Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

Deel 1 – Hoorcolleges

HC 10 – Osteogenesis imperfecta

Osteogenesis imperfecta is een erfelijke bindweefselaandoening. Het komt voor bij ongeveer 1 op de 15.000-20.000 pasgeborenen. Het is een afwijking van het collageen type 1. Door deze afwijking ontstaat een verlaagde botdichtheid, waardoor er een verhoogde kans is op fracturen. Daarnaast kunnen dentinogenesis imperfecta, blauwe sclerae en gehoorverlies (conductief) optreden. Overige verschijnselen zijn: kort gestalte, hyperlaxiteit en relatief grote schedelomtrek.

Collageen type 2 wordt opgebouwd uit 3 eiwitten. De genen die voor deze eiwitten coderen zijn het COL1A1 gen op chromosoom 17 en het COL1A2 gen op chromosoom 7. Om één collageen molecuul te maken zijn twee COL1A1 ketens nodig en één COL1A2 keten. Bij de meeste mensen met OI wordt de ziekte veroorzaakt door een mutatie in COL1A1 of COL1A2. Het gaat om een autosomaal dominante overerving. De laatste tijd worden er ook recessieve vormen gezien. Het gaat daarbij mutaties in modificerende enzymen. Op die manier werken deze hun effect uit op de pro-alpha ketens. Dit kan weer effect hebben op de formatie van de triple helix. Op basis van de oorzaak en de klinische verschijnselen wordt onderscheid gemaakt in verschillende typen OI. De eerste vier typen zijn de typen die worden veroorzaakt door een mutatie en COL1A1 of COL1A2 en erven dus autosomaal dominant over. Het fenotype van deze typen verschilt:

• Type 1: matig. Bij dit type is er sprake van een mutatie waardoor het COL1A1 gen zijn functie verlies (nul allel).
• Type 2: lethaal. Er is een mutatie in het COL1A1 of COL1A2.
• Type 3: progressief deformerend. Er is een mutatie in het COL1A1 of COL1A2.
• Type 4: matig (wel erger dan type 1). Er is een mutatie in het COL1A1 of COL1A2.

De diagnose IO wordt gesteld op basis van het klinisch beeld, röntgenonderzoek, botdichtheidsmeting en DNA onderzoek. Klinisch kan gekeken worden naar de lengte, de schedelomtrek (deze is groter dan gemiddeld), of er sprake is van blauwe sclerae, botbreuken en wat de aanleiding was tot de botbreuk. Vaak worden er ook röntgenfoto’s opgevraagd van eerdere fracturen en er kan een botdichtsheidsmeting gedaan worden. Daarmee wordt door middel van röntgenstraling gekeken hoe dicht het bot is. Dit is een DEXA-scan. Vroeger werd vaak collageen onderzoek gedaan, maar dat wordt nu nog maar weinig toegepast. Wel wordt er gezocht naar mutaties in het DNA die de ziekte veroorzaken. Daarnaast kan er een huidbiopt worden genomen om DNA onderzoek op te doen.

Behandeling:

-        Symptomatisch.

o   Vroeger was dit veel chirurgisch. Er werden pennen geplaatst in de botten die veel braken.

o   Fysiotherapie. Het was, en is nog steeds, heel belangrijk om door middel van fysiotherapie na een operatie weer zo snel mogelijk te bewegen. Niet bewegen heeft een negatief effect op de botdichtheid.

-        Bifosfanaten. Deze middelen remmen de botafbraak. Ze kunnen een positief effect hebben op de botdichtheid, dit is overigens niet bij alle patiënten zo.

Het belang van het stellen van de diagnose is dat OI een erfelijke aandoening is. Er zijn adviezen, bijvoorbeeld voor fysiotherapie of bifosfanaten. Het is een erfelijke aandoening met consequenties voor de rest van de familie en ook voor de patiënt zelf. Het is ook belangrijk dat er een onderscheid wordt gemaakt met andere diagnosen. Bijvoorbeeld kindermishandeling of calciumstofwisselingsstoornissen. Met kindermishandeling kan het onderscheid gemaakt worden op grond van het type fracturen. Bij kindermishandeling is er typisch maar een heel klein stukje bot afgebroken en komen veel ribfracturen voor. Het is wel altijd belangrijk om goed te blijven nadenken en er moet altijd naar het hele kind worden gekeken.

Patiënt

Man, 43 jaar, heeft biologie gestudeerd en gewerkt als freelance journalist en vertaler Duits. Zijn specialisatie was genetica. Hij heeft Osteogenesis Imperfecta (OI) en heeft dus zo’n 40 jaar ervaringsdeskundigheid.

Voor hem is breekbaarheid vooral iets pyschisch. Zo’n breuk gebeurt gewoon, maar daarna moet je al meteen nadenken over hoe je naar het ziekenhuis komt. De angst voor een breuk is 24 uur per dag in je achterhoofd aanwezig. Wat het betekent om niet breekbaar te zijn is voor hem iets onbekends. Voorzichtigheid is iets waar hij constant mee bezig is. Hij is altijd alert op zijn omgeving. Hij kijkt naar hoe mensen een hand geven voordat hij ze zelf een hand geeft, hij let op kuiltjes in de weg en eventuele schaduwen van bomen die de kuiltjes in de weg kunnen verbergen. Hij let ook op grote honden en ook op fietsers. Thuis durft hij gewoon lekker achterover te leunen, dan merkt hij hoe moe hij is van al die concentratie. Zijn risicogrens is gewoon verschoven. Breuken kunnen op allerlei momenten optreden en hij weet ook goed hoe hij daarmee om moet gaan. Zo’n breuk vindt altijd plaats op een ongelukkig moment. Veel mensen maken een onderscheid tussen kleine breuken en grote breuken. Onder kleine breuken worden breuken van bijvoorbeeld de vingers of de tenen verstaan. Dan kijkt hij of het nog enigszins recht staat (meestal is dat zo) en als het nodig is trekt hij er nog een keer aan en dan bindt hij het aan elkaar vast. Bij een grote breuk is het nodig naar het ziekenhuis te gaan en daar verpleegt te worden. Hij is dan vaak maandenlang uit zijn normale leven. Er moeten foto’s worden gemaakt, de breuk moet gezet worden, er moet gips komen, etc. Als kind was hij dan lang gescheiden van zijn ouders en hij had/heeft wekenlang geen privacy. Daarna start de revalidatie en daarmee ook weer een toename van de angst. Na zo’n breuk wordt het bot ook eigenlijk weer breekbaarder. De kwaliteit van het bot gaat namelijk achteruit bij stilzitten.

Breekbaarheid verschilt in de loop van de tijd en ook per plek in het lichaam. Het verandert ook voortdurend. De sterkte van zijn botten voelt overal hetzelfde dus hij moet constant de grens opzoeken. Hij vertelt dat hij de tel is kwijt geraakt bij de 30 breuken, maar hij heeft bewijs voor ongeveer 76 breuken in de vorm van foto’s etc. uit het ziekenhuis. Zijn vader hield eerst een breukenboek bij.

Zijn moeder is arts en tijdens haar opleiding is zij een keer apart genomen vanwege een patiënt met OI. Haar begeleider zei: ‘Dit krijg je waarschijnlijk nooit meer te zien, het is een erg zeldzame aandoening’. 3 jaar later werd meneer geboren met een hartstikke blauw ooglid. Hij was ook erg lang. Het kwam niet in de familie voor en hij had niks gebroken, dus zijn moeder liet haar twijfel varen. Toen hij 1,5 was leerde hij lopen en op een dag begon hij te gillen, hij lag op de grond met een gebroken bovenbeen toen zijn moeder naar hem toe kwam. Dit was een beetje verdacht, maar aangezien ze niet had gezien wat er gebeurd was, kon er niks over gezegd worden. 2 maanden later trok hij zijn jas aan en toen brak hij zijn bovenarm. Dat was niet normaal. Hij ging naar het ziekenhuis en daar vroeg zijn moeder naar de mogelijkheid van OI. Er werden röntgenfoto’s van vroeger bijgehaald en de diagnose werd bevestigd. Ze konden niks zeggen over het beloop.

Op dat moment was zijn moeder net zwanger voor de 2^e keer, dus er speelde ook een dilemma wat betreft erfelijkheid. Zijn zus is geboren, nu 37 jaar en heeft waarschijnlijk geen OI. Wel is later gebleken dat het toch voorkwam in de familie. Een tante van zijn vaders kant waar ze geen contact mee hadden bleek toch verdachte verschijnselen te hebben. Die tante was heel stoer, klom graag in bomen, etc. Ze brak veel bij dat soort activiteiten. Verder had ze ook een hartafwijking (klep), begon ze doof te worden, had ze een scoliose, etc. Toen ze erover na gingen denken bleken er nog meer mensen in de familie te zijn met dit soort verschijnselen.

Toen meneer een jaar of 4 oud was brak hij per jaar 5 keer zijn been. Ze woonden in een dorp en het ziekenhuis was in de stad. Zijn zusje was net geboren en zijn ouders werkten allebei. Hij vertelt dat zijn zusje toen eigenlijk aandacht tekort is gekomen. Dat vindt hij wel heel tragisch, omdat hij denkt dat een hoop van haar latere psychische problemen daarmee te maken heeft.

Toen hij 6 was heeft hij voor de 5^e keer leren lopen. Toen ging het voor lange tijd goed. Hij kon lopen, maar wel met veel restricties. Hij mocht niet lopen op een gladde vloer, mocht niet alleen buiten lopen (dus moest in het speelkwartier op school binnenblijven), etc. In de klas was er een aanraakverbod. Het ging jarenlang goed, hij begon steeds beter te lopen en de leraren op school begonnen te denken dat de houding van zijn ouders overbezorgd was. Dit hielp niet echt. Het zorgde voor veel onbegrip, hij werd erg gepest. Zelf begon hij ook te twijfelen, hij was inmiddels 12 jaar oud en had al 6 jaar niks meer gebroken. Hij begon zelf ook te denken dat zijn ouders overdreven. Hij herinnert zich nog dat hij op een gegeven moment boven aan de trap stond en dacht: misschien moet ik maar vallen en kijken of ik iets breek. Hij heeft dit gelukkig uiteindelijk niet gedaan.

Toen is hij 12 cm gegroeid en 2 kilo afgevallen in datzelfde jaar (groeispurt). Hij was toen 1.76 meter en 32 kilo, dit is heel erg licht. Bij het tillen van een halve kilo was hij al uit balans. Op de röntgenfoto’s toonden de botten ook bijna geen contrast meer. Het kon niet goed blijven gaan. Op een gegeven moment brak hij tijdens een wandeling zijn heup. 5 weken later brak hij het andere been en daarna nog 7 keer in datzelfde jaar. Daarbij kreeg hij epilepsie en daarmee had hij gemiddeld een gebroken been per aanval. Dat is ook het jaar dat hij angst ontwikkelde en niet meer durfde te tillen en aangeraakt te worden, behalve door zijn ouders. Hierdoor werd ook fysiotherapie lastig. Aan het eind van de brugklas werd hij van school gestuurd omdat één van de leraressen het te eng vond om hem in de klas te hebben.

Na zijn 13^e ging het beter. Hij kwam 20 kilo aan. Hij was daardoor te zwaar voor zijn botten om zichzelf te dragen en kwam daardoor in een rolstoel terecht. Hij zag ook de voordelen die de rolstoel hem bood. Hij was niet meer zo bang te vallen. Het werd veel minder eng om te bewegen en mensen konden zien dat er iets aan de hand was. Aan de ene kant vond hij dit juist niet leuk, maar aan de andere kant op prettig omdat ze dan een beetje afstand houden. Mensen reageerden ook heel anders toen hij in een rolstoel zat. Hij ging steeds beter om met zijn eigen lichaam. Op zijn 16^e is hij ook gaan sporten. De angst werd langzaam minder en op zijn 16^e is hij voor het eerst alleen boodschappen wezen doen. Toen was er het eindexamen en op zijn 19^e besloot hij uit huis te gaan en te gaan studeren in Utrecht. Dat was een sprong in het diepe voor zowel hemzelf als voor zijn ouders. Zeker als je weet dat hij tot die tijd nooit langer dan 2 uur zonder zijn ouders was. Het beviel hem wel heel erg goed, hij durfde best veel. Het studeren ging goed en hij leerde autorijden. Hij hield erg van dansen. Hij durfde zich echter nog niet te laten aanraken door anderen. Langzaam maar zeker heeft hij die angst overwonnen en hij kreeg ook een relatie. Dat was heel goed voor zijn zelfbeeld. Hij werd ook actiever in de patiënten vereniging, evenals de Duitse patiëntvereniging. Dat deed hem ook veel goed. Hij ontmoette mensen met wie hij zich kon vergelijken. Dat gaf hem het gevoel dat hij ook niet helemaal gek was.

De eerste jaren studie vond hij heel fijn. Toen brak hij 2 benen, moest hij 8 maanden revalideren en moest hij dus weer bij zijn ouders gaan wonen. Dat was zuur, omdat hij zich realiseerde dat zijn bestaan elk moment kon instorten. Hij ondervond steeds weer nieuwe problemen. Hij werd actiever, maar kreeg wel een rekening gepresenteerd: chronische pijn (gewrichten, ingezakte wervels, scoliose), vermoeidheid, slechthorendheid, etc. Dit zijn voor een deel onzichtbare handicaps die andere mensen niet zien of begrijpen.

Hij wil graag werken, maar krijgt nu een uitkering. Hij heeft een auto, maar deze wordt is aan vervanging toe. Er kan in Nederland heel veel, maar je moet maar net weten hoe je dat voor elkaar krijgt en aan welke criteria je moet voldoen. Bovendien kost het veel tijd om dat soort dingen te regelen. En in deze tijd zijn er ook veel onzekerheden voor de toekomst.

Hij is begonnen met kanoën, dit vindt hij erg leuk. Hij vertelt dat hij door OI erg heeft leren relativeren en leren beseffen wat belangrijk is voor jezelf. Hij is nu erg creatief met de mogelijkheden die hij heeft. Hij vertelt dat je leert knokken voor jezelf. Bovendien heeft hij nu vrienden die hem accepteren om hoe hij is. Hij vertelt ook dat hij het ‘anders zijn’ nu anders ziet dan toen hij een kind was, toen had hij hier erg veel problemen mee. Het geeft hem nu ook een vrijheid.

HC 11: Variatie in het humane genoom

± 3,2 miljard nucleotiden
± 20.000 genen

Enorme genetische variatie: Ondanks dat wel allemaal ongeveer dezelfde sets genen hebben, is er toch een enorme genetische variatie. Hier maken wij ook ontzettend veel gebruik van (bv forensisch onderzoek).

• Normale variatie = polymorfisme: grootste deel van genetische variatie dat waarschijnlijk geen effect heeft.
• (Pathogene) mutatie: klein deel van genetische variatie met ziekte veroorzakend effect
  Het is belangrijk de normale variatie in het genoom te onderscheiden van de ziekte veroorzakende variatie. Het genoom zit namelijk vol met veranderingen, waarvan heel veel helemaal geen betekenis hebben. Als er van iets verschillende vormen zijn is het polymorfisme. Hieronder valt ook de kleur ogen. DNA is ontzettend polymorf, het DNA van 2 personen verschilt dus enorm van elkaar. Het is maar een heel klein deel van de variatie met mutaties die de Mendeliaanse ziektebeelden veroorzaken.

Twee belangrijke soorten normale DNA-variatie: polymorfisme die geen ziekte veroorzaken:

1. Repetitieve DNA-sequenties (repeats)

Regios waarin dezelfde DNA sequentie achtereenvolgend meerdere keren herhaald wordt. De herhaalde units variëren in lengte (microsatellites en minisatellites).

STRP = short tandem repeat polymorphism (microsatellites)

VNTR = variable number of tandem repeats (minisatellites)

2. Single nucleotide polymorphism (SNP):

verandering van 1 enkele nucleotide
 

3. Copy number variants

DNA segmenten langer dan 1000 baseparen, die bij sommige mensen (meerdere keren) aanwezig zijn en bij anderen helemaal niet.
 

4. Restriction Fragment Length polymorfisme

Variatie in het aantal knipplaatsen.

Normale variatie in het humane genoom heeft geen effect, maar toch is het interessant voor de medische genetica. Dit komt doordat een deel van de normale genetische variatie (polymorfisme) wordt gebruikt als genetische marker om verantwoordelijke ziektegenen te kunnen opsporen. Dit wordt gedaan in koppelingsonderzoek. Het principe hierbij is als volgt:

1. Overerving van normale variaties volgen in familie (genetische markers)
2. Nagaan welk allel van welke marker gekoppeld is met de aandoening
3. Bepalen op welk chromosoom het verantwoordelijke ziektegen ligt

Restriction Fragment Length Polymorphism RFLP
Hiermee kan je een polymorfisme (genetisch verschil) aantonen. Hierbij knippen enzymen (eiwitten) het DNA in stukken. Of een enzym knipt of niet, hangt af van de precieze base volgorde. Zo wordt de base-volgorde GAATTC geknipt door het enzym EcoR1. Als een base door polymorfisme anders is, of verandert is door een mutatie, zal het enzym daar niet meer knippen. Het hangt dus van de persoon af hoeveel fragmenten er uiteindelijk zullen ontstaan. Zo kan je door naar de lengte te kijken 2 verschillende allelen (homologe chromosomen) van elkaar onderscheiden. Het ene allel wordt wel geknipt en het andere allel niet.

Variatie in DNA die leidt tot het ontstaan of verlies van een restrictie site (voorbeeld = EcoR1).Dit is te detecteren met een probe en Southem blot analyse. Een probe is een gekloneerde of synthetische DNA sequentie homoloog aan de DNA sequentie van het te detecteren RFLP. Deze herkent de homologe sequentie en hybridiseert ermee. Je kunt hiermee aantonen of de knipplaats aan- of afwezig is. Hiermee kun je dus de verschillende allelen identificeren. We vinden een RFLP ongeveer iedere 10 Kb (10.000 bp)

Zichtbaar maken RFLP mbv Southern blotting
 

1. DNA isoleren uit bloed
2. DNA knippen met restrictie-enzym
   Vb. allelen A en B.
   A heeft geen knipplaats à ontstaat 1 fragment A
   B heeft wel een knipplaats à ontstaan 2 fragmenten B
3. DNA-fragmenten scheiden op gel
   Duizenden DNA stukjes die je op lengte gaat sorteren mbv gell elektroforese. Hierbij komen de grote fragmenten onderin, en lange fragmenten bovenin.
4. DNA overbrengen naar membraan
   Het DNA dat in de gel zit breng je over naar een filter.
5. Gelabelde probe toevoegen en hybridizeren
   Die bandjes die met het polymorfisme te maken hebben, kan je aantonen uit de
   100 000 fragmenten die op het filter zitten. Dit doe je met een probe (=snuffelmolecuul), een fragment DNA die precies identiek is aan het stukje van fragment A en fragment B. De probe herkent dat stukje en gaat daar ook aan vast zitten (hybridizeren).
6. Röntgenfilm belichten en ontwikkelen
   Door het snuffelmolecuul te labelen (radioactief/ lichtgevende stof) kan je alleen precies de bandjes zien die met het polymorfisme te maken hebben. Dan kan je het verschil zien tussen iemand die wel of niet die knipplaats heeft. Dit is puur een methode om de 2 verschillende allelen zichtbaar te maken.

Koppelingsonderzoek
Het zoeken naar gekoppelde overerving van een ziekte(-allel) en een DNA-marker. Dit wordt toegepast wanneer het ziektegen nog niet is geïdentificeerd.

Gekoppelde versus onafhankelijke overerving

• Gekoppelde overerving: Locus A en B liggen op hetzelfde chromosoom, ze zijn gekoppeld en erven samen over (A1 met B1 en A2 met B2)
• Onafhankelijke overerving: Locus A (en B) liggen niet op hetzelfde chromosoom met locus C: locus A (en B) zijn niet gekoppeld met locus C en erven niet samen over.

Homologe recombinatie = crossing-over
Dit is een normaal verschijnsel in de natuur tijdens de meiose I waardoor nieuwe combinaties ontstaan. Er vindt uitwisseling plaats tussen twee homologe chromosomen. Alle combinaties komen even vaak voor als genen ver uiteen liggen. Dit zie je ook wanneer 2 genen op 2 verschillende chromosomen liggen.

De kans op recombinatie (crossing-over) tussen 2 genen is een maat voor de genetische afstand ( in cM) tussen de 2 genen op het chromosoom. Hoe dichter 2 genen op elkaar liggen, hoe kleiner de kans op recombinatie. Naarmate de afstand tussen de marken en het gen groter is, is de kans op recombinatie groter. Hoe minder recombinatie zich voordoet, hoe dichterbij je bij de plek van het gen bent. Je hebt dan koppeling gevonden, en je vind nooit meer een familielid zonder koppeling want je zit al bijna tegen het gen aan. Dat gebruik je om ziekte op te sporen.1% recombinatie tussen 2 genen komt overeen met een afstand van 1 centiMorgan (cM)

• 2 gekoppelde genen vertonen minder dan 50% recombinatie
• 2 ongekoppelde genen vertonen 50% recombinatie. De genen: liggen ver uiteen of liggen op verschillende chromosomen.

