Abstract Sciatica is a common musculoskeletal disorder, especially among the working-age population. It causes huge costs to society through work absenteeism and hospital treatments. The common cause of sciatica is the herniated lumbar disc compressing the nerve root. The neurological deficit resulting from this compression can be either sensory or motor-related. Earlier studies have shown both genetic and environmental factors to exist in the aetiology of sciatica. The aim of this study was to investigate how individual, physical and work-related risk factors associate with sciatica, and to determine the prevalence of sciatic pain among Finnish adolescents. The data used in this study were from large, population-based Finnish surveys: the Northern-Finland Birth Cohort 1986, the Mobile Clinic Health Examination Survey, the Mini-Finland Health Survey, Health 2000, the Young Finns Study, and the Helsinki Health Studies. The results of this study showed that sciatic symptoms are already common among adolescents. Young women in particular reported sciatic pain more often than men. Low back pain at the age of 16 predicted sciatic pain at the age of 18. Physically demanding work, smoking and obesity were found to predict an increased risk of hospitalization for sciatica. In the Mobile Clinic Health Examination Survey, leisure-time physical activity protected men from hospitalization for sciatica, whereas among women obesity increased this risk. Occupation also modified the effects of various risk factors. In the Mini-Finland Health Survey, overweight and obese participants who had been exposed to whole body vibration in their work were at a higher risk of hospitalization due to sciatica. In addition, lifting and carrying heavy objects at work, or sedentary work involving the handling of heavy objects predicted an increased risk of hospitalization for sciatica. Heavy or very heavy work protected against hospitalization for sciatica. A meta-analysis of four prospective cohort studies showed that walking and cycling to work reduced the risk of hospitalization for sciatica. This thesis extends our knowledge regarding the risk factors for sciatica. Its results show that these risk factors are complex and can modify each other’s effects. Thus, further research on the interactions of the various risk factors is needed. / Tiivistelmä Iskias on etenkin työikäisten keskuudessa yleinen sairaus, joka aiheuttaa paljon työkyvyttömyyttä ja sairaalahoitoja ja siten kustannuksia yhteiskunnalle. Iskiaksen taustalla on yleensä välilevyn pullistuma, joka painaa hermojuuria. Hermojuuren puristuksesta aiheutuva neurologinen puutosoire voi olla joko sensorinen tai motorinen. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet iskiaksen taustalla olevan sekä geneettisiä että ympäristötekijöitä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää yksilöllisten, fyysisten ja työhön liittyvien riskitekijöiden yhteyttä iskiakseen sekä tutkia iskiaskivun yleisyyttä suomalaisilla nuorilla aikuisilla. Aineistoina tutkimuksessa käytettiin laajoja väestöpohjaisia suomalaisia aineistoja: Pohjois-Suomen syntymäkohorttia 1986, Autoklinikka- ja Mini-Suomi-aineistoja sekä Terveys 2000-, Young Finns- ja Helsinki Health Study -tutkimuksia. Tutkimuksessa selvisi, että iskiasoireet ovat yleisiä jo nuorilla aikuisilla ja etenkin naiset raportoivat iskiaskipua useammin miehiin verrattuna. 16-vuotiaana ilmennyt alaselkäkipu oli myös yhteydessä iskiasoireisiin 18 vuoden iässä. Työn fyysisen rasittavuuden, tupakoinnin ja lihavuuden todettiin lisäävän sairaalahoitoon johtaneen iskiaksen riskiä. Autoklinikka-aineistossa vapaa-ajan fyysinen aktiivisuus suojasi miehiä sairaalahoitoon johtaneelta iskiakselta, naisilla taas ylipaino lisäsi iskiaksen riskiä. Lisäksi ammatti näytti muokkaavan riskitekijöiden assosiaatioita. Mini-Suomi-aineistossa ylipainoiset ja lihavat henkilöt, jotka olivat altistuneet työssään koko kehon tärinälle, olivat korkeammassa riskissä sairaalahoitoon johtaneen iskiaksen suhteen. Töissä raskaiden esineiden nostaminen tai kantaminen tai painavien esineiden käsittelyä sisältävä istumatyö lisäsivät myös iskiaksen riskiä. Raskas tai erittäin raskas fyysinen työ taas näytti suojaavan sairaalahoitoon johtaneelta iskiakselta. Neljän prospektiivisen kohorttitutkimuksen meta-analyysissä selvisi, että työmatkapyöräily tai -kävely vähensivät sairaalahoitoon johtaneen iskiaksen riskiä. Tämä väitöstutkimus kasvattaa ymmärtämystä iskiaksen taustalla olevista riskitekijöistä. Tulokset osoittavat, että iskiaksen riskitekijät ovat moniulotteisia ja voivat muokata toistensa vaikutuksia, joten lisätutkimusta eri riskitekijöiden välisistä interaktioista tarvitaan.

