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Die Studie des menschlichen T1D (Type 1 Diabetes), als eine Autoimmunerkrankung der Bauchspeicheldrüse, könnte man mit der Entdeckung von Insulin unter Verwendung von pankreatectomisierten Tieren argumentieren. Es folgten Studien zur Verfeinerung des Insulinersatzes, Verbesserung der Technologien und zur Untersuchung von Stoffwechsel- und Autoimmunphänomenen in Blutproben. Während Tiermodelle eine Endorgananalyse erlaubten, war die Untersuchung der menschlichen Bauchspeicheldrüse im Vergleich zu Studien mit peripherem Blut stark eingeschränkt. Anhand der so genannten peripheren Blutstudien, die nPOD (Network for Pancreatic Organ Donors with Diabetes), konnte eine menschliche Bauchspeicheldrüsenbank mit Proben von Personen zusammenzustellt werden, die durch die Analyse peripherer Blut-Autoantikörper (Wasserfall, et al., 2016) für T1D als risikoreich eingestuft wurde [CW 1]. Das Hauptziel meiner Dissertation bestand darin, mit diesen noch immer ansteigenden Proben, einige grundlegende Fragen der menschlichen T1D-Biologie zu beantworten. Zuerst konnten meine Kollegen und ich Insulitis bei Autoantikörper-positiven Probanden und bei Patienten mit T1D-Diagnose (Campbell-Thompson, et al., 2016a) studieren [CW 2]. Dabei fanden wir in 2 von 5 Pankreasproben Insulitis von Autoantikörper-positiven Probanden, beide mit der Kombination GADA und IA-2A. In Pankreasproben von T1D-Spendern mit weniger als einem Jahr Krankheitsdauer hatten 100% der Patienten eine Insulitis. Während, in denen mit mehr als einem Jahr Krankheitsdauer, 23% der Insulitis aufzeigten. Dies impliziert, dass die Insulitis vorwiegend zum Krankheitsbeginn auftritt und danach abnimmt. Das steht im extremen Gegensatz zum NOD-Mausmodell, bei dem Insulitis sehr früh auftritt und bei 100% der Inzuchtmäuse, unabhängig davon, ob sie T1D entwickeln oder nicht. Auch im Gegensatz zum NOD, während β-Zellmasse in T1D-Pankreasproben reduziert wurde, fehlte es nicht ganz. Wir bestätigten ebenfalls die Ergebnisse einer reduzierten Gesamtmasse menschlicher T1D-Pankreasproben, die nicht durch fehlende β-Zellen erklärt werden, da die nur einen kleinen Teil des Organs ausmachen. Dies impliziert den Verlust von exokrinem Gewebe in einer Art und Weise, die bis heute ungeklärt bleibt. Weiterhin haben wir getestet, ob Komplement eine potenzielle Rolle in T1D spielt, indem die C4d-Deposition als Marker für (Auto) Antikörpervermittelte Ereignisse verwendet wurde (Rowe, et al., 2013) [CW 3]. Unerwarteterweise fanden wir heraus, dass es erhöhte C4d Antikörperfärbung in T1D Pankreasproben gab. Dies implizierte die Verteilung potentieller exokriner Entzündungen und nicht unbedingt Insel-spezifische Ereignisse. Ob dies mit den Befunden der kleineren Bauchspeicheldrüse in T1D zusammenhängt, ist eine naheliegende Frage für zukünftige Studien. Bei der Zusammenstellung dieser Begriffe verwendete ich eine Technik, um Proteine aus gefrorenen Abschnitten der Bauchspeicheldrüse zu extrahieren und fand die Persistenz von Proinsulin, während die Insulin- und C-Peptid-Konzentrationen niedrig bis nicht nachweisbar durch ELISA in T1D-Proben waren (Wasserfall, et al., 2017) [CW 4]. Weiterhin konnten wir zeigen, dass INS mRNA durch ISH und RT-qPCR zusammen mit Proinsulin und Insulin durch Immunhistochemie anwesend war. Wir waren ebenfalls in der Lage, die Progression von T1D semi-quantifizieren, durch den Verlust von Insulin in Inselchen, sondern die Persistenz von Insulin-positiven Einzelzellen mit längerer Krankheitsdauer. Das Enzym PCSK1 wurde außerdem in T1D-Proben durch RT-qPCR reduziert, was auf einen möglichen Mechanismus für die unvollständige Verarbeitung von Proinsulin zu reifem Insulin und CPeptid hindeutet. Die Aufklärung dieses Prozesses und die Frage, ob die einzelnen insulinpositiven Zellen als therapeutische Option gerettet werden können oder ob sie die Zellen von β dedifferenzieren, werden in Zukunft weiterverfolgt.:TABLE OF CONTENTS II