Binnen families erft altijd hetzelfde marker allel over met de ziekte, tenzij er recombinatie optreedt. Tussen families kunnen er verschillende marker allelen gekoppeld overerven.

Fenotype genotype correlatie:
Fenotype = uiterlijk, genotype = de toestand van het genetisch materiaal (DNA)
Het fenotype wordt bepaald door de soort en de plaats van de mutatie
Hierdoor kan je soms verklaren waardoor het ene ziektebeeld veel ernstiger is dan het andere. Soms kan je dat verklaren door te kijken naar de verschillende mutatie in hetzelfde gen. Tussen families kan die mutatie best verschillen. Het verschil in fenotype (uiting van de ziekte) kan afhangen van de mutatie.
VB. Mild fenotype: mutaties leiden tot verminderde eiwitproductie. De mutatie leidt tot verlies expressie 1 vd 2 allelen.
Vb. Ernstig fenotype: mutaties leiden tot een afwijkend eiwit. De mutatie verandert 1 aminozuur in de keten.

Verklaring voor milde en ernstige fenotype.
OI (=collageen)is een triple helix die bestaat uit 3 alfa-helixen van eiwitten bestaan.

1. Normaal: genen die nodig zijn, namelijk COL1A1 en COL1A2-gen. De triple helix wordt samengesteld uit 2 ketens van COL1A1 en 1 keten van COL1A2.  Hierdoor heb je een normaal aantal collageen moleculen
2. Milde OI: 1 allel van het gen is uitgeschakeld (bv non-sense, stop-mutatie, deletie) waardoor er nog maar de helft van alle COL1A1 ketens wordt gevormd. Hierdoor heb je een verminderd aantal collageen moleculen, maar die zijn wel normaal.
3. Ernstig fenotype: mutatie die ervoor zorgt dat er een verkeerd eiwit wordt gemaakt. Voor de bouw van de triple helix wordt ook het foute COL1A1 gebruikt. Het collageen dat gemaakt wordt is daardoor van slechte kwaliteit. Dit is een dominant negatief effect , de mutante ketens inactiveren de rest van het normale eiwit.

Penetrantie (vooral bij dominante ziekten): percentage van de patiënten met het genetisch defect dat bijbehorende kenmerken toont.

• Non-penetrant: Ziektebeeld (mutatie) hoeft niet altijd tot uiting te komen in fenotype
• Leeftijdsafhankelijke penetrantie: bv erfelijke borstkanker

De novo mutatie: beide ouders zijn gezond en zijn geen drager van de mutatie en toch krijgen zij een kind met een aandoening. Bij dit aangedane kind wordt de ziekte veroorzaakt door een nieuwe mutatie.

Mozaicisme: 2 verschillende genotypes
Door een mutatie na de bevruchting kunnen (in embryo) verschillend cellijnen in lichaam ontstaan. Soms is het genoom in al jou cellen hierdoor niet helemaal hetzelfde. Er worden twee vormen onderscheiden:

• Somatische mozaicisme =  mozaicisme in de lichaamscellen.
• Kiembaanmozaicisme = germ line mosaicism

Mutatie in kiembaan:

• Twee verschillende cellijnen in kiembaan
• Meerdere gameten bezitten de mutatie

Ouder van een patient kan normaal zijn voor het gen in het DNA van bloed, maar meerdere geslachtscellen kunnen wel de mutatie bevatten. De aanwezigheid van kiemcelbaan mozaicisme heeft gevolgen voor het herhalingsrisico, deze is namelijk groter! De precieze kans op een 2^e kind met dezelfde gen-mutatie is afhankelijk van het aantal geslachtscellen met deze mutatie.

HC 12: Erfelijke componenten: dominant overervende aandoeningen

Mendeliaanse (monogene) genetica: vooral eenvoudige voorspelbare overerving

• Dominant overervende aandoeningen
• Recessief overervende aandoeningen
• X-gebonden aandoeningen
   

Non-mendeliaanse (complexe) genetica: niet eenvoudige en onvoorspelbare overerving

• Polygeen
• Multi-factorieel

Rol van erfelijke componenten bij ziekte
De rol die genen spelen in (erfelijke) ziekten is heel erg verschillend per type ziekte.

·        Monogene ziektebeelden (=single gene disorders): gen
1 gen veroorzaakt het ziektebeeld. Ziektebeelden kunnen wel ingewikkeld zijn maar de overerving ligt wel min of meer vast. vb. Cystic fibrosis, OI& Hemofilie A (mutatie in factor VIII-gen)

·        Polygene ziektebeelden: genen
Aantalen genen die het ziektebeeld veroorzaken.

·        Multifactoriele ziektebeelden: Genen + omgevingsfactoren
Samenspel van genen onderling en omgevingsfactoren. vb. Diabetes & CVA

·        Environmental: Omgevingsfactoren
Aandoeningen uitsluitend veroorzaak door omgevingsfactoren, hierbij spelen genen geen of een niet-aantoonbare rol. bv. Infectieziekten als Mazelen en Influenza

Het humane genoom: totaal van alle erfelijke informatie samen
Van veel erfelijke ziekten bij de mens is het betrokken gen inmiddels bekend.

• Op dit moment weet men bij 13.000 ziektebeelden precies welk gen er aan te pas komt
• Er zijn ook nog heel veel ziektebeelden door welke genetische factor het wordt veroorzaakt
• OMIM = online Mendelian Inheritance in Man: Catalogus van humane genen en erfelijke ziekten

Stambomen
Open cirkel: normale vrouw, gekleurde cirkel: zieke vrouw
Open vierkant: normale man, gekleurd vierkant: zieke man

Stamboom familie met autosomale dominante ziekte (zie kenmerken)
 

De allelen Aa (heterozygoot) zijn aangedaan en de allelen aa (homozygoot recessief) zijn normaal. Homozygoot afwijkend komt bijna niet voor. Dan moet je twee heterozygoot (Aa) afwijkende ouders hebben, en dan is er een kans van ¼ dat er een kind ontstaat met AA (heterozygoot dominant). De kans dat twee aangedane personen met een zeldzame erfelijke ziekte elkaar tegen komen en nakomelingen krijgen is heel klein. Soms is AA ook lethaal (niet met het leven verenigbaar).
Zie figuur 1 in de bijlage.

Autosomaal dominante overerving
In kruisingsschema: Genotype verdeling ‘mating’ heterozygote ouder Aa en niet-aangedane ouder aa.

Eerst ontstaat er geslachtscellen=gameten (A of a) en erna ontstaan zygoten=nakomelingen (Aa of aa). Bij een dominant ziektebeeld is het zo dat als je de A (afwijkend allel) hebt, je ook het ziektebeeld hebt. Want het afwijkende allel is dominant over het andere allel.

Kenmerken autosomaal dominante overerving
1. Aangedaan persoon heeft een aangedane ouder: zie je bij recessief bijna nooit
2. Zowel mannen als vrouwen kunnen aangedaan zijn
3. Wordt doorgegeven door mannen en door vrouwen: duid erop dat het niet geslachtsgebonden is
4. Nakomelingen: minimaal 50% kans om aangedaan te zijn

HC 13: Erfelijke componenten: Recessief overervende aandoeningen

Kruisingschema autosomaal recessieve overerving
Twee ouders zijn beide heterozygoot (Aa) en alleen bij een kind met het homozygote genotype (aa) is het kind aangedaan.

A=normaal allel

a=mutant allel recessief

Stamboom familie met Autosomaal Recessief ziektebeeld
Wat je vaak ziet is dat het ziektebeeld maar in 1 generatie voorkomt. Er ontstaat alleen een ziektbeeld als beide ouders drager zijn van het gen en allebei het mutant gen doorgeven. De kans dat de ziekte tot uiting komt is over het algemeen daardoor niet erg groot. De kans dat een recessieve aandoening tot uiting komt neemt toe wanneer de ouders bloedverwantschap vertonen: dezelfde voorouders hebben. De kans dat je beide drager bent is dan hoger is. In sommige populaties (waar neef-nicht-huwelijken geaccepteerd zijn) zie je dat sommige recessieve ziekten daardoor vaker voorkomen.

Kenmerken Autosomaal recessieve overerving:
1. Zowel mannen als vrouwen zijn aangedaan: het CFTR gen ligt op chromosoom 7, dus heeft niets met geslachtsgebonden te maken
2. Beide ouders zijn drager van de ziekte
3. Nakomelingen: 25% kans om aangedaan te zijn, 50% kans om drager te zijn en 25% kans om gezonde niet-drager te zijn.
4. Aangedanen vaker bij verwante ouders (= consanguïniteit)

Principe van Hardy & Weinberg
Als je weet hoe vaak een ziekte in de populatie voorkomt is het ook belangrijk om te weten hoe vaak dragerschap in de populatie voorkomt. Dat is van belang om te weten hoe groot de kans is dat een echtpaar een kind krijgt met die specifieke ziekte. Om dit te bereken is het principe van Hardy Weinberg van belang.

Er geldt:

Normale allel = A, Frequentie van allel A = p
Mutante allel = a, Frequentie van allel a = q
Frequentie homozygoot normal (AA) = p x p = p²
Frequentie homozygoot mutant (aa) = q x q = q²= incidentie ziekte Frequentie heterozygoot (Aa) = 2pq =

Er geldt: p + q = 1 en p² + 2pq + q² = 1

Let op: Hardy-Weinberg principe geldt alleen bij ‘random mating’: volslagen willekeurige partner selectie

HC 14: Mutaties

Mutaties kunnen in verschillende onderdelen van een gen voorkomen:

• Eiwit-coderende sequentie:
  Exon = expressed region: gebieden die tot uiting komen en in eiwit vertaald worden
   
• Niet-eiwit-coderende sequentie:
  Intron = intervening region: gebieden tussen exons die niet in eiwit vertaald worden.

Verschillende typen mutaties

Nonsense mutatie:
Mutatie in het DNA veranderd het codon in een stopcodon (TAA, TAG, TGA). Gevolg: verkort (getrunceerd), niet-functioneel eiwit of directe afbraak van het messenger RNA door een in de cel ingebouwd beschermingsmechanisme (NMD). Vrijwel zonder uitzondering ziekteveroorzakend!
 

Frameshift mutatie:

Insertie of deletie van een aantal DNA basen (nucleotiden) dat niet deelbaar is door 3. Hierdoor wordt het leesraam verstoord (manier waarop het gen afgelezen word). Normaal worden op volgorde elke keer 3 nucleotiden afgelezen, die coderen voor een aminozuur. Wanneer er een deletie optreedt van 2 nucleotiden, zal in het gebied na deze deletie een verschuiving in het leesraam optreden: de nucleotiden worden in een ander groepje van 3 afgelezen. Hierdoor worden andere aminozuren ingebouwd. Meestal treedt er truncatie van het eiwit op, doordat er vervroegd een stopcodon ontstaat. Ook dit soort mutaties hebben een ziekteveroorzakend (pathogeen effect).

Splice-site mutatie:
Normaal gesproken wordt het mRNA gespliced na de transcriptie. Dit houdt in dat de exonen aan elkaar worden gekoppeld en de intronen worden weggehaald. Na de splicing kan het mRNA getransleerd worden om er een functioneel eiwit van te maken. Een mutatie in het intron kan ervoor zorgen dat een splice-site niet meer goed werk of juist wordt ingevoegd. Dit heeft vaak een pathogeen effect.

Drie effecten van splice site die niet meer werkt:
1. Verlies van een splice site gevolgd door exon skipping: Een mutatie aan het eind van het intron heeft de splice site zo veranderd dat er op deze plaats niet geknipt wordt. Er wordt pas weer geknipt bij het begin van het volgende intron. Hierdoor wordt het tussenliggende exon in zijn geheel verwijderd. Hierdoor ontstaat een korter eiwit (stuk coderende sequentie ontbreekt immers). Soms kan er ook een frameshift optreden, of een stopcodon ontstaan. 2. Verlies van een splice site gevolgd door intron retention: Een mutatie aan het begin van het intron heeft de splice site zo veranderd dat er op deze plaats niet geknipt wordt. Hierdoor blijft het intron aan het exon verbonden. Het intron blijft dus in het mRNA zitten. Dit geeft veelal aanleiding tot frameshift en truncatie..
3. Introductie van een geheel nieuwe splice site of activatie van cryptische splice-site: Een mutatie zorgt ervoor dat een splice-site wordt uitgeschakeld, maar ergens verder in dat gen zit een basenvolgorde die ook op een splice-site lijkt. Er wordt op een verkeerde plaats geknipt. Hierdoor ontstaat abnormaal mRNA. Dit kan aanleiding geven tot een framshift en truncatie.  

Missense mutatie
Een enkele nucleotide wordt veranderd in een ander nucleotide. Dit kan  aanleiding geven tot inbouw van ander aminozuur (a.z.) op de positie van de mutatie. Dit heeft niet altijd effect op de functie van het eiwit, dus de mutatie is niet altijd pathogeen! Hangt o.a. af van eigenschappen aminozuur, functioneel domein en evolutionaire conservering van aminozuur. Het effect van missense mutaties zijn soms onbekend: UV.
 

Effect van mutatie

1. Loss of function  = verlies van functie: gen werkt niet meer
   Recessief: het eiwit heeft geen of zeer gereduceerde functie
   bv. Een enzymomzetting die niet meer gebeurt wat leidt tot stofwisselingsziekte. Je wordt pas ziek als je van het enzym helemaal niets meer hebt, dus als beide allelen gemuteerd zijn.

Dominant:
Haploinsufficiëntie à 50% functionerend eiwit is niet voldoende. Het is dus al ziekteveroorzakend als je 1 allel hebt met een mutatie. Je hebt te weinig aan het ene gezonde allel om gezonde te zijn.
 Dominant negatief effect à het niet functionele mutante product interfereert met het normale product (bv OI)

2. Gain of function = nieuwe/ actievere functie
Leidt veelal tot overexpressie of ongewenste expressie (verkeerde tijd, plaats), of bijvoorbeeld tot eiwit aggregaten (neurodegeneratieve ziekten) .
 

Pathogene mutatie of polymorfisme?

Een mutatie is iedere verandering in de DNA sequentie. Dit kan zowel Pathogeen als Niet pathogeen zijn. Je kunt niet van elke mutatie zeggen dat hij ook daadwerkelijk ziekteveroorzakend is. Heel veel veranderingen in het genoom zijn polymorfismen en doen verder niets.  Een polymorfisme is de aanwezigheid van 2 of meer varianten (allelen, fenotypes, sequentie varianten). De frequentie van deze variant moet bij meer dan > 1% van de normale populatie voorkomen. Deze hebben zelden een pathogeen karakter. Soms is de betekenis van een aangetoonde mutatie onduidelijk. Er wordt dan gesproken over een unclassified variant (UV). Er is dan wetenschappelijk vervolgonderzoek nodig.

Mutatie-detectie: veel verschillende technieken

1. detectie van grote deleties en duplicaties

•   Southern Blotting
•   Array-CGH
•   MLPA

2. detectie van puntmutaties

•   mutatie scanning
•   DNA sequentie analyse

▪   Sanger of dideoxy-methode (conventioneel)

▪   NGS: next generation sequencing

Bijna alle DNA-technieken zijn gebaseerd op PCR. Hierbij kies je een stukje DNA uit waarvan we denken dat de patiënt een mutatie heeft en dat ga je veelvuldig kopiëren. Je doet in feite een beetje na wat er normaal in een cel gebeurt alleen je kopieert niet het hele DNA.

Dit gebeurd in drie stappen:
A. Denaturatie dubbelstrengs DNA (95 graden Celsius) om enkelstrengs DNA te maken
B. Annealing van primers complementair aan de uiteinden van het te amplificeren DNA (±20 basenparen lang) om de target sequentie te selecteren,
C. Extensie middels toevoeging van dNTPs en thermostabiel DNA-polymerase, om nieuw DNA te synthetiseren.
 

Deze cyclus wordt 20-40 keer herhaald.

MLPA methode: Multiple Ligation-dependent Probe Amplification. Het doel van deze methode is het opsporen van veranderingen (mutaties) in het DNA en dan met name deleties of duplicaties van één of meerdere exonen. Bij deze methode wordt er geteld hoeveel kopieën van (een deel van) een gen je hebt. Meestal zijn het er twee, maar de MLPA methode controleert dit.

Stukjes synthetisch DNA (MLPA-probes) passen precies op het gen van interesse. De MLPA-probes hydridizeren dus met de target sequentie op het DNA. Dit gebeurd zodanig dat beide probes van een set op elkaar aansluiten. Alleen de probes die op een juiste manier zijn gehybridizeerd kunnen aan elkaar geligeerd worden. Pas dan wordt PCR amplificatie mogelijk. Het aantal kopieën dat wordt geproduceerd is een afspiegeling van het aantal targetsequenties op het DNA. Wanneer er sprake is van een deletie of een duplicatie ontstaat dus een afwijkende signaalsterkte. Er worden vaak meerdere probe sets tegelijk gebruikt, waaronder ook controle probes.

Als je dit plot zie je dat alle meetpunten op één lijn liggen. Dit wil zeggen dat de signaalsterkte overal één is. Bij een patiënt zie je iets afwijkends, bijvoorbeeld een half signaal. Dit betekent dat maar één allel aanwezig is, in plaats van twee. Dit kan betekenen dat de patiënt een deletie heeft op precies die plek in het gen en dit kan een bepaalde ziekte verklaren.

DNA sequentie analyse
Het doel van DNA sequencing is het opsporen van veranderingen in het DNA door het aflezen van de basenvolgorde. De sequentie van een normale patiënt kan daarna vergeleken worden met de sequentie van een zieke patiënt, waardoor de mutatie kan worden vastgesteld. Dit is de meest gevoelige manier om erfelijkheidsonderzoek te doen.
 

Het principe van deze techniek is als volgt:

• Je bepaalt het gedeelte van het DNA dat je wilt aflezen
• Er wordt een PCR product gegenereerd
• Het PCR product wordt enkelstrengs gemaakt
• DNA streng nucleotide voor nucleotide weer opbouwen. Dit wordt gedaan met gelabelde (kleuren) bouwstenen, waardoor precies geregistreerd kan worden welk nucleotide op welk moment wordt ingebouwd.  

Het stukje DNA wordt dus nagemaakt. Dit gebeurd in vier parallelle DNA-synthese reacties. Per reactie worden alle vier de dNTPs (G, A, T en C) toegevoegd en één ddNTP (G, A, T of C). Een ddNTP kunnen worden ingebouwd in het DNA als de betreffende nucleotide, alleen kan het DNA na inbouw van dit ddNTP niet meer verder worden opgebouwd. De opbouw (DNA-synthese) stop dan dus. Het is afhankelijk van het type ddNTP (G, A, T of C) waar de opbouw precies wordt gestopt en dus hoelang het DNA molecuul precies is geworden. Doordat dit in het reageerbuisje een random proces is, ontstaan allerlei stukjes DNA met verschillende lengtes.  Deze stukjes worden vervolgens gescheiden op lengte met DNA elektroforese. Doordat de 4 nucleotiden verschillend gelabeld zijn kunnen ze, met behulp van een laser, herkend worden door de DNA sequencer. Deze vertaald dit signaal in de DNA-sequentie.
Voordelen van Sanger sequencing zijn:

-       zeer gevoelige techniek (de gouden standaard)

-       robuuste methode, zeer betrouwbaar

-       meest directe analysemethode, je ziet wat er veranderd is in het gen

Nadelen zijn:

–    kosten conventioneel sequencen zijn relatief hoog

-       electroforese (scheiding fragmenten) duur relatief lang

-       één fragment tegelijk sequencen, capaciteit is beperkt

-       grote deleties/duplicaties worden niet gedetecteerd, omdat je aan het enkelstrengs DNA komt door PCR. Als een groot stuk DNA mist zal het ook niet gemaakt worden bij de PCR.

Next generation sequencing (NGS): hierbij worden van heel veel verschillende DNA fragmenten tegelijkertijd de basevolgorde afgelezen. Hiervoor is een zeer geavanceerde bio-informatica software nodig.
 

Principe van NGS:

1. DNA van patiënt fragmenteren
2. ligatie van adaptors aan fragmenten
3. DNA binden aan bolletjes ('beads') Aan elk van de bolletjes zit een verschillend DNA-molecuul.
4. DNA fragment vermenigvuldigen (PCR)
5. Beads overbrengen in picotiterplaats

In deze plaat zitten 1,7 miljoen 'wells', waarin precies 1 bolletje met DNA past.

6. Vervolgens ieder fragment sequencen. In theorie kan je dus 1,7 miljoen DNA fragmenten sequencen.
7. Analyse data en interpretatie.

Voordelen van NGS:

-       enorm grote capaciteit (straks misschien hele genoom in 1 dag?)