Abstract Low back pain (LBP) is the leading cause of years lived with disabilities worldwide. Intervertebral disc (IVD) degeneration is a strong contributing factor to LBP. Recent studies have shown that genetic determinants contribute markedly to IVD degeneration but knowledge about the actual genes involved as well as their roles is still limited. The aim of this thesis work was to study genetic factors that may predispose to IVD degeneration. Using both family and case-control association study designs, variants in five genes showed association with IVD degeneration on magnetic resonance imaging (MRI) in a population-based sample and among patients with sciatica due to lumbar disc herniation (LDH). We performed a candidate gene association study of the known variants implicated in IVD degeneration in a Finnish cohort of 538 young individuals with a moderate degree of lumbar IVD degeneration on MRI. We were able to confirm the associations of variants in the IL6, SKT, and CILP genes, which provides further evidence for true associations. Based on our earlier linkage study in Finnish sciatica families, we performed a candidate gene analysis and identified IL17F as a potential candidate gene. To the best of our knowledge this is the first study to observe an association between this gene and discogenic sciatica. Both IL-6 and IL-17 are pro-inflammatory cytokines with elevated expression levels in herniated tissues, which suggest a role in IVD degeneration. Study of the role of genes coding for inflammatory mediators is of interest as it may contribute to the understanding of the overall inflammatory response of the disc. In addition, we reported on the involvement of SKT in the etiology of lumbar disc herniation (LDH) both in Japanese and Finnish case-control samples. Experimental studies in mice have shown that Skt homozygous mutants exhibit disc abnormalities resulting in a kinky tale phenotype. We hypothesized that the human homolog SKT could have long-term importance in the onset of IVD degeneration by making the discs more vulnerable. Finally, through linkage studies and in the subsequent association analyses, the role of CHST3 as a novel risk factor for IVD degeneration was identified. CHST3 encodes an enzyme that catalyzes the sulfation of chondroitin, and mutations in this gene are associated with spondylepiphyseal dysplasia and humerospinal dysostosis. In our study, we identified this gene using genome –wide linkage based on data from a Southern Chinese family and speculated that mild CHST3 reduction caused by the reported susceptibility SNP could result in disc degeneration in adults in conjunction with other risk factors. This thesis provides new information about the genetic background of IVD degeneration and new insights into the etiology of the disease. The specific roles of these genes in the IVD function and pathogenesis of sciatica are not clear however, and need to be elucidated. / Tiivistelmä Alaselkäkipu on yksi yleisimmistä sairauksista ja johtava syy työkyvyttömyyteen. Välilevyrappeuma myötävaikuttaa merkittävästi alaselän kipuun. Vaikka aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että perintötekijöillä on vahva osuus välilevyrappeumaan, altistavat geenit ja niiden rooli tunnetaan huonosti. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli arvioida tiettyjen perintötekijöiden osuutta välilevyrappeumassa ja tunnistaa taudille altistava geeni perheaineistossa aiemmin havaitulta kromosomialueelta. Aineistoina tutkimuksessa olivat perheaineistot sekä laajat potilas-kontrolliaineistot suomalaisesta ja aasialaisista väestöistä. Tutkimuksessa osoitimme, että perimän vaihtelut viidessä tutkitussa geenissä altistivat erilaisille välilevyrappeuman taudin muodoille. Tutkimus, jossa analysoimme aiemmin tunnistettuja alttiusgeenejä, vahvisti IL6, SKT ja CILP geenien vaihteluiden osuuden taudin alttiustekijöinä. Tutkimusaineistona oli pohjoissuomalainen syntymäkohortti, jossa välilevyrappeuma oli määritetty magneettikuvauksella (MRI). Suomalaisessa perheaineistossa tehdyn kokogenomin laajuisen kartoituksen pohjalta analysoimme IL17F geenin mahdollisena uutena alttiusgeeninä oireiselle välilevytaudille. Kahdesta geenin variantista koostuva haplotyyppi assosioitui tautiin merkitsevästi. Lisäksi osoitimme, että SKT-geenin tietty muutos altistaa välilevyn pullistumille sekä japanilaisessa että suomalaisessa potilasaineistossa. Hiirikokeissa on havainnoitu, että SKT-geenin homotsygootti mutaatio johtaa välilevy-poikkeamaan, joka edelleen aiheuttaa hiiren poikkeavan häntäilmiasun-. Hypoteesimme oli, että ihmisen SKT -geeni voi myötävaikuttaa välilevypullistuman kehittymiseen altistamalla välilevyt rappeumalle. Edelleen, laajassa usean populaation aineiston käsittävässä tutkimuksessa osoitimme CHST3-geenin muutoksen altistavan välilevyrappeumalle. Peittyvästi periytyvät muutokset tässä geenissä aiheuttavat perinnöllisiä harvinaisia luusairauksia. Tämä väitöstutkimus tarjoaa uutta tietoa välilevyrappeuman geneettisestä taustasta ja auttaa taudin syiden tutkintaa. Geenien rooli välilevyn toiminnassa ja muutosten vaikutus taudin kulkuun vaativat kuitenkin vielä lisätutkimuksia.