Abstract Parkinson’s disease and Huntington’s disease are progressive neurodegenerative movement disorders that typically manifest in adulthood. In this study, genetic risk factors contributing to these two movement disorders were investigated in Finnish patients. Patients with early-onset or late-onset Parkinson’s disease as well as population controls were examined. The p.L444P mutation in GBA was found to contribute to the risk of Parkinson’s disease. POLG1 compound heterozygous mutations were detected in two patients with Parkinson’s disease and rare length variants in POLG1 were associated with Parkinson’s disease. Variants in SMPD1, LRRK2 or CHCHD10, previously detected in other populations, were not detected, suggesting that they are rare or even absent in the Finnish population. Patients with Huntington’s disease were investigated for HTT gene haplotypes as well as whether these haplotypes alter the stability of the elongated CAG repeat. Haplogroup A was less common in Finns than in other European populations, whereas it was significantly more common in patients with Huntington’s disease than in the general population. Certain HTT haplotypes as well as the parental gender were found to affect the repeat instability. We found that compound heterozygous mutations in POLG1 were causative of Parkinson’s disease, rare length variants in POLG1 were associated with Parkinson’s disease and GBA p.L444P was significantly more frequent in patients than in the controls, which suggests that these mutations are associated with the development of Parkinson’s disease. The low prevalence of Huntington’s disease in Finland correlates with the low frequency of the disease-associated HTT haplogroup A. Paternal inheritance combined with haplotype A1 increased the risk of repeat expansion. Movement disorders in Finland were found to share some of the same genetic risk factors found in other European populations, but some other recognized genetic variants could not be detected. / Tiivistelmä Parkinsonin tauti ja Huntingtonin tauti ovat hermostoa rappeuttavia eteneviä liikehäiriösairauksia, jotka tyypillisesti ilmenevät aikuisiällä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin näiden kahden liikehäiriösairauden geneettisiä riskitekijöitä suomalaisilla potilailla. Tutkimme potilaita, joilla oli varhain alkava Parkinsonin tauti tai myöhään alkava Parkinsonin tauti sekä väestökontrolleja. GBA-geenin p.L444P mutaation havaittiin lisäävän Parkinsonin taudin riskiä. Kaksi Parkinsonin tautia sairastavaa potilasta oli yhdistelmäheterotsygootteja haitallisten POLG1-geenin varianttien suhteen ja harvinaiset POLG1 CAG toistojaksovariantit assosioituivat Parkinsonin tautiin. Tutkittuja variantteja SMPD1-, LRRK2- ja CHCHD10-geeneissä ei löydetty tästä aineistosta lainkaan, mikä viittaa siihen, että ne puuttuvat suomalaisesta väestöstä tai ovat harvinaisia. Huntingtonin tautia sairastavilta potilailta tutkittiin HTT-geenin haploryhmiä ja niiden vaikutusta Huntingtonin tautia aiheuttavan pidentyneen toistojakson epästabiiliuteen. Haploryhmä A oli suomalaisessa väestössä harvinainen verrattuna eurooppalaiseen väestöön ja se oli huomattavasti yleisempi Huntingtonin tautipotilailla kuin väestössä. Toistojakson epästabiiliuteen vaikuttivat tietyt HTT-geenin haplotyypit samoin kuin sen vanhemman sukupuoli, jolta pidentynyt toistojakso periytyy. POLG1 yhdistelmäheterotsygoottien katsottiin aiheuttavat Parkinsonin tautia ja harvinaisten POLG1 CAG toistojaksovarianttien todettiin assosioituvan Parkinsonin tautiin Suomessa. GBA p.L444P mutaatio merkittävästi yleisempi Parkinsonin tautipotilailla kuin kontrolleilla, mikä viittaa siihen, että se on Parkinsonin taudin riskitekijä. Huntingtonin tautiin assosioituvan haploryhmä A:n matala frekvenssi selittää taudin vähäistä esiintyvyyttä Suomessa. Paternaalinen periytyminen ja haplotyyppi A1 lisäsivät HTT-geenin toistojakson pidentymisen riskiä. Liikehäiriösairauksilla todettiin Suomessa osittain samanlaisia riskitekijöitä kuin muualla Euroopassa, mutta kaikkia tutkittuja variantteja emme havainneet.