-       analyse van 'genpakketten'. Er zijn genetisch heterogene ziekten. Er zijn dan meerdere genen die de ziekte kunnen veroorzaken. Je kunt alle genen die bij een bepaalde ziekte betrokken zijn in één keer sequencen. Je kunt bijvoorbeeld alle genen die bij epilepsie betrokken zijn sequencen.

-       Multiplexen van patiënten m.b.v. barcodes. Je voegt dan het DNA van patiënten samen om de kosten te drukken en de capaciteit te vergroten.

-       DNA-sequencing wordt hierdoor goedkoper (genoom = 1000 dollar)

Nadelen van NGS:

-       Het zit nog gedeeltelijk in de ontwikkelingsfase

-       apparatuur is enorm duur

-       enorm veel data gegenereerd, veel bioinformatica kennis nodig

-       immers: alle genoomvariatie wordt gedetecteerd

Inmiddels zijn er al veel verschillende NGS-systemen op de markt. NGS zal een zeer grote invloed hebben op de medische genetica.

HC 15: Cystic Fibrosis (CF)

 
CF = Taaislijmziekte = Mucoviscoidose
Een frequent voorkomende autosomaal recessieve aandoening

Hoe vaak komt CF voor

• Naar schatting 1 op 3600 geboorten
• Ongeveer 50-60 kinderen in Nederland per jaar
• Prevalentie: ongeveer 1300 individuen met CF bekend in Nederland
• Dragerschaps frequentie ± 1/30 (hoog!)
• 1 op 900 stellen heeft 25% risico
  Een echtpaar heeft (1/30) x (1/30) = 1/900 kans dat ze samen de erfelijke aanleg voor CF dragen. Die hebben een kans van 25% dat ze beide het defecte allel doorgeven dus kom je op 1/3600 kans dat er een kindje word geboren met CF.

Hoofdverschijnselen CF
Epitheliale weefsels van luchtwegen, pancreas, darm, lever/galwegen, mannelijke tractus genitalis en  exocriene zweetklieren zijn aangedaan.

• Darm:
  Meconium ileus (10-15%): zelfs al voor partus (op echo te zien)
• Exocriene pancreas insufficiëntie (>85%): enzymen van pancreas worden niet goed gesecreteerd waardoor de vertering (vooral van vetten) niet goed gaat.
              -Malabsorptie
              -Stinkende vettige diarree
              -Failure to thrive
• Luchtwegen:

-Recidiverende luchtweginfecties: taai slijm blijft in longen, moeilijk op te hoesten

-Sinusitiden

-Brochiectasieen/ longschade: recidiverende luchtweginfecties en slijm zorgt dat longen aangedaan raken

• Bilaterale vas deferens agenesie CBAVD (>95%): fertiliteitsproblemen doordat vas deferens niet goed is aangelegd, onderbroken is of geobstrueerd is.

Mutaties in CFTR gen = cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene
Het CFTR gen codeert voor een eiwit dat ingebouwd moet worden in de membraan van een epitheelcel. Dit eiwit vormt een chloride transport kanaal. Als er mutaties in dat kanaal ontstaan zal de transport van ionen als Chloride en Natrium en daarmee water verstoord raakt. Dat betekent dat je in de zweetklieren van mensen met CF hele hoge concentraties chloor zult vinden. In de longen zullen de concentraties chloor en natrium ook heel hoog zijn waardoor het slijm heel muceus (dik) is.

Diagnose CF
Wanneer één of meer klinische kenmerken en….

• Afwijkende zweettest
              -Sensitiviteit >90% (dus vrij zeker bij positieve uitslag)
              -Positief wanneer chloride concentratie > 60 mEq/L (2x)
• Afwijkende DNA-onderzoek (doe je vaak nog na zweettest)
  • Positief wanneer twee pathogene mutaties zijn gevonden in CFTR gen
  • Sensitiviteit afhankelijk van test en populatie
• Karakteristiek NPD (transepithelial nasal potential difference)
  Potentiaal meten in epitheelcellen van bv neusslijmvlies op zoek naar potentiaalverschillend die veroorzaakt zijn door verandering van ion-concentraties.

Mutatiespectrum CFTR-gen

• Geen locus heterogeniteit: Alleen mutaties in het CFTR-gen zijn geassocieerd met CF, maar 1 locus= CFTR-gen
• Grote moleculaire heterogeniteit: vele verschillende mutaties binnen het CFTR-gen
  -> 70% mutaties is ∆F508: ∆=deletie, F=fenylalanine, 508=positie van het codon of eiwit

Genotype-fenotype relatie

• Verschillend effect op moleculair niveau van verschillende mutaties
• Wel enige genotype correlatie, met name m.b.t. pancreasdysfunctie
  Voor longproblemen is dit heel erg moeilijk want de ernst hiervan wordt mede bepaald door omgevingsfactoren en misschien wel andere genetische factoren.
• (Intrafamiliaire) variabiliteit: vooral voor de ernst van de longverschijnselen

Groeicurve
Patiënt groeit wel maar komt niet meer aan in gewicht tot onder normaalcurve à failure to thrive. Dit komt ook in periodes voor wanneer de pancreas minder functioneert, enzymen opgehoogd moeten worden of dat ze zieker was dan normaal

Behandeling
Symptomatisch door het voorkomen van luchtweginfecties en faillure to thrive zo goed mogelijk voorkomen.

1. Luchtweginfecties:

• Antibiotica: soms zelfs onderhoudsdosering
• Slijmoplossers: zorgen dat het slijm toch zo goed mogelijk geklaard kan worden uit de longen, hoe meer slijm in de longen hoe groter de kans dat daar bacteriën gaan groeien.
• Fysiotherapie: helpen bij leren van ophoesten van slijm

2. Segregatie:
Ter voorkoming van Pseudomonas A. infectie

3. Malabsorptie:

• Pancreasgranulaat: enzymen van de pancreas in pilvorm
• Energieverrijkt dieet
• Suppletie vitaminen: vetoplosbare vitaminen
   

4. Longtransplantatie?

Familieonderzoek en/of screening

• Cascade screening m.b.v. DNA-onderzoek
  Als bij een patiënt bij DNA onderzoek een mutatie is vastgesteld gaan we naar de ouders kijken, daar moet het tenslotte vandaan komen. Vervolgens kunnen de broers en zussen van de ouders ook drager zijn. Zo gaan we steeds hoger in de generatie om te bepalen wie aangedaan is, wie drager is en wie niet drager is. Als iemand drager is kan je vervolgens de partner testen om te kijken of die ook drager om een verhoogde kans op een recessieve aandoening vast te stellen.
• Populatie screenen?
  Wanneer? Wat wil je bereiken, wie wil je opsporen? Wat is de beste manier? Kosten en baten? Nadelen?
• Neonatale screening?
  Tegenwoordig is screening naar CF opgenomen in de hielprik.

Hoe vroeger je weet dat een kind CF heeft, hoe beter je de uitgangssituatie kan bepalen. Goed voeden enz.

Patiënt

Nikki, 10jaar, heeft een ΔF508/S1251N mutatie. Het voornaamste probleem ligt bij haar in de longen. Er zijn perioden dat het relatief goed gaat, maar er is wel al duidelijk sprake van longschade.

In het begin vond ze het wel ‘stoer’, het maakte haar bijzonder. Nu ze ouder wordt, gaat de psychosociale component echt een rol spelen. Ze moet veel (pillen slikken, vernevelen, elke dag de longen schoonmaken) en ze merkt dat ze anders is, in niet-positieve zin. Op school gaat het goed, het fijne is dat ze begeleid worden door een CF-centrum in het WKZ. Dit is een goed disciplinair team met veel zorg rondom de patiënt. Er is aandacht voor de psychosociale component voor school. Als ze opgenomen wordt, neemt ze boeken mee en krijgt ze onderwijs. Sporten doet ze wel, maar wanneer ze een infectie heeft, kan ze niet goed meekomen.

Nikki haar ouders hebben nog 2 dochters. De diagnose werd bij Nikki gesteld toen ze 9 maanden was. Het heeft sindsdien effect op elke dag van hun leven. Als ze op vakantie gaan houden ze daar rekening mee, evenals op kinderfeestjes en familiefeestjes. Vroeger belden ze dan altijd of er iemand verkouden was, dan gingen ze niet en kwamen ze later. Nu is dat niet meer te doen. Je kunt je kind niet blijven beschermen.

Als ze bij iemand logeert, kijken haar ouders of de betreffende ouders wel in staat zijn te zorgen dat het goed gaat en dat ze haar medicijnen inneemt.

De diagnose werd gesteld, omdat ze niet groeide en wat vieze ontlasting had. Achteraf weten ze ook dat ze wat zout smaakte. Op het moment dat de diagnose werd gesteld was het wel even schrikken. Je hebt dan het gevoel dat je kind dood gaat, hoewel dit nergens op slaat. De artsen raden je dan aan niet op internet te kijken, maar dat doe je natuurlijk wel. Daar zie je dan de meest enge dingen. De vader van Nikki’s moeder is ook specialist en die was helemaal verslagen toen hij het nieuws hoorde, omdat hij toentertijd nog had geleerd dat CF patiënten maar 10-15 jaar oud werden. Wat ook veel impact had, is dat Nikki’s moeder zwanger was op het moment dat de diagnose werd gesteld. Het is een genetische ziekte en er werd verteld dat ze konden laten testen of hun nieuwe kindje het ook zou hebben en daarvan af laten hangen of ze de zwangerschap wel of niet wilden afbreken. Dat waren de meest verschrikkelijke dagen, omdat er rationeel een beslissing moest worden genomen. Daar moest in een razend snel tempo over na worden gedacht. Het is een ethisch dilemma. Nikki’s vader geeft aan dat de draagkracht voor hun nooit een issue was. Ze ontdekten alleen dat CF patiënten eigenlijk niet bij elkaar in de buurt mogen komen omdat ze elkaar heel erg ziek kunnen maken. Ze wisselen dan bacteriën met elkaar uit. Toen besloten ze te laten testen. Ze zijn hier op een mooie professionele manier in begeleid. Toen moesten ze 3 weken wachten op de uitslag. Dat waren moeilijke weken.

Hun kindje bleek geen CF te hebben. Later wilden ze eigenlijk nog wel een kindje om het gezin sterker te maken. 1 op de 4 van hun kinderen heeft CF, maar er is ook ¾ kans dat het kindje gezond is. Dus ze hebben de gok gewaagd en de moeder van Nikki is nog een keer zwanger geraakt. Het bleek nog een meisje, ze is wel drager, maar ze heeft geen CF. 

Deel 2 – Werkcolleges

WC 3 – De pasgeborene

Casus 5

Na een zwangerschapsduur van 43 weken wordt door middel van een Sectio Caesarea (CS) een jongentje geboren met een gewicht van 2900 gram. De leeftijd van de moeder is 37 jaar G4 P3. De SC wordt verricht in verband met afwijkingen op het CTG. Er is meconiumhoudend vruchtwater en het kind moet worden gereanimeerd. De Apgarscore na 1 is 1.

• Waardoor ontstaat meconiumhoudend vruchtwater?
  Bij foetale nood (hypoxie) loost de foetus als reflex meconium in het vruchtwater. Je ziet dit vaker aan het eind van de zwangerschap. Een groot deel van de kinderen ondervindt geen problemen van het meconium vruchtwater. Er kan echter meconiumaspiratie optreden, wat voor problemen kan leiden.
  Een kind dat geboren wordt bij 37 tot 42 weken noem je à terme, duurt de zwangerschap langer dan wordt gesproken van serotiniteit van het kindje. Je zou een gewicht van 3500 gram of meer verwachten bij dit kind gezien de zwangerschapsduur. Het kind is dus dismatuur. Een manier om dit te berekenen is door te rekenen met een gewicht van 1000 (meisje) à 1200 (jongen) gram bij 28 weken en daar elke week 200 gram bij op te tellen (intra-uterien).
• Welke problemen kunnen direct post partum optreden, en welke complicaties tijdens de eerste levensdagen?

§  Meconiumaspiratie. Wanneer het kindje vanwege fœtale nood meconium in het vruchtwater geloost heeft, kan dit in zijn/haar longen terecht komen door aspiratie. Hierdoor kan een longontsteking optreden. Door het meconium kan ook atelectase optreden. Het meconium zorgt voor een obstructie, waardoor er in het achtergelegen longgebied geen lucht meer komt. Dit deel van de longen zal daardoor samenvallen. Daarnaast kan ook een pneumothorax optreden. Dit kan optreden wanneer door langs de meconiumobstructie wel lucht de longen in kan stromen bij inademing, maar niet meer uit bij de uitademing. De long blaast zich hierdoor als het ware op, wat kan leiden tot een pneumothorax.

§  De ‘wet lung’. Deze ontstaat wanneer het kind niet door het baringskanaal is gegaan (bij een keizersnede moet hieraan dus gedacht worden). Normaal gesproken wordt een deel van het vruchtwater dat zich in de longen van het kind bevindt, tijdens de baring uit de longen geperst door de hoge drukken die met de bevalling gepaard gaan. Bij een keizersnede gebeurd dit niet, waardoor de longen nog veel vruchtwater kunnen bevatten. Dit probleem verbeterd meestal binnen 24 uur, doordat het vruchtwater wordt opgenomen.

§  Pulmonale hypertensie. Voor de geboorte heerst er een hoge pulmonale druk. Van het bloed dat in de rechterhartkamer terecht komt stroomt daardoor maar een klein deel naar de longen. Het grootste deel komt via het foramen ovale of de ductus van Botalli in de systemische circulatie terecht. Normaal zal de longvaatweerstand dalen als een kind wordt geboren. Als dit niet gebeurt, ontstaat er een links-rechts shunt. Het zuurstofarme bloed zal door het foramen ovale en de ductus van Botalli de systemische circulatie instromen. Er stroomt dus nog steeds weinig bloed door de longen. Het kind leeft hierdoor in hypoxie. Als reactie hierop komen er meer RBC’s met een hogere affiniteit voor zuurstof door aanwezigheid van het foetaal hemoglobine. Deze soort hemoglobine heeft 2 γ ketens in plaats van 2 β ketens, waardoor het beter zuurstof bindt.

§  Asfyxie: zuurstofgebrek op weefselniveau. Dit geeft problemen in verschillende orgaansystemen:

o   De glucosehuishouding. Het kindje is te licht, waardoor hij weinig voorraad heeft terwijl er een verhoogde vraag is vanwege de asfyctische omstandigheden. Het kind is hierdoor namelijk overgegaan op anearobe verbranding. Er is dus een grote kans op hypoglykemie.

o   Het hart. Ook het hart krijgt te weinig zuurstof, waardoor het slecht in staat is om het bloed goed weg te pompen. Hierdoor heerst er een lage bloeddruk..

o   De hersenen. Door de lage zuurstofvoorziening van de hersenen is het kindje suf en vaak hypotoon. Daarnaast kunnen er convulsies optreden en zijn de reflexen (monroe reflex, zuigreflex, grijpreflex, toenaderingsreflex) afwezig of verminderd. Dit beeld wordt (neonatale) encephalopathie genoemd. Hier zit een gradatie in. Kinderen die minder aangedaan zijn, zijn vaak meer geprikkeld en juist hypertoon. Op de langer termijn kunnen er cognitieve stoornissen, psychische problematiek en lichamelijke stoornissen ontstaan (spacticiteit)..

o   Het maag-darm stelsel. Voedingsstoffen worden niet meer goed opgenomen door de verlaagde motiliteit als gevolg van zuurstofgebrek. De darmen staan als het ware stil. Het kindje heeft hierdoor vaak een bol buikje en gaat overgeven. Bij ernstige hypoxie kan een necrotiserende enterocolitis optreden.

o   De lever. Er treedt leverfalen op. Dit kan gemerkt worden aan stollingsproblemen (de lever maakt stollingsfactoren) en verhoogde ASAT/ALAT waarden in het bloed, omdat de levercellen kapot gaan. De conjugatie blijft eigenlijk heel erg lang goed. Je ziet dus niet een geel kindje. Een andere reden voor een verhoogde bloedingsneiging is dat de bloedplaatjes ook niet meer in grote getale aangemaakt worden (zie beenmerg) en bovendien ook verbruikt (zie vaatstelsel).

o   Beenmerg: Ook trombocyten zijn nodig voor de stolling. Bij asfyxie zijn deze te laag doordat er minder aangemaakt wordt in het beenmerg. Daarnaast worden veel trombocyten verbruikt door een geactiveerde stolling door endotheelschade (diffuse intravasale stolling). Er is ook een laag hemoglobinegehalte door hoge hemolyse en verlaagde aanmaak. Daarnaast zijn ook de leukocyten laag.

o   De nieren. Door het zuurstofgebrek treedt Acute Tubulus Necrose (ATN) op. In eerste instantie plast het kind erg weinig tot niet (anurie). Dit is ook logisch vanwege de hypotensie. Maar door de ATN zal de werking van de nier verloren gaan. De nier is niet meer in staat om het water terug te resorberen. Het kindje zal dus erg veel gaan plassen (oligurie). Door nierfunctiestoornissen kunnen er ook allerlei elektrolytenproblemen optreden.

o   Het vaatstelsel. Het endotheel gaat kapot door asfyxie, hier slaan RBC’s op kapot en worden er bloedplaatjes verbruikt. Er treedt diffuse intravasale stolling op.

o   De huid. Subcutane vetnecrose.

• Zou in verband met de leeftijd van de moeder speciaal onderzoek voorgesteld hebben tijdens de zwangerschap?
  Er zou vanwege de leeftijd onderzoek kunnen worden gedaan naar chromosomale aandoeningen en dan met name naar het Downsyndroom. Eerst zou een combinatietest kunnen worden voorgesteld om de kans te bepalen. Ze mag ook een vlokkentest of een vruchtwaterpunctie laten verrichten maar deze hebben wel iets meer risico. Dit onderzoek wordt voorgesteld als de vrouw ouder is dan 36 of op grond van een verdachte combinatietest.
• Wat kunnen de gevolgen voor het kind zijn op de lange termijn?
  Ontwikkelingsstoornissen en spasticiteit. Er kunnen zowel op mentaal als op motorisch gebied ontwikkelingsstoornissen optreden. Deze kunnen variëren van heel mild tot heel ernstig (evenals de spasticiteit). De meeste organen herstellen zich. Het komt maar zelden voor dat een kind ernstige nierfunctiestoornissen overhoudt aan een asfyxie. Kinderen maken meestal een inhaalgroei door na de geboorte.

Om het risico op schade zo veel mogelijk te beperken wordt een kind verdacht voor asfyxie binnen 6 uur na de geboorte gekoeld tot 33,5 graden gedurende 72 uur. Onderzoek heeft uitgewezen dat de schade die tijdens de reperfusie ontstaat beperkter wordt gehouden. Er worden namelijk minder zuurstofradicalen gevormd.
 

Dia’s

Oudere kinderen hebben soms een dikke en droge huid met zelfs scheuren omdat de fernix al is ingetrokken, er minder vruchtwater aanwezig is en de placentafunctie is verminderd.

Bij pasgeborenen let je op de tepelvorming, de dikte van de huid, het kraakbeen van de oren, de spiertonus (bij een à terme kind verwacht je een normale spiertonus: bewegen tegen de zwaartekracht in en flexie van de extremiteiten), lanugo (donshaartjes, deze komen voor bij hele jonge prematuren, het zijn hele zachte witte haartjes op het gelaat, de thorax, de rug en armen en benen), het genitaal (bij jongere jongetjes kan het zijn dat de balletjes nog niet zijn ingedaald, bij premature meisjes zie je dat de labia minora nog promineren boven de labia majora en dat er een grote clitoris is) en de voetzolen.

Meconium ziet er op de thoraxfoto wat onregelmatig uit: De longen zijn vlekkerig grijs. Het meconium is namelijk niet egaal verspreid over de longen. Onder de microscoop is het meconium ook terug te vinden in de alveoli: er worden resten van huidschilfers en darmepitheel in de alveoli gezien.

Casus 6

U wordt in consult geroepen bij drie moeders met hun pasgeborenen:

-        Een multipara die bij 39 weken een dochter van 3400 gram kreeg.

-        Een primipara die bij 41 weken een zoon van 2600 gram kreeg.

-        Een multipara die bij 35 weken een zoon van 2500 gram kreeg.

-        Bij welk kind hoeft u het minste beducht te zijn voor hypoglycaemieën?
Bij het eerste kind. Het 2^e kind is dismatuur en het derde kind is prematuur (zit op de p50, dus heeft wel een normaal gewicht). Over het algemeen worden de volgende percentiellijnen weergeven: p50, p97 en p2,3. P2,3 betekent dat 2,3% van de kinderen kleiner of lichter is dan het betreffende gewicht. P97 betekent dat 97% van de kinderen kleiner of lichter is en dat het kind dus bij de grootste kinderen hoort.Vaak wordt er in groeigrafieken ook onderscheid gemaakt tussen multipara en primipara, omdat kinderen van moeders die al eerder kinderen hebben gehad vaak iets groter zijn.