LIST OF ABBREVIATIONS IV LIST OF FIGURES V SUMMARY 1 1 MOTIVATION 1 2 STATE OF THE ART 6 2.1 Type 1 diabetes is an autoimmune disease 6 2.2 Models of type 1 diabetes 6 2.3 Humoral immune responses in type 1 diabetes 7 2.4 Genetics and Cell mediated immunity in type 1 diabetes 8 2.5 The lesion in type 1 diabetes 11 2.6 Prediction of type 1 diabetes in the general human population 14 3 OBJECTIVES 17 4 OWN RESEARCH RESULTS 19 4.1 Screening organ donors for type 1 diabetes autoantibodies is feasible 19 4.2 The insulitis lesion in humans reveals the heterogeneity of type 1 diabetes 20 4.3 Complement deposition in the human pancreas is not specific to islet blood vessels 22 4.4 The pancreas of individuals with type 1 diabetes shows progressive loss of insulin, but proinsulin persists 22 5 DISCUSSION 26 5.1 Even with a low prevalence disease such as T1D it is possible to screen organ donors for the presence of disease specific autoantibodies 26 5.2 Insulitis in the natural history of T1D 26 5.3 Complement deposition in the natural history of T1D 28 5.4 Presence of endocrine hormones in the natural history of T1D 29 6 RESUME 31 SUMMARY GERMAN 33 BIBLIOGRAPHY 35 LIST OF PUBLICATIONS 53 [CW1] Validation of a rapid type 1 diabetes screening assay for community-based screening of organ donors to identify subjects at increased risk for the disease 54 [CW2] Insulitis and β-Cell Mass in the Natural History of Type 1 Diabetes 66 [CW3] Increased Complement Activation in Human Type 1 Diabetes Pancreata 82 [CW4] Persistence of Pancreatic Insulin mRNA Expression and Proinsulin Protein in Type 1 Diabetes Pancreata 87 CURRICULUM VITAE 101 ACKNOWLEDGEMENTS 121 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG 124 ANLAGE 1 125 ANLAGE 2 127

Modern medical practice and science involve complex phenotypic definitions. Understanding patterns of association across this range of phenotypes requires co-analysis of high-dimensional association studies in order to characterise shared and distinct elements. In this thesis I address several problems in this area, with a general linking aim of making more efficient use of available data. The main application of these methods is in the analysis of genome-wide association studies (GWAS) and similar studies. Firstly, I developed methodology for a Bayesian conditional false discovery rate (cFDR) for levering GWAS results using summary statistics from a related disease. I extended an existing method to enable a shared control design, increasing power and applicability, and developed an approximate bound on false-discovery rate (FDR) for the procedure. Using the new method I identified several new variant-disease associations. I then developed a second application of shared control design in the context of study replication, enabling improvement in power at the cost of changing the spectrum of sensitivity to systematic errors in study cohorts. This has application in studies on rare diseases or in between-case analyses. I then developed a method for partially characterising heterogeneity within a disease by modelling the bivariate distribution of case-control and within-case effect sizes. Using an adaptation of a likelihood-ratio test, this allows an assessment to be made of whether disease heterogeneity corresponds to differences in disease pathology. I applied this method to a range of simulated and real datasets, enabling insight into the cause of heterogeneity in autoantibody positivity in type 1 diabetes (T1D). Finally, I investigated the relation of subtypes of juvenile idiopathic arthritis (JIA) to adult diseases, using modified genetic risk scores and linear discriminants in a penalised regression framework. The contribution of this thesis is in a range of methodological developments in the analysis of high-dimensional association study comparison. Methods such as these will have wide application in the analysis of GWAS and similar areas, particularly in the development of stratified medicine.