 이용하였을 때, 성조숙증을 예측하기 위한 적절한 성선자극호르몬 방출호르몬 농도는 40.50 pg/mL이었고 이 때의 민감도는 31.76%, 특이도는 90.24%였다. 성선자극호르몬 방출호르몬 농도가 40.50 pg/mL보다 낮은 군에서 37명 (26.8%)의 여자아이가 성조숙증을 나타냈고 40.50 pg/mL 보다 높거나 같은 군에서 47명 (92.2%)의 여자아이들은 아직 사춘기가 시작되지 않았다. 난포자극호르몬과 에스트라디올의 적정 농도는 각각 3.43 IU/L, 14.25 pg/mL이었다. 민감도는 난포자극호르몬이 51.22 %, 에스트라디올이 50 %이고 특이도는 각각 86.49%, 88.11%로 나타났다. 난포자극호르몬이 3.43 IU/L보다 높거나 같은 군에서 성조숙을 보인 여자아이들은 21명 (51.2%)이었고 에스트라디올이 14.25 pg/mL보다 높거나 같은 군에서는 20명 (54.1%)로 나타났다. 반대로 난포자극호르몬이 3.43 IU/L보다 낮은 군에서 정상인 여자아이들은 128명 (86.5%), 에스트라디올이 14.25 pg/mL보다 낮은 군에서는 126명 (86.3%)였다. 성선자극호르몬 방출호르몬이 40.50 pg/mL보다 낮고 난포자극호르몬과 에스트라디올이 적정 농도보다 높거나 같은 수치를 가진 여자아이들 중에서 75%가 성조숙증을 나타냈다. 반대로 성선자극호르몬 방출호르몬이 40.50 pg/mL 보다 높거나 같고 난포자극호르몬과 에스트라디올이 적정 농도보다 낮은 수치를 가진 군에서는 95.2% 가 정상이었다. 3종류의 단일염기다형성 유전형을 분석한 결과에서는 rs879027가 성호르몬 수치에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 여자아이들에서는 통계적 유의성을 나타나지 않았지만 GG 대립형질을 가진 군에서 키스펩틴 수치가 다른 군에 비해 2배정도 높게 나타났고 반면, 성선자극호르몬 방출호르몬은 2배 가량 낮은 수치로 나타났다. 남자아이들에서는 난포자극호르몬과 디하이드로에피안드로스테론이 rs879027의 유전형에 영향을 받았다. 결론 본 연구에서는 혈청에서의 성선자극호르몬 방출호르몬, 난포자극호르몬, 에스트라디올 수치를 성조숙증의 검사도구로 사용할 수 있는지 여부를 확인하고 여자아이들에서 성조숙증을 예측할 수 있는 적정농도를 찾았다. 남자아이들에서는 성호르몬들 중 유일하게 성선자극호르몬 방출호르몬만 성조숙증을 가진 군과 정상인 군 사이에 유의한 차이를 보였다. EAP1 유전자의 단일염기다형성 중, rs171015180은 여자아이들에서 키스펩틴과 성선자극호르몬 방출호르몬 수치에 영향을 미쳤고 남자아이들에서는 rs879027이 난포자극호르몬과 디하이드로에피안드로스테론 수치에 유의한 영향을 미쳤다.