-        Wat is bij de andere kinderen, indien deze een hypoglycaemie ontwikkelen, daar de meest waarschijnlijke oorzaak van?
Bij het dismature kind is er een tekort aan voorraad, waardoor er een hypoglykemie kan ontstaan. Bij het premature kind is het metabolisme minder ontwikkelt en is er ook minder voorraad, waardoor er een hypoglykemie kan ontstaan.

-        Wanneer spreekt men van een hypoglycaemie?
Bij kinderen spreekt men van een hypoglycaemie bij een glucose waarde die lager is dan 2,6. Na de geboorte mag het kind nog wel iets lager zitten. Het liefste moet de glucose boven de 3 blijven.

-        Welke symptomen zouden kunnen wijzen op een hypoglycemie?
Irritatie, schrikachtigheid, prikkelbaar, apneu, lethargie, sloomheid en insulten. Het meest voorkomende verschijnsel bij een hypoglycaemie is dat er vaak niks aan het kind gezien wordt. Dat is het lastige eraan. Je kunt er dan achter komen door het glucose te prikken.

-        Welke maatregelen neemt u bij pasgeborenen met een verhoogd risico op hypoglycaemie?
Het kind moet goed in de gaten worden gehouden. Aan de ene kant moet het glucose dus gecontroleerd worden en aan de andere kant moet het voeding krijgen. Dit kan in principe via de moedermelk. Normaal wordt een zuigeling ongeveer 6 tot 8 keer per dag gevoed. Bij een kind met een mogelijke hypoglycemie moet je zorgen dat de intake regelmatig is, dus dat hij bijvoorbeeld elke 3 uur iets te eten krijgt. Na een eerste zwangerschap duurt het even voor de borstvoeding op gang komt. Er wordt dan op de eerste dag 6-8 keer 10-15 ml per fles gegeven. Vervolgens wordt dit opgehoogd tot 20 ml op de 2^e dag, 30 ml op de 3^e dag en 40 ml op de 4^e dag. Uiteindelijk kom je uit op zo'n 150 mL/kg/dag.

Oorzaken van polyhydramnion:

-        Teveel plassen (Barter’s syndroom).

-        Slikproblemen.

-        Neurologische problemen.

-        Diabetes.

-        Aanlegstoornis (duodenumatresie of slokdarmetresie, het vocht kan dan niet weg).

Polyhydramnion is een reden voor vroeggeboorte omdat de baarmoeder uitrekt.

Andere oorzaken voor vroeggeboorte zijn:

-        Een macrosoom kind.

-        Meerlingen.

-        Een cervixprobleem of cervix insufficiëntie.

-        Een loslating van de placenta of een voorligging van de placenta.

-        Vroegtijdig breken van de vliezen.

-        Maternale infectie.

-        Aangeboren afwijkingen.

Meestal is de oorzaak van vroeggeboorte onbekend.

Oorzaken van dismaturiteit zijn:

-        Diabetes. Door problemen in de vaten van de moeder.

-        Pre-eclampsie.

-        Placenta insufficiëntie.

-        Meerlingen.

-        Chromosomale afwijkingen.

-        Ernstige congenitale afwijkingen.

-        Intra-uteriene infecties: rubella, toxoplasmose, cytomegalie, herpes en syfilis (lues).

Casus 7

Na een zwangerschap van 38 1/7 week wordt een meisje geboren met een gewicht van 4700 gram, lengte 50 cm. De moeder is vanaf haar jeugd onder behandeling bij een internist in verband met Diabetes Mellitus. Tijdens het laatste trimester van de zwangerschap maakte ze een urineweginfectie door, waarvoor ze werd behandeld met Amoxicilline. Urinekweken werden niet ingezet.

-        Welke problemen kunnen zich voordoen bij een spontane vaginale partus?
Schouderdystorcie, asfyxie (omdat het langer duurt en de placenta wordt afgekneld in het geboortekanaal), een plexus brachialis laesie. Bij kinderen van moeders met diabetes is er sprake van een wanverhouding. Het hoofd komt er wel door, maar de schouders blijven vaak hangen achter de symfyse. Hierdoor wordt de bevalling lastig en is er een kans dat de navelstreng klem komt te zitten. Wanneer het allemaal lang duurt kan er asfyxie optreden bij het kind. Het kind heeft een grotere kans op een kunstverlossing (met behulp van vacuüm) en daarmee op een cephaal hematoom.
Een clavicula ruptuur of humerusruptuur kunnen ook optreden. Soms wordt dit bewust gedaan. Over het algemeen geneest dit makkelijk omdat ze een goed herstellend vermogen hebben.

-        Hoe ziet het kind er na de geboorte uit?
Macrosomie, dus groot, zowel in de lengte als in de breedte, vrijwel geen nek, etc.

-        Welke problemen kunnen zich bij het kind voordoen na de geboorte en hoe verklaart u deze?
Er kan een hypoglycaemie optreden als gevolg van een hyperinsulinemie. Intra-uterien was er constant een teveel aan glucose waardoor het kind zelf veel aan insuline is gaan produceren. Direct na de geboorte is dit er dus ook nog, maar dan is de aanvoer van glucose plotseling weg. Hierdoor ontstaat een hypoglykemie. Een ander probleem wat kan optreden is een polycytemie, er zijn dan teveel rode bloedcellen door vasculaire problemen (diffusieproblemen in de placenta). Andere problemen die verwacht kunnen worden zijn hyperviscositeit, een ongeconjugeerd bilirubine door onrijpheid van de lever en het respiratoire distresssyndroom. Dit verwacht je bij deze macrosome kinderen niet, maar uit ervaring blijkt dat deze kinderen vaak minder goed ontwikkelt zijn. Daarnaast is er een hoge kans op aangeboren afwijkingen zoals hartafwijkingen en darmafwijkingen (small left hemicolon syndrome).

Vervolg casus 7

Aanvankelijk doet het kind het redelijk goed met de door u genomen maatregelen. Echter op de tweede levensdag is de buik wat opgezet, zijn er problemen met de voeding (retenties, braken), heeft het kind een instabiele lichaamstemperatuur en een matige circulatie.

Bij lichamelijk onderzoek wordt over de linker thorax helft een systolische souffle gehoord.

-        Welke diagnostische overwegingen heeft u en welk onderzoek doet u?
We denken aan een sepsis en gaan een bloedkweek afnemen, een liquorkweek en een urinekweek (als het kind wat ouder is). Als je de kweek hebt gedaan start je met breedspectrum antibiotica intraveneus. Aangezien deze sepsis zich op de 2^e dag openbaarde spreken we van een early onset sepsis.

Andere ideeën die in de DD staan zijn cardiale afwijkingen (komt ook vaker voor bij moeders met diabetes mellitus en een VSD kan intra-uterien gemist worden)). De buik is opgezet. Dit kan passen bij hartfalen (backward failure) of necrotiserende enterocolitis. Maar ook puur een sepsis kan buikproblematiek geven omdat er een ileusbeeld ontstaat, de darmen werken niet meer zo goed. Moeders met DM hebben ook een groter risico op onderontwikkeling van het distale colon bij hun kind: small left colon syndrome. Het laatste deel van het colon is smaller en minder goed aangelegd. Dit geeft een obstructiebeeld van de buik. Het onderzoek dat je kunt doen is een colon inloop en je kunt eventueel een kale buik overzichtsfoto of een dwarse buik overzichtsfoto doen. De buik is vaak bol omdat de ontlasting niet goed door het laatste deel van het colon heen kan. Het raakt verwijd en kinderen gaan ook spugen. Bij verdenking op een hartafwijking kan een echo worden gemaakt.

Dia’s

Bij een Erbse parese heeft het kind typisch zijn hand in extensie naar achteren en hangt de arm slap. Dit wordt ook wel aangeduid met de term ‘waiters tip’. Dit is een onderdeel van de plexus brachialisparese. Met name kunnen de kindjes de arm niet heffen en niet opzij bewegen. De monroe reflex bij deze kinderen is dan ook gestoord.

Bij een perifere facialisparese kan het oog niet dicht en hangt de mondhoek wat aan de aangedane zijde. Dit kan ontstaan door een tangverlossing en het herstelt zich over het algemeen wel weer.

Bij kinderen kan het lijken of het hart heel groot is, maar er wordt een thymusschaduw gezien. Bij normale kinderen zie je vaak nog een hele grote thymusschaduw boven het hart.

Hoogstand van het diafragma kan ook ontstaan omdat de n. phrenicus is aangedaan. Normaal gesproken staat het rechter diafragma wat hoger, maar bij letsel aan de n. phrenicus ligt de linker kant hoger.

Een clavicula ruptuur kan soms direct na de geboorte gevoeld worden. Stel dat dit niet kan, dan kan het eruit worden gepikt met de Monroe test. Bij een asymmetrische Monroe moet dus ook een foto worden gemaakt. Wanneer je hem vindt, weet je niet zeker of er ook nog sprake is van een Erbse parese.

Wanneer er lucht wordt gezien in maag en duodenum wordt dit het double bubble teken genoemd. Wanneer dit wordt gezien bij een echo kan het een aanwijzing zijn voor een kindje met het syndroom van Down. Deze luchtbellen ontstaan door een afsluiting van de dunne darm: dunne darm atresie. Er is geen passage naar de rest van de darm mogelijk, waardoor het lucht zich in het duodenum ophopen. Wanneer er sprake is van lucht met vochtspiegels door de gehele darm is er sprake van een ileus. Wanneer er problemen zijn in de buik van het kindje kan het diafragma omhoog gedrukt worden, waardoor het kindje ook last krijgt van ademhalingsproblemen.

Casus 8

Bij een zwangerschapsduur van 37 2/7 week wordt een jongen geboren met een gewicht van 2900 gram en een lengte van 45 centimeter. De vliezen waren meer dan 48 uur gebroken.

De Apgar score bedroeg 9/10. Omdat het poliklinische partus betreft, gaan ze na enige uren huiswaarts, zonder bijzondere maatregelen.

-        Was dit een juist beleid? Beargumenteer uw keuze. Wat bespreekt u met de ouders?
Nee, want de vliezen waren te lang gebroken waardoor er een hoger risico is op infectie. Dit zou dus meer in de gaten moeten worden gehouden. Beter zou dus zijn het kind langer te laten blijven of ze naar huis sturen met duidelijke criteria waar ze op moeten letten. Vaak worden moeder en kind minstens 24 uur in het ziekenhuis gehouden. Criteria waar ze op moeten letten zijn: het kind drinkt niet goed, labiliteit in temperatuur en huilerigheid.. Er zou eventueel ook al een kweek kunnen worden afgenomen. Daarnaast moeten de ouders goed worden ingelicht: bij twijfel over de gezondheid van het kindje moeten zij direct naar het ziekenhuis komen.

-        Welke ernstige bacteriële infecties kunnen gedurende de neonatale periode optreden?
Groep B streptokokken en E.coli zijn de meest voorkomende verwekkers van een early onset sepsis. Bij een late onset sepsis gaat het met name om stafylococcus epidermis en s. aureus. Bij een late onset wordt de ziekteverwekker overgebracht via horizontale transmissie en bij de early onset via verticale transmissie. Het verschil zit hem in de verwekkers.

-        Wat zijn de klinische symptomen en wat doet u als u aan een bacteriële infectie denkt?
Klinische symptomen: het kind drinkt niet goed, schommelingen in temperatuur en huilerig. De symptomen kunnen heel aspecifiek zijn. Er wordt een kweek gedaan (bloed, liquor en urine). Verder kun je bloedgas onderzoeken en glucose testen. Je kunt een bloedbeeld meten, omdat je van een sespis anemie kunt krijgen. Je wilt de leukocyten en trombocyten weten, want die kunnen opgebruikt raken bij een sepsis. Een CRP wil je meten om het therapie-effect te kunnen volgen. Je begint met breedspectrum antibiotica intraveneus al voordat de uitslagen bekend zijn.

-        Wat zijn de belangrijkste risicofactoren en welke preventieve maatregelen ter voorkoming van deze infecties kunnen we nemen?
Risicofactoren voor een early onset sepsis zijn prematuriteit, langdurig gebroken vliezen en een infectie bij de moeder. Risicofactoren voor een late onset sepsis zijn prematuriteit, infusen, lijnen, etc. Maatregelen zijn antibioticaprofylaxe bij de moeder als zij een infectie heeft, of drager is van groep B streptokokken. Hier kan je achter komen wanneer deze infectie bij een eerder kind is opgetreden.

WC 4 – Dominant overervende aandoeningen

Opdracht 1

De zwangerschap van mw. Dirksen (G1P0) is zonder problemen verlopen. Na een termijnecho van 10+2 weken was er geen echo meer gemaakt. Bij een zwangerschapsduur van 37+3 weken werd mw. Dirksen met spoed ingestuurd door de verloskundige die bij toucher meende dat onverwachts sprake was van een stuitligging. Een echo op de verloskamer bevestigde dit niet, maar wel werd er een micromelie (sterke verkorting van de ledematen) met waarschijnlijk multipele fracturen gezien en weinig mineralisatie van het skelet.

1. Welke verklaring kunt u geven voor het feit dat de verloskundige dacht dat er sprake was van een stuitligging?
   Weinig mineralisatie (botvorming) van het skelet zorgt ervoor dat het skelet heel zacht is waardoor het hoofd wat in te drukken is. Hierdoor kan dit worden aangezien voor de billetjes van het kindje in plaats van voor het hoofd.

Esther werd vlot geboren. Er bleek inderdaad een extreme verkorting en deformatie van de ledematen bestaan. Een babygram (röntgenfoto van de hele baby) liet ontelbare fracturen zien van de lange pijpbeenderen en ook van de ribben (beads on a string). Het röntgenbeeld was passend bij Osteogenesis Imperfecta type 2 (OI type 2). Esther was zeer oncomfortabel en respiratoir insufficiënt. In overleg met de ouders werd gestart met morfine en Esther stief anderhalve dag na de geboorte. De ouders stonden geen obductie toe, wel werd direct na overlijden een huidbiopt afgenomen voor diagnostiek.

2. Letale O.I. (OI type 2) ontstaat meestal als gevolg van een nieuwe autosomaal dominante mutatie in COL1A1 of COL1A2. Aangenomen wordt dat ook zeldzame recessieve vormen kunnen bestaan. Verzin en teken een stamboom (met 4 generaties) voor de familie Dirksen, die twijfel doet rijzen aan een nieuwe autosomaal dominante mutatie bij Esther.

De kans dat twee dragers van het mutante gen bij een dergelijke zeldzame aandoening samen een kind krijgen is erg klein. Het risico is groter wanneer de ouders (verre) bloedverwanten zijn. Er wordt dan gesproken van consanguiniteit. Dit treedt vaak op in door godsdienst of geografisch geïsoleerde gebieden. Denk bijvoorbeeld aan de bible belt.

Zie figuur 2 in de bijlage.

Verschillende mutatiemechanismen kunnen bij OI een rol spelen. Zie figuur 1 in het blokboek (blz. 51). Er kan OI ontstaan door:

-        Dominant negatief effect.

-        Haploïnsufficiëntie (50% reductie in gendosis zorgt voor een afwijkend fenotype).

3. Verklaar aan de hand van deze twee mutatiemechanismen waarom grote out-of-frame mutaties soms een veel milder type OI kunnen veroorzaken dan puntmutaties.
   Bij een out-of-frame mutatie is het niet meer mogelijk om vanaf dit allel eiwitten te produceren. Er wordt daardoor 50% minder collageen gemaakt, maar het collageen dat gemaakt wordt is wel van goede kwaliteit. Er wordt dan gesproken over een Haploïnsufficiëntie. Doordat er wel goed collageen aanwezig is, maar in een minder grote hoeveelheid is de botvorming niet verstoord maar alleen verminderd. Het bot wat gevormd wordt, is wel van goede kwaliteit.

Bij een puntmutatie bevat het ene allel een fout, maar er wordt dit allel nog steeds gebruikt om eiwitten te produceren. 50% van de gevormde eiwitten zal hierdoor een fout bevatten. Het collageen wordt vervolgens opgebouwd uit ‘mogelijk’ mutante eiwitketens. Wanneer het gaat om een mutatie in het COL1A1 gen worden er slechts 25% goede ketens geproduceerd. Er worden namelijk twee COL1A1 eiwitten in elk molecuul collageen type 1 verwerkt. De kans dat beide eiwitten goed zijn is ½ x ½ = ¼. Doordat de foute eiwitten gewoon worden gebruikt is dus 75% van het geproduceerde collageen van slechte kwaliteit. Dit collageen wordt ook gewoon gebruikt bij de botvorming, waardoor het gevormde bot van geen goede kwaliteit is. Er is hier sprake van een dominant negatief effect.  

Vier maanden later komt het echtpaar Dirksen bij de klinisch geneticus in verband met opnieuw kinderwens. De geneticus onderzoekt beide ouders en vraagt naar fracturen en doofheid. Lichamelijk onderzoek en uitgebreide familieanamnese leveren geen bijzonderheden op. De geneticus vertelt dat de empirische kans op herhaling na een eerder kind met OI type 2 ongeveer 5 tot 8% is. Eiwitonderzoek (elektroforese van collageen) in gekweekte huidfibroblasten van Esther levert overmodificatie op. Overmodificatie ontstaat door glycosylering en hydroxylering van lysine residuen in collageenketens die als gevolg van een mutatie vertraagd in de tripple helix moleculen worden ingebouwd. Door de extra aanwezige residuën krijgt het collageen een andere positie in het elektroforese patroon. Doordat de collageengenen lastig op DNA-niveau te onderzoeken zijn, is er nog geen mutatie gevonden. De geneticus legt uit dat echo-onderzoek betrouwbaar is voor 20 weken zwangerschapsduur, maar dat ook eiwit onderzoek in vlokken kan worden verricht.

4. Beschrijf aan de hand van figuur 2 in het blokboek (blz. 52) de afwijking die bij Esther is gevonden.
   De ‘C’ staat voor de eiwitten die worden geïsoleerd uit de cel. De ‘M’ staat voor de eiwitten die uit het medium worden geïsoleerd. Met gel-elektroforese worden de eiwitten vervolgens gescheiden naar grootte. In de afbeelding zie je verschillende banden ontstaan die de verschillende typen collageen aangeven. Door uitslag van Ester te vergelijken met de positieve controle (een beeld passend bij de aandoening) en de negatieve controle (beeld passend bij gezond collageen) kunnen de afwijking bij Esther ontdekken. Het defect bij Esther zit in het C1A1. Deze lijn is bij de negatieve controle groep, dus de gezonde mensen, heel strak. Bij Esther waaiert deze meer uit naar boven.
5. Collageen elektroforese in vlokken is een biochemische test die heel anders gaat dan het vaker toegepaste DNA-onderzoek in vlokken. Het is een soort functionele test (je onderzoekt het eindproduct). Waarom wordt geen DNA-test gebruikt bij de familie Dirksen?
   Er is bij Esther nog geen mutatie gevonden. De collageen genen zijn enorm groot, dus het is heel kostbaar en tijdrovend om de mutaties op DNA niveau aan te tonen.
6. Bedenkt een tweetal belangrijke verschillen tussen een functionele test en een DNA-test voor prenatale diagnostiek in vlokken. Waaraan moet een functionele test in ieder geval voldoen?
   Bij een functionele test moet het eindproduct tot uiting komen in het weefsel dat je onderzoekt en het kweken van de cellen kost veel tijd. Het DNA in elke cel is gelijk, dit kan dus wel in alle cellen worden aangetoond. De cellen hoeven daarnaast niet gekweekt te worden. Dit kost dus minder tijd (alleen als bekend is naar welke mutatie gezocht moet worden natuurlijk). Een derde verschil is dat normale moederlijke fibroblasten de resultaten kunnen beïnvloeden bij een functionele test. Dit wordt maternale contaminatie genoemd. Dit is een nadeel want je wilt natuurlijk zeker weten dat je naar een eiwitproduct uit de vlokken aan het kijken bent.

In de volgende zwangerschap van mevrouw Dirksen worden bij 10+6 weken vlokken afgenomen. Ruim 3 weken later is duidelijk dat opnieuw sprake is van een afwijkend eiwit patroon. De ouders zijn in alle staten. Bij 16 weken wordt de zwangerschap afgebroken.

Op echo zijn dan nog geen fracturen te zien, maar wel is de lengte van alle pijpbeenderen op de p5. De klinisch geneticus vertelt dat in de fibroblasten van Esther inmiddels een mutatie is gevonden op positie 472 van het collageen. In weefsel van de afgebroken foetus, wordt het bestaan van deze mutatie bevestigd. Er is een zeer breed spectrum van mutaties bij OI-patiënten gevonden. In het blokboek staat een mutatiespectrum van het COL1A1-gen. De nummering betreft de codon-numering. In het mutatiespectrum zijn slechts twee soorten mutaties aangegeven: missense mutaties waarin glycine plaats heeft gemaakt voor een ander aminozuur (n=55) en splice defects (Ñn=13).