Abstract Metabolic syndrome is a constellation of metabolic abnormalities predisposing to cardiovascular diseases (CVD), type 2 diabetes, and increased mortality. Due to the high prevalence and severe co-morbidities, metabolic syndrome constitutes a major burden for both public health and the global economy. Improved understanding of the detailed molecular mechanisms could provide novel strategies for the treatment and preferably prevention of the metabolic syndrome-related health issues. Recent advancements in ‘omics’ technologies have facilitated the development of novel tools to examine the links between genetic variation and human health. The new techniques allow determination of millions of genotypes or quantification of hundreds of metabolic measures from a single blood sample. In this thesis, genomics and metabolomics approaches are coupled to improve our understanding of the metabolic syndrome-related health issues. More precisely, my projects evaluate the metabolic effects of two lipid-lowering therapies and non-alcoholic fatty liver, as well as assess genetic determinants of chronic inflammation. The present results indicate generally consistent metabolic effects of statins and proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) genetic inhibition. The subtle discrepancies observed could potentially contribute to differences in the efficacy to lower CVD risk between statins and PCSK9 inhibitors. The dissimilar metabolic effects of the four genetic variants that increase the risk of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) highlight the heterogeneity of the molecular mechanisms involved in NAFLD pathogenesis. The results further suggest that fatty liver by itself might not promote unfavourable metabolic aberrations associated with fatty liver on a population level. The newly identified loci associating with inflammatory phenotypes elucidate the genetic mechanisms contributing to the inflammatory load. In particular, the present results suggest the important role of the locus determining the ABO blood types in the regulation of the soluble adhesion molecule levels. To conclude, this thesis successfully complements the knowledge of the molecular mechanisms involved in metabolic syndrome-related traits and provides examples of how to couple omics technologies in the study of complex traits or in the evaluation of drug effects. / Tiivistelmä Metabolinen oireyhtymä on tila, jossa useiden aineenvaihdunnallisten riskitekijöiden kasautuminen suurentaa riskiä sairastua tyypin 2 diabetekseen ja sydän- ja verisuonitauteihin sekä lisää kokonaiskuolleisuutta. Vakavista liitännäissairauksista ja suuresta esiintyvyydestä johtuen metabolinen oireyhtymä kuormittaa merkittävästi sekä terveydenhuoltoa että kansantaloutta. Jotta metabolisen oireyhtymän hoitoon ja ennaltaehkäisyyn voitaisiin kehittää uusia keinoja, on tärkeää ymmärtää paremmin oireyhtymän syntyyn vaikuttavat täsmälliset molekyylimekanismit. Niin sanottujen ’omiikka-tekniikoiden’ viimeaikainen kehitys tarjoaa uusia mahdollisuuksia tutkia geenimuutosten vaikutuksia terveyteen. Uusien tekniikoiden avulla voidaan määrittää miljoonia genotyyppejä tai satoja aineenvaihdunnan merkkiaineita yhdestä verinäytteestä. Tässä väitöskirjatyössä yhdistetään genomiikan ja metabolomiikan menetelmiä metaboliseen oireyhtymään liittyvien terveysongelmien tutkimiseksi. Väitöskirjani osatöissä arvioin kahden lipidilääkkeen sekä ei-alkoholiperäisen rasvamaksan aineenvaihdunnallisia vaikutuksia sekä pyrin tunnistamaan krooniseen tulehdukseen vaikuttavia geneettisiä tekijöitä. Tulosten mukaan statiinien ja PCSK9:n (engl. proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) geneettisen eston aineenvaihduntavaikutukset ovat hyvin samankaltaiset. Kuitenkin havaitut pienet poikkeavuudet tietyissä merkkiaineissa voivat vaikuttaa eroavaisuuksiin siinä, kuinka tehokkaasti lääkeaineet alentavat sydäntautiriskiä. Suuret erot rasvamaksan riskiä lisäävien geenimuutosten vaikutuksissa aineenvaihduntaan korostavat rasvamaksaan liittyvien molekyylimekanismien monimuotoisuutta. Tulosten perusteella vaikuttaa siltä, että rasvan kertyminen maksaan ei luultavasti itsessään aiheuta suuria muutoksia verenkierron aineenvaihduntatuotteiden pitoisuuksiin. Tulehdusmerkkiaineisiin assosioituvat uudet geenialueet täydentävät tulehduksen molekyylimekanismeihin liittyvää tietoa. Tulokset korostavat ABO-veriryhmän määräävän geenin vaikutusta liukoisten adheesiomolekyylien pitoisuuksiin. Kaiken kaikkiaan väitöskirjan osatyöt tuovat uutta tietoa metaboliseen oireyhtymään liittyvien terveysongelmien molekyylimekanismeihin. Projektit havainnollistavat, miten omiikka-tekniikoita voidaan hyödyntää monitekijäisten fenotyyppien tutkimuksessa sekä lääkeaineiden aineenvaihduntavaikutusten arvioinnissa.