7. Kijk naar het mutatiespectrum in de figuur. Bent u van mening dat de bij Esther gevonden mutatie bij een autosomaal dominante lethale osteogenesis imperfecta zou kunnen passen?
   De mutatie die gevonden is, is: Gly472Arg. In de figuur staat eigenlijk Gly472Cys. Deze mutatie geeft een lethaal fenotype. Normaal zit op plaats 472 glycine. Glycine is het kleinste aminozuur. In het schema is door de mutatie glycine vervangen door cystine. Cystine heeft een grotere zijgroep en is dus een groter aminozuur. Van deze mutatie is bekend dat deze lethaal is. Dit heeft te maken met de vouwing van het eiwit. Doordat glycine een klein aminozuur is, is het eiwit goed in staat te vouwen. Door de vouwing komt het glycine aan de binnenkant te liggen. Je kunt je voorstellen dat, wanneer dit molecuul opeens veel groter is, deze vouwing niet goed kan optreden en het molecuul minder werkzaam wordt. Dit is wat gebeurt bij de GLy472Cys mutatie. De mutatie die Esther heeft is: glycine vervangen door arginine.  Arginine is een nog groter molecuul dan cystine. Je kunt je dus voorstellen dat deze mutatie ook lethaal zal zijn.
8. Welk onderzoek stelt u voor om nog meer duidelijkheid over de pathogeniteit van deze nog niet eerder gevonden mutatie te krijgen?
   DNA onderzoek bij de ouders. Je moet kijken of de mutatie die bij Esther gevonden is, niet ook voorkomt bij de ouders. Wanneer dit niet het geval is, is dit namelijk een bevestiging dat het ziektebeeld bij Esther werd veroorzaakt door deze mutatie. Er dan sprake geweest van een ‘de novo’ mutatie. Je kan niet uitsluiten of één van beide ouders de mutatie alleen in de geslachtscellen draagt (kiemcelbaan mozaïcisme).
9. Uitgaande van een nieuwe dominante mutatie, wat is dan uw verklaring voor de herhaling van de OI type 2 bij de foetus?
   Kiemcel mozaïcisme bij één van de ouders.
10. Meneer Dirksen vraagt zich af of zij in volgende zwangerschappen opnieuw 5 à 8% kans op herhaling heeft. Wat is hierop uw antwoord?
    De kans is groter omdat er waarschijnlijk sprake is van kiemcelmozaïcisme. De fout zit dan dus in een lijn van de kiemcellen waardoor de kans op herhaling groter wordt. Er is maximaal 50% kans op herhaling. De exacte kans is afhankelijk van de hoeveelheid kiemcellen die zijn aangedaan.  

Opdracht 2

Voor sommige heterogene monogeen overervende ziekten wordt met behulp van DNA onderzoek van het gen dat in de familie verantwoordelijk is voor de ziekte, bepaald met koppelingsonderzoek. Koppelingsonderzoek is een indirecte manier om de aanwezigheid van het mutante allel aannemlijk te maken. Het is daardoor vaak mogelijk om een uitspraak te doen over welk gen (van de verschillende genen die het ziektebeeld kunnen veroorzaken) verantwoordelijk is voor de ziekte in de familie.

Bij de familie De Vries en Jansen komt Epidermolysis bullosa simplex (EBS) voor. EBS is een ziekte waarbij blaarvorming van de huid plaatsvindt. De klinische verschijnselen manifesteren zich meestal pas op latere leeftijd. Van verschillende vormen van deze ziekte is het defecte gen bekend. De genen coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij cel-cel contacten. EBS is genetisch heterogeen. Er zijn naast autosomaal dominant ook autosomaal recessief overervende X-gebonden overervende vormen bekend.

Bij de families De Vries en Jansen gaat het om een EBS-type waarvan het nog niet bekend is welk gen de ziekte veroorzaakt. Om niet mutatieonderzoek van alle genen te hoeven inzetten, wordt eerst gebruik gemaakt van markers, die in de buurt liggen van de bekende EBS-genen.

Er wordt gebruik gemaakt van de volgende markers: D3S175, D7S411 en D18S1056. Bij beide families wordt nagegaan of zij een EBS-type bezitten waarvan de markers in de buurt van het gen ligt. Daarmee zou ook bepaald kunnen worden of het kind (IV:1) in de twee families kans heeft om EBS te krijgen. Als het verdachte gen geïdentificeerd is, kan gericht DNA onderzoek worden verricht om de voor het fenotype verantwoordelijke mutatie in beide families te vinden.

Marker D3S175 komt met twee verschillende allelen in de families voor, allel 1 en allel 2. dit geldt ook voor de markers D7S411 en D18S1056. De markers liggen op verschillende chromosomen respectievelijk op chromosoom 3, 7 en 18.

De locatie van de markers kunt u ook aflezen in de naamgeving van de marker.

Namelijk:         D = DNA marker

                        3 = chromosoom

                        S = simple sequence

                        175 = identificatienummer

1. Bestudeer de bovenstaande stambomen en bepaal met gebruikmaking van de gegevens of de marker allelen aanleveren of kind IV:1 van familie De Vries kans heeft om EBS te krijgen.
   De markers geven aan of genen in het gebied liggen. Markers zijn niks anders dan een stukje DNA sequentie waar een verschillend aantal repeats op voorkomt in de populatie. Deze kun je gebruiken als een soort van merkvlaggetjes die naast het gen zitten wat je zoekt. Als je kijkt naar de koppeling tussen de marker en de ziekte kun je zeggen of het gen in het betreffende gebied ligt van de marker.
   Kind IV:1 heeft een verhoogde kans om EBS te krijgen op basis van D7s411.
2. Doe dit ook voor kind IV:1 van familie Jansen.
   Bij de familie Jansen lijkt D3S175 een rol te spelen, daarbij kan IV:1 EBS krijgen.

Opdracht 3
In de stamboom in het blokboek (blz. 55) komt Marfan syndroom voor. We weten dat Marfan syndroom autosomaal dominant overerft, maar het lijkt net alsof het in deze familie niet klopt. Legenda: zwart: Marfan syndroom; Wit: gezond.

1. Zou autosomaal recessieve of X-gebonden recessieve overerving voor de aangegeven ziekte mogelijk zijn? Met welke argumenten vindt u één van de drie overervingspatronen (atuosomaal dominant, autosomaal recessief en X-gebonden recessief) de meest waarschijnlijke?
   X-gebonden dominant is onmogelijk want dan zouden de zieke vaders altijd zieke dochters moeten krijgen.

X-gebonden recessief is onwaarschijnlijk omdat geen dochters van II:3 en II:4 ziek zouden kunnen zijn. III:6 zou dan dus niet ziek moeten zijn.

Autosomaal dominant zou kunnen. Dit is wel raar omdat je zou verwachten dat II:3 en III:7 dan ziek zouden zijn. Dit betekent dat het niet tot uiting komt: non-penetrantie. Dit is eigenlijk geen goede term. Er zou gesproken moeten worden over incomplete penetrantie.

Autosomaal recessief zou eventueel ook kunnen. Dan zouden II:3 en II:4 drager zijn. Het probleem is alleen dat je dan in elke generatie een drager van buiten de familie nodig hebt. Dit is heel erg onwaarschijnlijk.

Het gaat hier dus waarschijnlijk om een autosomaal dominante stamboom met non-penetrantie. Bij non-penetrantie heeft de persoon wel het zieke genotype, maar niet het bijbehorende fenotype.

Als we ervan uitgaan dat het in deze familie toch om de in het begin van de vraag genoemde overervingwijze gaat, dan moeten II-3 en III-7 dragers van de mutatie zijn.

2. Welke 3 benaderingen, waarvan twee op DNA-niveau, kunt u toepassen om dit eventuele dragerschap vast te stellen? Welke voor- en/of nadelen kunt u voor elk van de benaderingen opperen?
   Je kan nog eens heel goed naar de stamboom kijken en met name naar II:3, of hij echt geen symptomen heeft. Op DNA niveau kunnen er 2 dingen gedaan worden: gericht naar de genen kijken (DNA sequentie) of koppelingsonderzoek (naar de markers kijken).

Stel II:3 en III:7 blijken mutatiedragers te zijn.

3. Is er een verhoogd risico dat een toekomstig kind van III:3 Marfan syndroom zal krijgen? Licht uw antwoord toe.
   Om die kans te bepalen moet je een aantal dingen meenemen. II:2 heeft een kans van 50% om drager te zijn. De kans dat III:3 drager is, is ½ x ½ = 25% kans. De kans dat het kind van III:3 het syndroom van Marfan zal krijgen is: ½ x ½ x ½ = 1/8. Ten opzichte van het populatierisico is er dus een verhoogde kans.

WC 5 – Recessief overervende aandoeningen

Opdracht 1

Van een toenemend aantal genen zijn structuur en basevolgorde bekend. Hierdoor is het mogelijk bij deze genen de gendefecten op te sporen die geassocieerd zijn met het ziektebeeld. Zo wordt inzicht gekregen in de heterogeniteit van een erfelijke ziekte. Als er sprake is van fenotypische variabiliteit, kan onderzocht worden of de variatie gecorreleerd is met bepaalde gendefecten.

Phenylketonurie kan ontstaan door mutaties in het PAH (phenylalaninehydroxylase)-gen. Via http://www.pahdb.mcgill.ca is zeer veel informatie over het gen en de mutaties daarin bijeengebracht. Het PAH-gen bestaat uit 13 exonen en 12 intronen.

In het blokboek is op blz. 58 een deel van de genomische nucleotide sequentie weergegeven, met name de overgangen tussen intronen en exonen.

Nucleotiden van exonen staan in hoofdletters, nucleotiden van intronen in kleine letters. Tevens is het leesraam vermeld. Voor één triplet is telkens het aminozuur (az) vertaald. Het cijfer bij het az duidt op de volgorde in het eiwit.

Opmerking in college: 148, glycine moet GGT zijn i.p.v. TTT.

-        Welke gevolgen zullen de onderstaande mutaties hoogstwaarschijnlijk hebben?

o   TCC, coderend voor Ser = serine op aminozuur positie 302, wordt CCC.
Serine wordt proline. Wanneer hierdoor de vouwing van het eiwit veranderd, kan dit pathogeen zijn. Het kan echter ook zonder problemen voorkomen.

o   Deletie van triplet 55.
Fenylalanine verdwijnt. Het effect hiervan is hetzelfde als bij het vorige voorbeeld. Je mist maar één stukje van deze keten. Dit hoeft geen groot effect te hebben, maar kan wel effecten hebben op de vouwing, waardoor problemen kunnen ontstaan.

o   Deletie van exon 6 en intron 6.
Histamine 170 ligt gedeeltelijk op exon 5 en gedeeltelijk op exon 6 (CAT). Wanneer intron en exon 6 eruit vallen, valt de T van CAT (histamine 170) weg. Dit wordt dan gekoppeld aan het eerstvolgende nucleotide op exon 7 (de CT van ACT: Thr 235). Er ontstaat dan een verschuiving van het leesraam, dit wordt een out-of-frame mutatie genoemd. Er worden hierdoor andere aminozuren gevormd. Meestal ontstaat er ook vroegtijdig een stopcodon, waardoor een verkort eiwit ontstaat. Dit heeft een pathogeen effect. Vaak wordt er helemaal geen eiwit gemaakt omdat er een proefleesmechanisme in de cel is (nonsense mediated decay, NMD), dit breekt het mRNA met een voortijdig stopcodon af. De deletie van exon 6 en intron 6 leidt tot een frameshift waardoor er waarschijnlijk een stopcodon ontstaat wat wordt afgebroken door het NMD of het eiwit wordt gemaakt. In het uiterste geval wordt het eiwit ingebouwd in het complex. Dan kan het zelfs nog voor een dominant negatief effect zorgen. Herstelmechanismen zijn: DNA mismatch repair en nucleotide excision repair.

o   Insertie van 1 nucleotide, een A, vóór CAG, coderend voor Gln op aminozuurpositie 20.
Dit geeft een frameshift omdat alles één nucleotide opschuift. Dit heeft dus eenzelfde effect als het voorbeeld hiervoor.

-        Welke soort mutatie is opgetreden indien deze staat aangegeven als missense, nonsense of splicesite mutatie? Welke gevolgen kunnen dit soort mutaties hebben?

o   Missense: hierbij wordt één basenpaar anders. Hierdoor wordt er vaak een ander aminozuur ingebouwd.

o   Nonsense: De puntmutatie zorgt ervoor dat het codon verandert in een stopcodon, waardoor de transcriptie eerder wordt gestopt en er verkorte eiwitketens ontstaan.

o   Splice site: mutatie waardoor een splice site verdwijnt, waardoor bijvoorbeeld een intron niet eruit wordt geknopt. Er kan ook een mutatie ontstaat waardoor een extra splice site wordt toegevoegd, waardoor een deel van het exon wordt werggeknipt. Dit kan ook frame shifts tot gevolg hebben.

-        De meeste mensen met Achondroplasie hebben dezelfde mutatie in het FibroblastenGroeiFactorReceptor 3 (FGFR3). (Zie Jorde blz. 195-197). Dit is een groot verschil met Fenylketonurie, waar zeer veel verschillende mutaties in het PAH gen tot dysfunctie leidt. Geeft een verklaring voor dit verschil.
Bij fenylketonurie is er sprake van dysfunctie van het eiwit, bij achondroplasie van overactivatie. Beide genen coderen voor één eiwit. Achondroplasie wordt veroorzaakt door een gain of function mutatie in het gen. Dit kan alleen veroorzaakt worden door een specifieke mutatie in een cruciale plek van het gen. Bij fenylketonurie kunnen meerdere mutaties leiden tot het kapot maken van het gen en daarmee dus tot disfunctie. Deze kunnen dus ook allemaal worden teruggevonden.

Opdracht 2

Een echtpaar heeft 3 kinderen. De jongste raakte ernstig ondervoed vanwege terugkerende hypoglycemie en overgeven, nadat naast borstvoeding ander voedsel werd gegeven.

-        Er wordt aan een erfelijke stofwisselingsstoornis gedacht omdat de vader en moeder neef en nicht van elkaar zijn. Leg dit uit.
Dan is er sprake van consanguïniteit. Er is een grotere kans dat er een recessief allel voor een bepaalde ziekte aan beide (de neef en de nicht) is doorgegeven omdat zij dezelfde voorouders hebben. Er is dus een vergrote kans dat zij beide drager zijn. Dan is er een relatief grote kans dat het kind de ziekte heeft.

Onderzoeken wijzen naar fructose intolerantie. Het kind knapt op bij een fructose-vrij dieet. Er wordt mutatieonderzoek ingezet. ALDO (aldolase B, fructose-biphosphate), een gen met 8 exonen wordt onderzocht op mutaties bij het kind. Er worden bij het kind 2 homozygote variaties gelegen in intron 3 en 4 gevonden. Tevens een puntmutatie van G naar C in exon 5. Deze komt ook homozygoot voor.

-        Het kind is homozygoot voor alle genetische variaties in het gen. Had u dit verwacht? Licht toe.
In een consanguïne familie zie je vaak dat er sprake is van homozygote genetische variaties. Dit komt omdat beide ouders het alle van een gemeenschappelijk voorouder hebben geërfd.

-        Welke gevolgen hebben de varianten in de intronen?
Over het algemeen heeft dit geen gevolgen omdat de intronen eruit worden geknipt en dus niet coderen voor aminozuren. Er ontstaat wel een probleem wanneer de mutatie een verandering in de splice site veroorzaakt..

-        Welke gevolgen heeft de mutatie in exon 5?
Door de mutatie kan het zo zijn dat er een ander aminozuur wordt ingebouwd. Dit kan leiden tot een verkeerde vouwing van het eiwit. Deze mutatie zorgt waarschijnlijk voor de ziekte bij het kind.

-        Hoe groot is de kans dat een volgend kind van dit echtpaar ook erfelijke fructose intolerantie zal hebben?
Er is een kans van 25% dat het kind homozygoot gezond is, een kans van 50% dat hij drager is en een kans van 25% dat hij homozygoot is en de aandoening dus heeft.

-        A149P is een mutatie die bij meerdere mensen met fructose intolerantie wordt gevonden. Hoe kunt u onderscheid maken tussen de volgende twee situaties?

o   1: de A149P mutaties ontstaan telkens opnieuw.

o   2: ver in het verleden is ooit een keer de A149P mutatie opgetreden.

Er moet bij twee generaties worden gekeken of er sprake is van precies dezelfde mutatie. Er wordt gekeken in alle patiënten (met dezelfde mutatie), of je in de buurt van de mutatie een marker kan vinden. Dan kan dan gekeken worden of je altijd hetzelfde markerallel vindt bij het gen. Dat is dan een aanwijzing voor gezamenlijk ontstaan.

Opdracht 3

Betsy, het eerste kind van Bill en Jane, blijkt CF te hebben. Bill en Jane hebben zich laten testen op mutaties in CFTR. Zij blijken beide heterozygoot te zijn. Hun tweede kind, James, is ook heterozygoot voor deze mutatie. Bill’s broer Tim gaat binnenkort met Holly trouwen. Nadat hij zich heeft laten testen blijkt ook hij drager van ΔF508 te zijn. Holly laat zich ook testen. Zij heeft geen van de 32 mutaties die in het testpanel zijn opgenomen.

Nadat Bill’s moeder is overleden, is Bill’s vader hertrouwd. Een dochter uit dit huwelijk, Tracy, heeft klachten die aan CF doen denken, maar minder ernstig zijn. Tracy heeft trouwplannen en wil met haar partner, Tommy, nagaan hoe groot de kans is dat hun toekomstig kind CF zal hebben.

-        Teken de stamboom die hoort bij de familiebeschrijving. Gebruik de algemeen gangbare symbolen van figuur 4.1 op blz. 59. Welke risico-berekening kunt u maken als u alleen van de stamboom uitgaat?
De kans dat Bill’s vader drager is, is 50%. De kans dat Tracy dit allel heeft gekregen is 50%. De kans dat zij drager is, is dus ½ x ½ = 1/4 = 25%. De kans dat haar man ook drager is, is 1/30. Als beide ouders drager zijn is er een kans van 25% dat het kind homozygoot voor CF is.  De kans dat hun kind CF krijgt is dus: ½ x ½ x 1/30 x ¼ = 1/480.
Stel dat je de tweede partner van Bill’s vader ook meeneemt in de kansberekening, dan wordt de berekening: ½ x (1/2 + 1/30) x ½ x ¼.

Zie figuur 3 in de bijlage.

-        U laat DNA-onderzoek doen. Welk DNA-onderzoek is zinvol en bij wie?
Er kan RFLP worden gedaan en daarmee kunnen dan de markers gevolgd worden. Dit kan bij Tommy worden gedaan en ook bij Tracy. Het liefste wil je de vader van Bill en Tracy onderzoeken. Bij Tracy kan je kijken of ze drager is van het allel dat in de familie voorkomt. Bij Tommy weet je niet naar welke mutatie je moet zoeken, dus kijk je globaal naar het hele gen. In het geval van CF zal bij Tracy ook naar meerdere mutaties gekeken worden omdat het relatief vaak voorkomt. Dit is mogelijk door middel van DNA-sequencing. Hiermee kunnen de meeste mutaties worden aangetoond. Deleties kunnen beter worden aangetoond met een MLPA.

-        In welke situatie zal prenatale diagnostiek bij een toekomstige zwangerschap mogelijk zijn?
Als wordt aangetoond dat het kind een verhoogde kans zal hebben vanwege de genetische informatie van de beide ouders. Mensen zijn niet verplicht het te laten doen, maar CF is een zodanig ernstige ziekte dat het wel geaccepteerd wordt wanneer ouders op grond van de uitkomst van prenatale diagnostiek besluiten de zwangerschap af te breken.

Opdracht 4

Congenitale bijnierhyperplasie erft autosomaal recessief over. Het gen, CYP21, ligt op chromosoom 6. Een beperkt aantal mutaties is verantwoordelijk voor de meeste gevallen van 21-hydroxylasedeficiëntie. Er is een duidelijke genotype-fenotype relatie. In Nederland is de prevaltentie bij de geboorte van congenitale bijnierhyperplasie 1:12.000.

Na de geboorte van het eerste kind van de heer en mevrouw van Dijk, Lisa, blijkt dat zij een ambigue genitaal heeft. Bij aanvullend onderzoek blijkt dit te berusten op een congenitale bijnierhyperplasie op basis van een 21-hydroxylase deficiëntie. Lisa wordt geopereerd en om salt loosing te voorkomen wordt zij behandeld met Hydrocortison, Fludrocortison en NaCl. Met de ouders wordt besproken dat Lisa een erfelijk bepaalde aandoening heeft. De ouders zijn verbaasd. De verschijnselen van Lisa zijn in de familie nooit eerder voorgekomen. De zus van mevrouw van Dijk is zwanger van haar tweede kind. Deze zus, mevrouw Gerritse, heeft 1 gezonde zoon.

Meneer van Dijk (de vader van Lisa) heeft 1 zus die getrouwd is met de broer van mevrouw van Dijk (de moeder van Lisa). Dit echtpaar, de heer en mevrouw De Vries, hebben nog geen kinderen, maar hebben wel een kinderwens. De kinderarts vraagt DNA-onderzoek aan bij Lisa.

Uitslag:

Grote deletie heterozygoot in het CYP21A2 gen aangetoond met MLPA-analyse. Mutatie, 1066C>T (R356W) in het CYP21A2 gen aangetoond met sequencing.

1. Teken de stamboom met de verwantschapsrelaties van alle personen. U gebruikt hiervoor de standaard symbolen.
   Officiële notatie: zie figuur 4 in de bijlage.
2. Overzichtelijke notatie: zie figuur 5 in de bijlage.
3. Is met de bevindingen bij DNA-onderzoek de klinische diagnose bevestigd? Passen de verschijnselen van Lisa bij de gevonden mutaties?
   De klinische diagnose is bevestigd: Lisa heeft klinische verschijnselen en er zijn  twee DNA afwijkingen passend bij congenitale bijnierhyperplasie. De verschijnselen die Lisa heeft passen bij de gevonden mutaties: namelijk het salt wasing phenotype.
4. Beschrijf de methoden van DNA-onderzoek waarmee de mutaties zijn gevonden.
   MLPA en DNA-sequencing. Met MLPA kunnen grote deleties worden opgespoord, dit kan niet met DNA-sequencing. Hiermee kunnen puntmutaties en kleinere deleties en mutaties worden gevonden.
5. Beschrijf van verschillende familie-leden of er een verhoogde kans is op een kind met congenitale bijnierhyperplasie.
   1. Wat is de kans dat een eventueel volgend kind van meneer en mevrouw van Dijk opnieuw een congenitale bijnierhyperplasie zal hebben? Als mevrouw opnieuw zwanger zou worden van een meisje dat beide mutaties heeft, welke uitspraak kunt u doen over de ernst van de klinische verschijnselen als tijdens de zwangerschap geen behandeling wordt ingesteld? Wat is het beleid tijdens een eventuele volgende zwangerschap?
      De kans dat een eventueel volgend kind van mevrouw en meneer van Dijk opnieuw een congenitale bijnierhyperplasie zal hebben is 25%. Als er nog een keer een meisje wordt geboren met de ziekte zullen de klinische verschijnselen net zo ernstig zijn als bij Lisa. Dit meisje krijgt namelijk dezelfde mutaties en deze bepalen het fenotype.  Tijdens een eventueel volgende zwangerschap moet gescreend worden of het kind het ook heeft. Mocht dit zo zijn dan kunnen de ouders ervoor kiezen de zwangerschap af te breken. Bij een volgende zwangerschap kan dexamethason worden voorgeschreven aan de moeder vanaf het moment van conceptie tot het einde van de zwangerschap (continueren van de behandeling gedurende de gehele zwangerschap hoeft alleen wanneer het een meisje betreft). Hierdoor wordt de ACTH productie geremd en daarmee ook de virilisatie. Bij een jongen is dit niet nodig.
   2. Is er een verhoogde kans dat het kind waarvan mevrouw Gerritse (de zus van mevrouw van Dijk) zwanger is congenitale bijnierhyperplasie zal hebben? Hoe groot is deze kans? Is er een indicatie voor DNA-onderzoek? Zo ja, bij welk(e) individue(en) wilt u DNA-onderzoek aanvragen?
      Hiervoor is de regel van Hardy Weinberg nodig omdat je de heterozygote frequentie wilt bereken. De prevalentie van CAH (congenitale bijnierhyperplasie: congenital adrenal hyperplasia) is 1/12.000. Er geldt dat p²+2pq⁺ + q² =1 en dat p+q = 1. q=Ö1/12.000. Omdat dit een heel zeldzame aandoening is kunnen we een alles versimpelen. P² is bijna 1, p is daarom ongeveer 1 waardoor 2pq gelijk is aan 2q. 2q = 2 x Ö1/12.000. De kans dat het kind aangedaan zal zijn is dus de kans dat de vader heterozygoot is, maal de kans dat mevrouw Gerritse het zieke allel heeft gekregen (50%). De kans dat twee heterozygoten een aangedaan kind krijgen (aa) is ¼. In totaal wordt de berekening dus: ½ x ¼ x 2Ö1/12.000. 2Ö1/12.000 is ongeveer 0,018.
   3. Hebben de heer en mevrouw de Vries (de broer van mevrouw van Dijk en de zus van meneer van Dijk) een verhoogde kans op een kind met congenitale bijnierhyperplasie? Hoe groot is deze kans? Is er, gezien hun kinderwens een indicatie voor DNA-onderzoek? Zo ja, bij welk(e) individu(en) vraagt u dit aan?
      De kans is 1/16. Dit is de kans dat meneer de Vries drager is, de kans dat mevrouw de Vries drager is en de kans dat ze een kind krijgen die de aandoening heeft: ½ x ½ x ¼ = 1/16. Of er verder onderzoek moet worden gedaan is altijd een afweging omdat zo’n test ook een bepaald risico met zich meebrengt. De kans dat er schade mee wordt aangericht moet worden afgewogen tegen de kans op CAH. Ouders zijn vaak geneigd het onderzoek te laten doen wanneer ze weten dat er zoiets speelt, dus deze beslissing moet ook samen met de ouders genomen worden.

Deel 3 – Zelfstudies

Zelfstudie 11

1. De ziektebeelden die als voorbeelden worden gebruikt worden bij dit onderwerp zijn osteogenesis imperfecta en het Marfan syndroom. Noem 5 andere erfelijke ziekten (of kenmerken) met een autosomaal dominant overervingspatroon.

Mogelijkheden zijn: Adenomatous polyposis coli, adult polycystic kidney disease, familial 

hypercholesterolemia, hereditary nonpolyposis colorectal cancer, Huntington disease, 

Marfan syndrome, myotonic dystrophy, neurofibromatosis type 1, osteogenesis imperfecta, 

retinoblastoma, achondroplasie

2. Osteogenesis imperfecta typen I t/m IV verschillen in ernst van de klinische verschijnselen. Welk type heeft de meest ernstige klinische kenmerken en welke twee klassen vertegenwoordigen de milde varianten?

Osteogenesis imperfecta is een ziekte waarbij een defect bestaat in het collageen type 1. Collageen is een hoofdcomponent van bot, wat zorgt voor stevigheid. Doordat bij dit ziektebeeld het collageen niet juist is gevormd, verliezen de botten hun stevigheid en zullen gemakkelijk breken. Mensen met deze ziekte zijn vaak klein en kan er sprake zijn van haarverlies, abnormale tandontwikkeling, blauwe sclera en bot misvormingen. De ernst van het ziektebeeld varieert. Er worden vier typen onderscheiden:

1. Milde breekbaarheid van de botten, blauwe sclera, soms haarverlies, (bijna) normale lichaamsbouw, weinig bot misvormingen en soms afwijkingen in de tandontwikkeling.
2. Meest ernstige vorm met extreme breekbaarheid van de botten en misvormingen. Deze vorm leidt meestal tot de dood in de perinatale periode als gevolg van ademhalingsinsufficiëntie.
3. Ernstige breekbaarheid van de botten, kleine lichaamsbouw, blauwe sclera, progressieve botmisvormingen en afwijkingen in de tandontwikkeling.
4. Kleine lichaamsbouw, normale sclera, milde botmisvormingen, soms haarverlies en afwijkingen in de tandontwikkeling. De mate van breekbaarheid ban de botten is variabel.

De meest ernstige vorm is type II osteogenesis imperfecta. De mildere vormen zijn type I en type IV.

3. Bepaal op basis van de klinische verschijnselen tot welk type OI het ziektebeeld bij de gepresenteerde patiënt hoort.

4. Geef de essentie van de twee mogelijke (primaire) oorzaken voor het ‘sporadisch’ optreden van OI.

• ‘non‐penetrance’: mutatie wel aanwezig, maar komt niet in fenotype tot expressie 
• ‘new mutation’: mutatie ontstaan nieuw in geslachtscel die tot de ziekte bij de patiënt leidde. 
• geen reproductie / lethaal, dus de genen worden niet doorgegeven.

5a. Leg uit waarom OI al tot expressie komt als iemand heterozygoot is voor een mutatie in het gen voor pro-alpha1?

Collageen bestaat uit drie subunits: twee pro-alpha1 ketens en één pro-alpha2 keten. Wanneer iemand heterozygoot is voor een mutatie in een gen voor pro-alpha 1, betekent dit dat deze persoon 50% mutante ketens en 50% goede ketens maakt. Een molecuul collageen bestaat uit twee pro-alpha-1 ketens. De kans dat beide ketens goed zijn is ½ x ½ = ¼ = 25%. Er zal dus in 25% van de gevallen een goed werkend collageen molecuul worden gemaakt. 75% van het collageen is slecht werkend en dus zal OI tot expressie komen.

5b. Hoe wordt uw uitleg als het gaat om een mutatie in het gen voor pro-alpha2?

Ook hier geldt dat als iemand heterozygoot is voor een mutatie in het gen van pro-alpha2 er 50% mutante ketens en 50% goede ketens worden geproduceerd. Het collageen wordt opgebouwd uit twee pro-alpha1 ketens een één pro-alpha2 keten. De kans dat de pro-alpha2 keten defect is, is 50%. Er zal dus 50% van de collageen moleculen defect zijn. De expressie zal dus minder erg zijn als bij het voorgaande voorbeeld.

6a. Leg het begrip dominant negatief effect uit aan de hand van de mutaties in het alpha1 gen van collageen 1.

De mutatie komt al tot expressie indien 1 mutant allel aanwezig is en is dus dominant. Er wordt gesproken van een dominant negatief effect omdat de mutatie in één allel zorgt voor 75% defect collageen typ 1.

6b. Geef een verklaring voor het feit dat bij sommige OI patiënten slechts ¼ van de normale hoeveelheid collageen voorkomt.

Zie uitleg vraag 5a.

7a. Bestudeer stamboom in figuur 6 van de bijlage en geef de kans dat die III:1 heeft om RH(D)-positief te zijn.

RH(D) positief erft dominant over. Het komt dus al tot uiting, wanneer een van de twee allelen het gen voor RH(D) positief bevat.

Vrouw II:1 heeft een vader die resus positief is en een moeder die resus negatief is. Het genotype van haar moeder is dus homozygoot negatief (rr). De vrouw zelf is resus positief. Zij moet dus wel heterozygoot positief zijn(Rr).

Man II:2 is rhesus negatief en moet dus homozygoot negatief zijn (rr). 

Het kruisingsdiagram is als volgt:

Er is dus 50% kans dat het kindje rhesus positief zal zijn.

7b. In welke situatie zal een zwangerschap van een Rh(D)-negatieve vrouw en een Rh(D)-positieve man niet leiden tot Rh(D) immunisatie bij de vrouw.

Immunisatie treedt op wanneer de Rh(D)-negatieve vrouw in aanraking komt met Rh(D)-positief bloed. Dit treedt dus op bij de baring van een Rh(D)-positief kind. Bij de baring van een Rh-(D)-negatief kindje treedt geen immunisatie op. In het bovenstaande voorbeeld is er dus een kans van 50% op immunisatie.

8.In Jorde wordt gesproken van germline mosaicism (=kiembaanmozaïcisme), maar eigenlijk kunnen er drie vormen van mozaïcisme worden onderscheiden: de mutante cellijn komt

• alleen in (een deel van) de somatische cellen voor
• zowel in de somatische cellen als in de kiembaancellen voor
• alleen in (een deel van) de kiembaancellen voor

Geef voor elk type mozaïcisme aan of iemand met het betreffende type zelf verschijnselen van de aandoening kan hebben en of diegene de (genetische informatie voor de aandoening) kan doorgeven aan zijn kinderen.

9a. Het kan moeilijk zijn om aan te tonen of ouders een aangedaan kind kregen door een nieuwe mutatie of door mazaïcisme voor de betreffende mutant bij één van de ouders. Welke twee waarnemingen kunnen in het algemeen de aanwezigheid van een mozaïcisme bij één van de ouders bevestigen?

• Nog een kind met precies dezelfde mutatie
• Aantonen van mozaïcisme in een ander weefsel bij één van de ouders
• Milde expressie van de aandoening bij één van de ouders

9b. Waarom wordt het herhalingsrisico beïnvloed door het bestaan van mozaïcisme?

Bij het bestaan van kiemcelbaan mozaïcisme is er een gedeelte van de kiemcellen aanwezig met een gemuteerd gen dat zal zorgen voor een bepaalde aandoening. De kans dat één van deze mutante cellen de kiemcel wordt waaruit het kindje zal ontstaan in afhankelijk van de mate van mozaïcisme. Bij een volgende zwangerschap zijn nog steeds mutante kiemcellen aanwezig en zal er dus weer een kans zijn dat er een kindje met de afwijking geboren wordt. De herhalingskans bij mozaïcisme is dus groter dan het gewone populatie risico.

10a. Bestudeer figuur 3.17 in Jorde (blz. 43) en bekijk ook de figuren 3.15 (blz. 40) en 3.16 (blz. 41). Leg in je eigen woorden uit wat RFLP is.

RFLP staat voor restriction fragment length polymorphism. Het is een techniek om variatie in DNA tussen individuen kaart te brengen. Dit wordt gedaan door uit bloed DNA te isoleren. Dit DNA wordt blootgesteld aan restrictie enzymen die in staat zijn om het DNA op bepaalde plaatsen, waar een specifieke nucleotide volgorde aanwezig is, te knippen. Hierdoor ontstaan allerlei verschillende stukjes DNA. Door middel van elektroforese worden de DNA fragmenten gescheiden naar grootte. Daarna wordt het DNA gedenatureerd en wordt het wordt overgebracht om een vast membraan (Southern blot). Nu worden er radioactief gelabelde probes toegevoegd. Deze zullen binden aan specifieke regio’s in het DNA. Deze regio’s kunnen vervolgens zichtbaar worden gemaakt met behulp van röntgenstraling.

10b. Hoe komt het dat alle 8 personen uit generatie III zowel de 3.3 kb als de 4,1 kb band laten zien?

Alle 8 de kinderen uit generatie III hebben van hun vader (homozygoot 3,3 kb band) de 3,3 kb band gekregen en van hun moeder (homozygoot 4,1 kb band) de 4,1 kb band gekregen.

11a. Bij figuur 7 in de bijlage: - : afwezigheid knipplaats, + : aanwezigheid knipplaats. De knipplaats treft de polymorfe site gebruikt voor figuur 3.17 van Jorde. Welk aantal kb’s zullen de bandjes van een Southern blot analyse (zie het autoradiogram) vertonen bij I:1, II:3, II:4 en III:3?

I:1 = 4,1 kb (geen knipplaats, homozygoot)

II:3 = 4,1 kb en 3,3 kb (heterozygoot)

II:4 = 4,1 kb en 3,3 kb (heterozygoot)

III:3 = 3,3 kb (wel knipplaats, homozygoot)

11b. de DNA-sequentie van de polymorfe site is gegeven in figuur 3.15 van Jorde (GAATTC of GAATTT) Welke DNA-sequentie (welk allel van het RFLP) komt met het ook op figuur 7 voor op het chromosoom dat ook de mutatie voor deze ziekte bezit?

In de stamboom is te zien dat er sprake is van co-segregatie (gekoppelde overerving) van de aandoening met het chromosoom waarop ook de knipplaats (+) aanwezig is. Het allel is dus GAATTC, omdat dit de sequentie is waarbij er geknipt wordt.

 12a. Bij figuur 8 in de bijlage: in deze stamboom komt dezelfde aandoening voor als in figuur 7. Ieder is gekarakteriseerd voor hetzelfde RFLP als bij figuur 7.Verklaar waarom III:3 met het -/- RFLP genotype, ziek is, terwijl de patiënten in de stamboom van figuur 7 allemaal minstens één + knipplaats hebben.

In deze stamboom komt het mutante gen in combinatie met een negatieve knipplaats voor. De knipplaats ligt dus op het ‘-‘chromosoom.

12b. (bij figuur 7 en 8 uit de bijlage) Waaruit blijkt dat de aanwezigheid van de knipplaats niet de oorzaak van de autosomaal dominante aandoening is?

Dit blijkt uit het feit dat bij de familie van stamboom 4.3 de afwijking voorkomt op het ‘+’chromosoom en bij de familie van de familie van stamboom 4.4 bij op het ‘-‘ chromosoom. Daarnaast zijn er in de stambomen ook knipplaatsen aan of afwezig bij niet-zieke aangetrouwde familie. Er is dus geen causale relatie tussen de aanwezigheid van een marker-allel en het optreden van de ziekte.

13. Bespreek verschillende manieren waarop repeat expansies tot ziekte kunnen leiden.

Met repeat expansie wordt bedoeld: multipele herhaling van een bepaalde nucleotide volgorde. Deze kunnen op verschillende manieren tot ziekte leiden:

• Repeat‐expansie in regulatoir gedeelte van het gen: afname van de expressie van het gen zelf. 
• Het Repeat‐bevattende mRNA transcript kan normale activiteit van andere eiwitten in de celkern blokkeren. Hierdoor verliezen meerdere eiwitten hun functie.
• Via veranderde chromatine‐structuur invloed op bepaalde transcriptiefactoren. 

14a. Anticipatie komt onder andere voor bij myotone dystrofie. Leg uit wat anticipatie is.

Met anticipatie wordt bedoelt dat een ziekte bij volgende generaties eerder tot expressie zal komen en/of ernstiger van vorm zal zijn.

14b. Verklaar dit verschijnsel aan de hand van het onderliggende biologische mechanisme

Anticipatie wordt veroorzaakt doordat het aantal repeats in opeenvolgende generatie toenemen. Hierdoor wordt de hoeveelheid functioneel eiwit steeds kleiner.

Zelfstudie 12

1. vul het bijgaande schema aan met betrekking tot de meest waarschijnlijke verandering in het volwassenen mRNA.

2. Wat wordt er bedoeld met haploinsufficiëntie en wat is het verschil met dominant en recessief?

Door een mutatie is de functie van een gen verloren gegaan. Er wordt hierdoor nog maar 50% van het oorspronkelijke genproduct geproduceerd. Het deel dat geproduceerd wordt, is wel van goede kwaliteit. Er wordt gesproken van haploinsufficiëntie wanneer 50% van het normale niveau van genexpressie niet voldoende is voor een normale functie.

3. Waarom wordt ‘dominant negatief effect’ vooral gevonden bij genen waarvan het genproduct deel uitmaakt van een multimeer eiwit?

Er wordt gesproken van een dominant negatief effect wanneer een mutatie zorgt voor de productie van een niet functioneel eiwit, dat daarnaast ook nog de functie van het eiwit geproduceerd bij het normale allel remt. Dit wordt vooral gevonden bij genen waarvan het genproduct deel uitmaakt van een multimeer eiwit. Wanneer namelijk het mutante eiwit wordt ingebouwd, is gelijk het gehele eiwit niet functioneel, terwijl de andere eiwitten wel van goede kwaliteit waren. Het mutante genproduct vormt dus complexen met het normale genproduct, waardoor het complex als geheel afwijkend is.

4. Geef de definitie van ‘mutatiefrequentie’.

Mutatiefrequentie is het aantal mutaties per locus per celdeling

5. In welke grootte orde ligt de mutatiefrequentie meestal?

Op het niveau van het gen varieert de mutatiefrequentie van 10^-4 tot 10^-7. Deze variatie komt tot stand door variatie in de grootte van genen en variatie in de gevoeligheid van bepaalde nucleotide sequenties.

6. Waarom hebben sommige ziektes een hoge mutatiefrequentie?

Grote genen zijn meer vatbaar voor mutaties en hebben dus een hogere mutatiefrequentie. Daarnaast kan het zo zijn dat het gen voor deze ziekte bepaalde nucleotide sequenties bevat, die gevoeliger zijn voor mutaties. Deze plekken in het gen worden mutation hot spots genoemd. Een voorbeeld hiervan is de dinucleotide combinatie CG.

7. Noem een ziekte met een hoge mutatiefrequentie.

Duchene spierdystrofie, hemofilie A en type 1 neurofibromatose.

8. Wat wordt er bedoeld met “mutation hotspot”?

Een mutation hotspot is ucleotide sequentie met een verhoogde gevoeligheid voor mutatie.

9. Tijdrovend kloneren is in veel gevallen niet meer nodig voor DNA-vermeerdering sinds de komst van PCR. Welke nadelen zijn er nog wel te noemen bij PCR?

PCR kan pas worden uitgevoerd wanneer de gezochte sequentie in het DNA bekend is. Daarnaast kan het alleen worden gebruik wanneer er korte DNA sequenties moeten worden onderzocht. Grote DNA sequenties zijn niet met PCR te vermenigvuldigen. Als laatste is er bij PCR een groot risico op vervuiling.

10. DNA-sequencing kan gecombineerd worden met de analyse van polymorfismen. Op blz. 51 wordt ook ‘single nucleotide polymorphism’ genoemd. Wat is het verschil tussen SNP en RFLP?

Bij single nucleotide polymorfisme is er sprake van een polymorfisme op basis van een verschil in één nucleotide. Bij restiction fragment length polymofisme is er sprake van een polymofisme die leidt tot een wijziging in de knipplaats van en een restrictie-enzym.

11. Mevrouw A lijdt aan een autosomaal recessief overervende aandoening die in de bevolking met een frequentie van 1 op 40.000 voorkomt. Hoe groot is de kans dat X een partner treft die heterozygoot is voor deze aandoening?

p² = AA (homozygoot voor aandoening)

pq = Aa (heterozygoot)

q² = aa (homozygoot gezond)

Erg geldt:

p² + 2pq + q² = 1

p + q = 1

De aandoening komt met een frequentie van 1 op 40.000 voor. De aandoening is autosomaal recessief. Dit betekent dat je alleen de aandoening hebt als je homozygoot voor het gen bent.

q² = 1/40.000

q =

q = 1/200

p = 1 – 1/200 = 199/200

2pq = 2 x 1/200 x 199/200 = 398/40.000  1/100

De kans dat zij een heterozygote partner treft is 1 op 100.

12. Hoe groot is de kans dat mevrouw A van de vorige vraag (met een willekeurige partner) een kind krijgt met deze aandoening?

De vrouw heeft 1 op 100 kans op een heterozygote man te treffen. De kans dat ze met deze man een kindje krijgt met de aandoening is 50%. De kans dat het kind de aandoening krijgt is dus ½ x 1/100 = 1/200.

De vrouw heeft echter ook kan om een homozygote partner te treffen. De kans hierop is 1 op 40.000. De kans dat het kind dan de aandoening heeft is 100%.

13. Stel de man en de vrouw hebben beiden dezelfde erfelijke ziekte. Het al dan niet aangedaaan zijn van hun kinderen kan onderscheid tussen autosomaal dominant en autosomaal recessief mogelijk maken.

Wanneer de aandoening autosomaal recessief is, zullen alle kinderen de aandoening krijgen. Het genotype van beide ouders is dan immers AA, want beide ouders hebben de ziekte. Wanneer dit stel ook kinderen krijgt die de aandoening niet hebben, dan is er sprake van een autosomaal dominante overerving. De ouders zijn dan heterozygoot voor de aandoening (Aa), waardoor er ook kinderen met het genotype aa kunnen ontstaan en die dus geen aandoening hebben.  De kans op het krijgen van een kind met aa is 25%.

14. Leg uit hoe verschillende mutaties in hetzelfde gen kunnen leiden tot verschillende overervingspatronen, namelijk autosomaal dominant of autosomaal recessief.

Als voorbeeld wordt groeihormoon deficiëntie (IGHD) gebruikt. Er zijn verschillende mutatie binnen het groeihormoon gen (GH1) die IGHD tot gevolg kunnen hebben. Nonsense, out of frame en splice site mutaties hebben een ‘loss of function’ effect. Er worden dan geen eiwitten geproduceerd. Omdat het andere allel nog wel het goede GH1 bevat, zullen heterozygoten nog steeds groeihormoon produceren, alleen in een minder grote hoeveelheid (de helft). Er is dan geen ziekte aanwezig. Bij dit soort mutaties is er dus sprake van een autosomaal recessieve overerving. Autosomaal dominante overerving wordt veroorzaakt door mutaties die zorgen voor een verkeerd GH1, die een interactie aangaan met het goede GH1. De abnormale GH1 moleculen maken het goede GH1 onwerkzaam. Hierdoor is er een sterk verlaagde groeihormoon spiegel in het bloed. Bij een dergelijke mutatie heeft de patiënt al de ziekte, wanneer er één allel deze mutatie bevat. Er is dus sprake van een autosomaal dominant overervingspatroon.

15. Zie vraag 15 over mevrouw A. Stel de partner was haar neef. Waarom heeft dit invloed op de kans voor mevrouw A op het krijgen van een kind met een betreffende aandoening.

Mevrouw A en haar neef hebben dezelfde grootouders. Mevrouw A heeft de aandoening is dus homozygoot. Zij heeft van elk van haar ouders een mutant allel gekregen. Dit mutant allel moet ook aanwezig zijn bij één van de grootouders. De nee heeft daardoor een risico van ½ x ½ = ¼ om heterozygoot te zijn. Dit is veel hoger dan het populatierisico, waardoor de kans op het krijgen van een kind met een aandoening ook toeneemt.

16. Waaruit blijkt dat PKU genetisch heterogeen (=locus heterogeen) is?

Locus heterogeniteit wil zeggen dat eenzelfde ziektebeeld veroorzaakt kan worden door afwijkingen in een van twee of meer genen. PKU is genetisch heterogeen omdat zowel afwijkingen in het PHA-gen als in tetrahydrobiopterin of dihydropteridine kunnen leiden tot PKU. Bij PKU is er sprake van een defect in het metabolisme van phenylalanine, waardoor er hele hoge concentraties van dit aminozuur in het bloed aanwezig zijn.

17. Welke gevaar loopt een foetus van een vrouw die homozygoot is voor een PAH-mutatie? Waarom?

Hoge spiegelsphenylalanine zijn teratogeen. Bij hoge spiegels treden afwijkingen op bij de foetus (maternale PKU), slechte groei, microcefalie en geestelijke achterstand. Een vrouw die homozygoot is voor een PAH-mutatie moet daarom een dieet met lage hoeveelheden phenylalanine volgen.

18. Er zijn veel erfelijke stofwisselingsstoornissen. Maak zelf een tabel met drie van deze aandoeningen en ga na welk metabolisme verstoord is, of er behandeling is en zo ja welke, of diagnostiek op DNA niveau mogelijk is (type mutatie en methode van detectie) of genetische heterogeniteit bekend is.

19. Welke van de aandoeningen in deze tabel is volgens de gegevens in Jorde ergens opgenomen in een populatie screeningsprogramma?

Zowel galactosemie als PKU en MCAD zijn opgenomen in een populatie screeningsprogramma. Maar ook marple syrup urine disease (MSUD), homocystinuria en tyrosinemie.

20. Wat wordt er met pharmacogenetics bedoeld? Geef een voorbeeld?

Pharmacogentics is onderzoek naar genetische variatie in relatie tot geneesmiddelen respons. Een voorbeeld zijn patiënten met een inactivatie mutatie voor CYP2D6. Deze patiënten kunnen codeïne niet metaboliseren tot het werkzame morfine, waardoor zij geen analgetisch effect ervaren. Deze patiënten dienen dus een ander middel te krijgen,.

21. Noem 5 aandoeningen met een autosomaal recessief overervingspatroon.

• Cystic fibrosis
• Hemochromatose
• MCAD deficiëntie
• Factor V leiden
• Albinisme

Deel 3 – Verplichte literatuur

I. Differentiatie van de foetus in mannelijk en vrouwelijk geslacht

In het begin is de sekse van de foetus nog niet bepaald. Bij jongens is een testis-bepalend gen op het Y-chromosoom (het SRY-gen) verantwoordelijk voor de differentiatie van de gonaden in de testis. De productie van testosteron en dihydrotestosteron resulteren dan in de ontwikkeling van mannelijke geslachtsorganen. Indien dit SRY-gen afwezig is, zal er een meisje ontstaan.

Er zijn enkele oorzaken voor ambigue externe genitaliën bekend:

-     Excessieve androgenen die virilisatie veroorzaken bij vrouwen (hoofdoorzaak van adrenale hyperplasie)

-     Inadequate androgeen actie

-     Gonadotropine insufficiëntie (bijvoorbeeld bij het Prader-Willi syndroom)

-     Hermafroditisme (zowel XX en Y bevattende cellen zijn hierbij in de foetus aanwezig)

Belangrijk is dat men niet gaat raden wat het geslacht van het kindje is, wanneer de externe genitaliën niet duidelijk mannelijk of vrouwelijk van aard en onderscheidend zijn. Er dient eerst verder onderzoek plaats te vinden (bijvoorbeeld een echo naar de aanwezigheid van de uterus) voor het geslacht wordt vastgesteld. Er kan geen aangifte van de geboorte worden gedaan voordat deze onderzoeken voltooid zijn. Dit kan voor ouders erg lastig zijn.

Congenitale adrenale hyperplasie

Dit is een autosomale recessieve aandoening van de adrenale steroïdsynthese. Bij vrouwen presenteert dit zich als virilisatie van de externe genitaliën. Mannen presenteren zich met verlies van zouten (in 80% van de gevallen), een lang gestalte en het optreden van een vroege puberteit.

Bij deze aangeboren aandoening dient er levenslang behandeld te worden met glucocorticoïden en tevens met de suppletie van mineralocorticoïden/natriumchloride wanneer er sprake is van zoutverlies. Corticosteroïden worden gegeven om herstel van ziekte en chirurgie te bespoedigen. Wanneer er sprake is van een adrenale crisis door het opgetreden zoutverlies, dan dienen direct hydrocortison, saline en glucose intraveneus te worden toegediend.

Groei, maturiteit van het skelet, het gehalte aan plasma androgenen en 17-alfa-hydroprogesteron moeten regelmatig gecontroleerd worden bij deze kinderen. Vrouwen ondergaan vaak een operatie ter correctie van de afwijkende externe genitaliën.

III. Genetische variatie

Mutaties

Genetische variatie ontstaat als gevolg van mutaties, wat een verandering in het DNA veroorzaakt. Hierdoor zijn er verschillende genetische sequenties voor een gen, dit worden allelen genoemd. De plaats van een allel op een chromosoom wordt locus genoemd. Wanneer een persoon hetzelfde allel op beide  delen van het chromosoompaar heeft, noemen we dit homozygoot. Wanneer de allelen niet hetzelfde zijn, noemen we dit hetrozygoot. Van een bepaald gen bestaan vaak meerdere allelen, dit wordt polymorfisme genoemd. In hetrozygoten kunnen we spreken van een recessief en dominant allel. Het dominante allel komt tot uiting, terwijl het recessieve gen niet tot uiting komt. Een dominant allel komt zowel tot uiting bij homozygote (AA) als heterozygote (Aa) individuen, terwijl een recessief allel alleen bij homozygote individuen met het genotype aa tot uiting zal komen. Dit onderscheid is van belang.

Er zijn verschillende soorten mutaties, welke klinische consequenties met zich mee kunnen brengen. Sommige mutaties bestaan uit een verandering van het aantal chromosomen in de cel of de structuur van deze chromosomen. Dergelijke grote afwijkingen aan de chromosomen kunnen met behulp van een microscoop worden waargenomen. Naast deze grote zichtbare afwijkingen aan het genetische materiaal, kunnen er ook heel kleine niet met de microscoop zichtbare (maar wel belangrijke) mutaties aan genen optreden. Wanneer dergelijke mutaties optreden in coderend DNA of in regulatoire gebieden van het genetische materiaal, kunnen er klinische gevolgen optreden.

Een belangrijke mutatie is de enkele-basenpaar substitutie, een mutatie dat één gen betreft. Bij deze mutatie wordt een basenpaar vervangen door een ander basenpaar, dat kan leiden tot een verandering in de aminozuurvolgorde, omdat het coderende codon voor het aminozuur veranderd. Een dergelijke verandering van een basenpaar heeft niet altijd consequenties, omdat de aminozuurvolgorde niet altijd zal veranderen (meerdere codons coderen namelijk voor hetzelfde aminozuur, waardoor het genetische materiaal wel maar het product niet verandert). Dit wordt een stille mutatie genoemd. Er bestaan echter twee soorten enkele-basenpaar substituties waarbij wel gevolgen optreden (verandering van de aminozuurvolgorde), namelijk de missense mutaties en de nonsense mutaties. Bij een missense mutatie treedt er een verandering op in één aminozuur en bij de nonsense mutaties wordt er een stopcodon geproduceerd in het mRNA, waardoor de translatie te vroeg stopt. Het kan ook voorkomen dat juist een stopcodon wordt gemuteerd, waardoor de translatie te lang zal doorgaan. Veranderingen in de aminozuurvolgorde kunnen ernstige consequenties hebben en liggen ten grondslag aan meerdere serieuze genetische ziekten.

Een ander soort mutatie bestaat uit een deletie of een insertie van één of meerdere basenparen. Dergelijke veranderingen van het genetische materiaal zijn met name schadelijk wanneer de deletie of insertie niet bestaat uit het verwijderen of plaatsen van 3 basenparen. Dit omdat de combinatie van 3 opeenvolgende basenparen samen een triplet vormt, dat codeert voor een bepaald aminozuur. Wanneer er dus minder of meer dan 3 basenparen worden toegevoegd of verwijderd bij inserties of deleties, dan leiden deze mutaties tot een verandering van alle volgende codons. Men noemt dit een frameshift mutatie. Vaak wordt er een stopcodon geproduceerd, waardoor de polypeptide wordt afgesneden.

Ook duplicaties van hele genen kunnen leiden tot genetische ziekten, waarbij bijvoorbeeld drie kopieën van genen aanwezig zijn in plaats van twee. In sommige gevallen leidt zowel duplicatie als reductie van een bepaald gen tot ziekte. Dit wordt doseringssensitiviteit genoemd.

Een mutatie in de promotor voor een gen kan leiden tot een verminderde productie van mRNA, waardoor minder eiwit wordt gemaakt. Mutaties aan bijvoorbeeld de transcriptiefactoren kunnen hetzelfde effect bewerkstelligen.

Mutaties kunnen ook ontstaan tijdens het splitsen van de intronen bij de vorming van het mRNA. Dit wordt een splice-site mutatie genoemd. Deze ontstaan bij de grens tussen intron en exon en veranderen zo het signaal dat nodig is voor het weghalen van een intron. De mutaties ontstaan altijd bij een GT- of een AG-sequentie, respectievelijk de donor site en de acceptor site, of in de buurt van dit gebied. Als een opgetreden splice-site mutatie slechts een klein beetje verschilt van een normale splice site in een exon, wordt de term cryptische splice site gebruikt. Er kan dan een partiële (maar ook een gehele) deletie van het exon optreden.

Sommige DNA-sequenties kunnen zichzelf vermenigvuldigen en vervolgens op andere locaties in een chromosoom worden geplaatst, waardoor frameshift mutaties kunnen ontstaan. Zulke inserties kunnen leiden tot bijvoorbeeld neurofibromatose type 1, de ziekte van Duchenne, bèta-thalassemie, hemofilie A en B en familiair voorkomende borstkanker en colonkanker.

Een mutatie, welke nu nog genoemd moet worden, is de dynamische mutatie waarbij expansie van trinucleotide repeats optreedt. Wanneer bij een individu bijvoorbeeld TAATAATAA aanwezig is op een locus, dan wordt dit vermeerderd tijdens meiose of bij de vroege ontwikkeling van een foetus tot wel honderd tot duizend repeats. Wanneer dit plaatsvindt in bepaalde gebieden van het genoom, dan kan er ziekte ontstaan. Net zoals andere mutaties kunnen ook dit soort mutaties aan de volgende generatie worden doorgegeven.

Samenvattend kunnen we dus stellen dat de verschillende soorten mutaties de belangrijkste bron voor genetische variatie zijn. Sommige mutaties resulteren in aangeboren ziekten, terwijl de meeste echter geen fysische effecten hebben.

Als we kijken naar de effecten van mutaties op de vorming van eiwitproducten kunnen we onderscheid maken tussen een verlies van functie of een toename van de functie (loss of function & gain of function) met onderexpressie of overexpressie van een eiwit tot gevolg. Niet alleen kan er overexpressie optreden indien er sprake is van gain of function, want er kan ook een heel nieuw eiwit worden geproduceerd of er kan een eiwit tot expressie worden gebracht in type weefsel waar dat niet hoort te gebeuren. Dit komt echter veel minder vaak voor dan overexpressie.

Mutaties  hebben invloed op de productie van het genproduct. Dit kan leiden tot een gain of function, waarbij een gemuteerd genproduct bestaat. Deze hebben vaak dominante ziekten tot gevolg, terwijl in het geval van recessieve ziekten vaak loss-of-function mutaties gezien worden. Bij deze mutaties gaat  is het gen met de mutatie niet werkzaam.. Iemand met een heterozygoot genotype blijft dan gespaard, 50% van het eiwit verloren, terwijl de andere 50% de normale functie behoudt. Maar een homozygoot individu is aangedaan. Wanneer 50% van het eiwit niet voldoende is voor een normale functie, kun je spreken van een dominante ziekte. Dit wordt haploinsufficiëntie genoemd. Als er sprake is van een dominante negatieve mutatie, dan is het eiwitproduct dat wordt gecodeerd door het gemuteerd allel niet functioneel en remt dit aangedane eiwit tevens het eiwit dat geproduceerd wordt door het normale allel in een heterozygoot individu. Dit wordt vaker gezien bij genen die coderen voor multimeren, dus eiwitten die zijn opgebouwd uit meerdere subunits. Een goed voorbeeld hiervan is collageen type I, dat wordt opgebouwd uit drie helixstructuren. Een kleine afwijking aan een van de drie strengen kan dan grote gevolgen hebben voor de algehele structuur van het complex.

Detectie van genetische variatie

Het is belangrijk om genetische variaties te kunnen detecteren. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de verschillende soorten bloedgroepen, die voorkomen in de bevolking. Het is belangrijk dat deze bloedgroepen kunnen worden bepaald, bijvoorbeeld als er een bloedtransfusie nodig is. De erythrocyten van verschillende bloedgroepen hebben verschillende antigenen op hun oppervlak. Dit wordt bepaald door de verschillende DNA-sequenties in de genen. Twee systemen om de bloedgroep van mensen onder te verdelen, zijn ABO-bloedgroepsysteem en de Rhesusfactor.

Het ABO-systeem bestaat uit twee verschillende antigenen, namelijk de antigenen A en B. Mensen die bloedgroep A hebben, beschikken over A-antigenen op het oppervlak van hun erythrocyten, bloedgroep B bezit B-antigenen en bloedgroep AB bevat beide de antigenen. Degene die bloedgroep O hebben, laten geen antigenen zien op de erythrocyten. Een individu bevat antistoffen voor de antigenen die niet op de lichaamseigen erythrocyten aanwezig zijn. Het ABO-systeem wordt bepaald door één gen op chromosoom 9 en kan drie allelen bevatten, I(produceert A-antigenen) I (produceert B-antigenen) en I(produceert geen antigenen). Deze allelen zijn dus bepalend voor de bloedgroep van een persoon. Het voorkomen van de verschillende bloedgroepen varieert veel tussen verschillende bevolkingsgroepen als gevolg van een andere frequentie van het voorkomen van de verschillende allen. Deze bloedgroepen zijn veel bestudeerd.

Een ander antigen, dat zich kan bevinden op de membranen van de erythrocyten, is het rhesus-antigen. Ook dit antigen is veel bestudeerd, omdat het veel genetische variatie vertoont. Net als bij het ABO-systeem is het bepalen van het Rh-systeem van belang voordat bloedtransfusie worden gegeven. Tevens is dit systeem betrokken bij de ontwikkeling van een foetus.

Eiwitelektroforese

Dankzij eiwitelektroforese kunnen nu, behalve bloedgroepen en rhesusfactoren, vele polymorfische systemen bestudeerd worden. Door het optreden van een mutatie kan de aminozuurvolgorde veranderen en leiden tot de productie van een ander eiwit. Hierdoor verandert ook de elektrische lading van het eiwit, waarvan bij eiwitelektroforese gebruik wordt gemaakt. De elektrische lading is bijvoorbeeld afhankelijk van het aantal aanwezige carboxylgroepen in een aminozuur en dit kan dus verschillend zijn voor en na het optreden van een mutatie. De eiwitten met een klein verschil in aminozuurfrequentie vertonen een ander migratiepatroon bij de elektroforese, waardoor deze van elkaar onderscheiden kunnen worden,

Elektroforese wordt zo ook gebruikt in het geval van sikkelcelanemie. Er kan dan bekeken worden of iemand normaal hemoglobine bevat of dat er sprake is van een mutatie, welke sikkelcelanemie tot gevolg heeft. Er is dan sprake van een mutatie van glutamine naar valine. Het hemoglobine wordt dan geplaatst in een elektrisch geladen gel, waardoor het gaat migreren. Zo kan het hemoglobine bewegen door de gel, totdat het door middel van een chemische oplossing stil wordt gezet. Men kan opmerken uit de locatie waar het hemoglobine zich bevindt of er sprake is van HbA homozygotie (HbA = normaal hemoglobine), HbS homozygotie (HbS = mutatie dat sikkelcelanemie veroorzaakt) of heterozygotie, waarbij beide allelen aanwezig zijn. Op deze manier wordt het principe van eiwitelektroforese gebruikt voor het onderzoek naar heel veel eiwitten. Nadeel van deze methode is dat de stille mutaties niet worden ontdekt, omdat deze mutaties niet leiden tot een verandering van het eindproduct. Daarnaast leiden sommige andere mutaties wel tot een verschil in de aminozuurvolgorde, maar niet tot een verschil in elektrische lading, waardoor ook deze mutaties niet kunnen worden ontdekt door gebruik te maken van elektroforese. Ongeveer 1/3e van alle mutaties kan op deze manier worden gedetecteerd.

Het humane genoom bestaat uit 3 biljoen basenparen, waarin ongeveer 10 miljoen polymorfisme bestaan. De laatste jaren zijn er steeds meer moleculaire technieken ontwikkeld waarmee deze polymorfisme op DNA-niveau kunnen worden gedetecteerd.

RFLP = restriction fragment length polymorphism

Bij deze methode wordt gebruikt gemaakt van restrictie-enzymen, welke geproduceerd worden door verscheidende bacteriën. Deze enzymen kunnen het DNA op specifieke plekken knippen, namelijk op een restrictie site. Hierdoor zullen er restrictiefragmenten ontstaan. Wanneer er in deze gebieden polymorfisme zouden optreden, kan het zijn dat de restrictiesite verdwijnt, waardoor de restrictiefragmenten veranderen. Bij sommige mensen is dat specifieke stukje DNA daardoor langer, omdat er niet wordt geknipt, of korter doordat er door een mutaties een nieuwe restrictiesite ontstaat. Men heeft geprobeerd dit te visualiseren, zodat we konden zien hoelang de DNA stukken zijn. Daarvoor wordt eerst DNA uit weefsel geïsoleerd, meestal uit het bloed. Vervolgens wordt een restrictie-enzym toegediend, waardoor het DNA wordt geknipt en er vaak meer dan 1 miljoen DNA-fragmenten ontstaan. Hierna worden de DNA-fragmenten gescheiden van elkaar door gebruik te maken van gelelektroforese. Dit lijkt op eiwitelektroforese, alleen bij de gelelektroforese migreren de DNA-fragmenten op basis van de lengte en niet meer op basis van de elektrische lading. Bij deze methode zullen de kleinere fragmenten sneller migreren dan de langere fragmenten. Het DNA wordt gedenatureerd, dat betekent dat er enkelstrengs DNA wordt gemaakt uit dubbelstrengs DNA. Daarna wordt het DNA overgebracht naar een membraan, die ook wel de “Southern blot” genoemd wordt. Op dit membraan liggen nu duizenden fragmenten, die niet goed van elkaar kunnen worden onderscheiden. Om dit wel te bereiken, wordt gelabelde probe toegevoegd. Probe wordt gemaakt door gebruik te maken  van recombinante DNA-technieken en bestaat uit kleine delen enkelstrengs DNA, dat in een bindmiddel wordt geplaatst. Een gelabeld probe wordt dus toegevoegd, waarbij basenparing gaat optreden met de passende DNA-fragmenten op het membraan. Er is veel gehybridizeerd probe nodig om een goede uitspraak te kunnen doen. Daarna wordt de blot belicht via een röntgenfilm, waarbij de posities van de probes donker worden door de transmissie radioactieve deeltjes van de gelabelde probes. Zo kan dus door middel van dit autoradiogram de positie van de banden worden bepaald.

Er zijn duizenden verschillende restrictie-enzymen bekend en er zijn ook duizenden verschillende probes gemaakt, welke elk een ander klein stukje DNA bevatten. Door deze enzymen en probes te combineren, kunnen verschillende polymorfismen in de restrictieplaatsen, inserties, deleties en duplicaties van het DNA worden geïdentificeerd.

Repeat polymorfisme

Bij RFLP wordt de restrictie-site op de aanwezigheid van polymorfisme onderzocht, waarbij slechts twee allelen een rol spelen. Er kan meer diversiteit worden ontdekt als het niet gaat om twee allelen, maar als men kijkt naar de minisatellieten in het DNA, de tandemherhaling van DNA-sequenties. Het aantal herhalingen verschilt per individu en dit vormt dan ook de basis van de genetische variatie.

VNTR staat voor “variable number of tandem repeats”. Dit detecteert men op een bijna gelijke wijze als RFLP, alleen nu worden speciale probes gebruikt, die alleen een bepaalde minisatelliet-regio hybridizeren.

Ook de microsatelliet-regio’s kunnen in lengte variëren doordat het aantal repeats verschilt. Een dergelijke herhaling is kleiner dan bij de minisatellieten en worden dinucleotide -, trinucleotide - of tetranucleotide repeats genoemd. Men noemt dit STRP, “short tandem repeat polymorphisms”. Het verschil met VNTR is niet alleen de grootte, maar ook de detectiewijze. STRP kan niet worden onderzocht door middel van restrictie-sites, maar er is PCR (“polymerase chain reaction”) nodig om het DNA te isoleren. STRP komt meer voor in het DNA dan VNTR. Beide technieken en variaties kunnen worden gebruikt bij forensisch onderzoek.

Single nucleotide polymorphisms zijn de meest voorkomende polyformismen in het humane genoom en deze verschillen kunnen tevens leiden tot aangeboren ziekten, ondanks dat de meeste geen gevolgen hebben. Een andere vorm van DNA-variatie zijn de copy number variants, welke bestaan uit DNA-segmenten van langer dan 1000 kb. Deze zijn bij sommige personen wel, maar bij anderen niet aanwezig.

PCR

Omdat het DNA-molecuul klein is, is het niet mogelijk om variaties in het DNA direct te visualiseren. Alle methoden maken dan ook gebruik van gelabelde probes om te binden aan specifieke delen van het DNA om deze aan te kunnen tonen. Bijna alle methoden behoeven een indirecte labeling van dit DNA. Eerst moeten er dan vele kopieën worden gemaakt, waaraan dit kan plaatsvinden.

Bij Southern blotting, dat gebruikt wordt bij RFLP en VNTR, is veel DNA nodig (microgrammen). Sinds de komst van PCR is het mogelijk om genetische variaties efficiënter te detecteren. Korte DNA-sequenties kunnen hierbij snel worden gerepliceerd. Hiervoor zijn twee primers nodig, die uit 15-20 basen bestaan en corresponderen met de DNA-sequentie, welke onderzocht moet worden. Daarnaast is DNA-polymerase nodig, een enzym dat DNA kan repliceren. Verder heb je een groot aantal vrije DNA-nucleotiden nodig en het uiteraard het DNA van een individu.

De eerste stap bij PCR bestaat uit het denatureren van het DNA bij een temperatuur van ongeveer 95 graden Celsius. Daarna wordt het DNA blootgesteld aan een grote hoeveelheid primers, welke zullen koppelen aan het gedenatureerde DNA bij een temperatuur tussen 35 en 65 graden Celsius. De temperatuur wordt dan weer verhoogd tot ongeveer 70-75 graden Celsius, waarbij door DNA-polymerase een nieuwe DNA-streng wordt geproduceerd wanneer er genoeg vrije DNA-basen aanwezig zijn. Het nieuwe DNA is dubbelstrengs en wordt gedenatureerd, omdat de temperatuur weer wordt verhoogd. Dit proces wordt 20 tot 30 keer herhaald, waardoor veel kopieën ontstaan van het originele DNA. In een paar uur kunnen er dan miljoenen kopieën ontstaan. Bij PCR is weinig DNA nodig (nanogrammen). Ook is het veel sneller dan de Southern blotting. Doordat PCR kopieën maakt van het DNA heb je geen gelabelde probes meer nodig, waardoor het ook een veiligere methode is. Samenvattend kunnen we dus stellen dat PCR een snelle en effectieve methode is om binnen een korte tijd zeer veel kopieën te maken van DNA door gebruik te maken van cycli met hete en koudere temperaturen, waarbij het DNA denatureert en kan worden opgebouwd. Omdat deze techniek zo snel en gemakkelijk te gebruiken is, wordt het veel gebruikt voor het onderzoek naar genetische variatie, de diagnostiek naar genetische aandoeningen en voor forensische onderzoeken.

Toch zijn er ook nadelen van PCR te noemen. Men heeft kennis nodig van de DNA-sequenties welke onderzocht moeten worden. Daarnaast is de techniek zeer gevoelig en bestaat er een kans op “vervuiling” van de test. Grote deleties kunnen niet worden onderzocht, omdat PCR alleen werkt bij sequenties van een aantal kb. Door middel van PCR heeft men zelfs mummies en Neanderthalers ouder dan 30.000 jaar kunnen analyseren.

DNA-sequencing

Dit is een methode die gebruik maakt van dideoxynucleotiden, welke lijken op deoxynucleotiden maar één hydroxylgroep minder hebben. Ze kunnen wel ingebouwd worden in een DNA-streng, maar ze kunnen niet binden aan een vrije DNA-base. Het enkelstrengs DNA waarvan de sequentie bekend gemaakt moet worden, wordt gemixt met gelabelde primers, DNA-polymerase, nucleotiden en een soort dideoxynucleotiden (corresponderend met A, C, G of T). De primer zal eerst binden aan het enkelstrengs DNA en het DNA-polymerase voegt vervolgens vrije basen aan het DNA toe. Wanneer een dideoxynucleotide wordt gebonden in plaats van een normale nucleotide, stopt de ketting. Zo ontstaan fragmenten van verschillende lengte, waarbij elke met dezelfde dideoxynucleotide eindigt. Vervolgens worden de fragmenten van elkaar gescheiden door middel van elektroforese. De posities van de fragmenten kunnen vervolgens van elkaar onderscheiden worden en de DNA-sequentie kan worden bepaald. Deze methode is relatief langzaam. Tegenwoordig wordt DNA-sequentie geautomatiseerd, waardoor de snelheid van DNA-sequencing verbeterd is.

Sommige mutaties hebben als gevolg dat de mobiliteit van de DNA-fragmenten verandert bij gelelektroforese. Bij DGGE (“denaturing gradient gel electrophoresis”) wordt er een techniek toegepast, waardoor de denaturatie beter kan plaatvinden, zoals het verhogen van de temperatuur. Bij SSCP (single-strand conformation polymorphism) kan de migratiesnelheid in een gel veranderen als gevolg van een mutatie. Door het gebruik van deze technieken kan dus verschil worden opgemerkt tussen DNA met mutaties en het “gezonde” controle DNA.

Mutaties kunnen ook nog op een andere manier worden gedetecteerd, namelijk door middel van chemicaliën of enzymen, die het DNA klieven wanneer er een mismatch bestaat tussen de bij elkaar horende DNA-sequenties. Zo worden fragmenten geproduceerd en deze kunnen weer worden onderscheiden van elkaar via een gel. Tegenwoordig werkt men ook met DNA-microarrays of DNA-chips, waarbij oligonucleotiden (kleine DNA-sequenties) worden geplaatst op een glasplaatje. Deze oligonucleotiden bestaan niet alleen uit normale DNA-sequenties, maar ook sequenties waarvan men weet dat ze mutaties bevatten die een ziekte veroorzaken. Het DNA van een persoon wordt gelabeld en toegevoegd. Nu kan worden bekeken of het DNA gaat koppelen aan de normale oligonucleotiden of aan de oligonucleotiden met een mutatie. Verder kunnen DNA-microarrays worden gebruikt om te bepalen welke genen tot expressie worden gebracht.

Genetische variatie in populaties

Ondanks dat mutaties de belangrijkste bron voor genetische variatie zijn, kunnen mutaties alleen niet genoeg zijn voor de substantiële verschillen, die bestaan tussen de incidentie van verschillende genetische aandoeningen bij etnische groepen. Er spelen dus ook andere factoren een rol.

Waarschijnlijkheid speelt een centrale rol in de genetica, omdat het onderzoekers helpt om de transmissie van genen over generaties te begrijpen en om genetische variatie te analyseren en te verklaren. Ook is het betrokken bij de risico-inschatting. De waarschijnlijkheid wordt gedefinieerd als het percentage waarin een specifieke uitkomst in een serie van gebeurtenissen zal optreden en deze kan dus zijn gelegen tussen 0 en 1. Hierbij is het van belang of de gebeurtenissen afhankelijk of onafhankelijk van elkaar zijn en of de kansen op een bepaalde uitkomst dus wel of niet zullen veranderen gedurende het onderzoek of het proces. Bij het doorgeven van genetisch materiaal van de ouders naar hun nakomelingen geldt dat de kans op het doorgeven van een bepaald gen elke keer gelijk is en dus niet veranderd. Doorgifte van genen in het verleden heeft namelijk geen invloed op de samenstelling van de gameten daarna.

De prevalentie van genetische aandoeningen verschilt vaak sterk tussen verschillende populaties. Hierbij spelen genotypefrequentie en genfrequentie een belangrijke rol. Deze termen geven aan in welke mate en in welk percentage een bepaald alleen of genotype in een populatie voorkomt. Met gebruik van de Hardy-Weinberg regel kan dan een schatting worden gegeven van de frequentie van een bepaald genotype wanneer het voorkomen van de allelen bekend is en de overerving hiervan willekeurig geschiedt (panmixia: de overerving heeft geen effect op de selectie). Wanneer bijvoorbeeld bekend is dat de frequentie van het dominante allel A 70% is (p) en de frequentie van het recessieve allel dus 30% is (q), dan kan worden berekend hoe groot de kans is dat een nakomeling dan wel homozygoot recessief (q2) of dominant (p2) of heterozygoot (2pq) is.

Er zijn verschillende oorzaken voor genetische variatie bekend. Hierbij speelt allereerst natuurlijke selectie een belangrijke rol. Een nieuwe mutatie kan namelijk een voordeel opleveren, maar ook een nadeel of geen effect hebben. Door natuurlijke selectie zullen de mutaties met negatieve gevolgen worden uitgeschakeld, maar deze kunnen wel steeds weer opnieuw optreden. Door de aanwezigheid van bepaalde omgevingsfactoren kunnen mutaties die een ziekte veroorzaken ook positieve gevolgen hebben. Een goed voorbeeld hiervan is het voorkomen van sikkelcelziekte. Wanneer een persoon heterozygoot hiervoor is, ondervindt deze hiervan geen significante klachten, maar is deze persoon wel beter beschermd tegen malaria. Als gevolg hiervan zal de mutatie die sikkelcelziekte veroorzaakt relatief vaak voor blijven komen in gebieden waar malaria voorkomt. In de gebieden waar malaria niet voorkomt, levert deze mutatie geen voordeel op en zal deze verdwijnen. Hierdoor kunnen er dus verschillen optreden tussen verschillende bevolkingsgroepen.

Een andere belangrijke factor is genetische drift. Dit is een willekeurig evolutionair proces dat kan leiden tot grotere variaties in genfrequenties bij kleine populaties. Hierbij geldt namelijk dat de genfrequenties in verschillende generaties van kleine populaties veel van elkaar kunnen verschillen, maar dit veel minder waarschijnlijk is in grotere populaties. De genetische drift is dan ook groter in kleinere populaties, waardoor ziekten die bij grote populaties vrijwel niet voorkomen in kleinere populaties wel relatief vaak kunnen worden gezien.

Uitwisseling van bepaalde genen kan ook optreden wanneer er sprake is van migratie van personen. In de loop van de tijd zullen de verschillende etnische groepen hierdoor steeds meer op elkaar gaan lijken.

Al deze genoemde processen hebben invloed op de verspreiding van genen en de prevalentie van genetische aandoeningen. Er kunnen complexe en soms niet te voorspellen interacties optreden, waarbij ook lethale gencombinaties een rol spelen.

IV. Autosomaal dominante en recessieve overerving

Monogenetische overerving noemen we ook wel mendeliaanse overerving. Er zijn twee belangrijke kenmerken hierbij betrokken: de genen komen in paren voor en bij seksueel voortplantende organismen krijgen de gameten slechts één gen van dat paar en dit noemen we segregratie. Het tweede kenmerk is onafhankelijke verdeling, dat inhoudt dat de genen op verschillende loci onafhankelijk van elkaar aan de gameten worden gegeven.

Het genotype van een individu wordt gevormd door zijn/haar genetische materiaal op een locus. Het fenotype is de uiting van dit genetische materiaal, dat qua uiterlijk of klinische gegevens gezien kan worden. Een dominante homozygoot en een heterozygoot kunnen hetzelfde fenotype hebben. Dit is bijvoorbeeld het geval bij cystische fibrose, een recessief overervende aandoening waarbij alleen de recessieve homozygoot is aangedaan. Het fenotype is dus wel afhankelijk van het genotype, maar meerdere genotypen kunnen hetzelfde fenotype veroorzaken. Van buitenaf is het genotype dus niet meteen te voorspellen. Daarnaast spelen omgevingsfactoren een rol en kan een genotype daardoor leiden tot meerdere fenotypen.

Cystische fibrose

Cystische fibrose is een van de meest voorkomende single-gene afwijking in de westerse wereld. Er zijn bij de aangeboren aandoening afwijkingen in de longen, pancreas, maag-darmkanaal en zweetklieren aanwezig. De grootste oorzaak van morbiditeit en mortaliteit is de longziekte bij cystische fibrose. Er is namelijk sprake van een chronische bronchitis, dat leidt tot ernstige longschade en fibrose van het longweefsel. De optredende schade en problemen kunnen worden verklaard door een te droog oppervlak van de luchtwegen en een verminderde opname, wat leidt tot de vorming van een dikke mucus. Dit is geassocieerd met infecties met Staphylococcus aureus en Pseudomonas aeruginosa. De combinatie van een obstructie van de luchtwegen, ontsteking en infectie leidt uiteindelijk bij 90% van de cystische fibrose patiënten tot de dood.
 

Cystische fibrose kent een hele variabele expressie, waarbij sommige patiënten slechts milde ademhalingsproblemen hebben en verder een normaal leven kunnen leiden. Andere hebben een veel ernstigere vorm en worden niet ouder dan 20 jaar.

CF wordt veroorzaakt door een mutatie in een gen genaamd CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator). Het eiwit CFTR is een cAMP gereguleerd Cl-kanaal en reguleert dus het transport van Cl- en door een osmotisch effect gaat er water mee, waardoor het slijm in de luchtwegen en het maag-darmkanaal dun blijft. Een defect in dit eiwit leidt tot de vorming van taaier slijm, dat moeilijker af te voeren is en waardoor infecties sneller kunnen optreden.

De mutatie verklaart ook de hoge concentraties Cl- in het zweet van CF-patiënten.

Er zijn meer dan 1500 verschillende mutaties bekend op het CFTR locus. De meest voorkomende (voorkomend in 70% van de gevallen) is een drie-base deletie op positie 508 en deze mutatie geven we dan ook aan met ΔF508. Andere mutaties kunnen eenzelfde beeld geven of milder of ernstiger van aard zijn, afhankelijk van de resterende functie van het eiwit.

Stamboom

Een stamboon is een van de meest gebruikte hulpmiddelen in de medische genetica. Het illustreert de relaties tussen familieleden en toont aan welke van hen zijn aangedaan en welke niet. Hierbij is de mate van verwantschap en dus de graad en generatie erg belangrijk. Eerste graad relaties zijn ouders, broers en zussen. Tweede graad relaties zijn familieleden waar een generatie tussen zit.

Autosomaal dominant overervende aandoeningen komen ongeveer bij 1 op de 200 mensen voor. Elke autosomaal dominant overervende aandoening op zichzelf is erg zeldzaam en daarom is het ook niet waarschijnlijk dat twee aangedane heterozygote personen zich samen zullen gaan voortplanten. Een homozygoot dominant individu is dus erg onwaarschijnlijk.
Als een aangedane heterozygoot (Aa) en een niet-aangedaan persoon (aa) zich samen zullen gaan voortplanten, bestaat er een kans van 50% dat hun kind ook aangedaan is. Bij autosomaal dominante overerving worden er geen generaties overgeslagen, zijn er gemiddeld genomen evenveel mannen als vrouwen aangedaan en het is mogelijk dat een vader de aandoening aan een zoon overdraagt.

Het is belangrijk om aan patiënten uit te leggen hoe groot de kansen zijn dat hun nakomelingen aangedaan zullen zijn. Bij het voorbeeld hierboven is dat 50%. Ookal heeft het paar al een kind dat niet aangedaan is, de kans blijft telkens gelijk en dus 50% omdat de kansen onafhankelijk zijn van de eerder plaatsgevonden gebeurtenissen en de uitkomsten hiervan. Dit klinkt logisch, maar wordt vaak niet goed begrepen door de patiënten.

Autosomaal recessief overervende aandoeningen zijn erg zeldzaam. Heterozygoten (dragers) komen hierbij veel meer voor dan aangedane homozygoten. Vaak zijn de ouders van een aangedaan persoon dan ook allebei drager. Er bestaat dan een kans van 25% dat ze een aangedaan kind krijgen (ouders allebei Aa, kind is aangedaan als het aa heeft). Deze kans is ook bij herhaling gelijk.

De recessief overdraagbare aandoeningen worden gekenmerkt door het aangedaan zijn van een of meerdere broers en/of zussen, zonder dat deze aandoeningen worden gezien bij hun ouders of grootouders, terwijl zij wel drager van de betrokken allelen zijn. Mannen en vrouwen kunnen hierbij even vaak zijn aangedaan.

Consanguiniteit komt meer voor in stambomen met autosomaal recessieve aandoeningen. Deze term betekent in het Latijn ‘met bloed’ en het verwijst dan ook naar de familierelatie tussen een voortplantend paar. De kans op het krijgen van een kind met een autosomaal recessieve aandoening is hierbij groter, omdat de kans groter is dat beide ouders drager zijn van hetzelfde betrokken allel dat verantwoordelijk is voor het ontstaan van de ziekte. Door consanguiniteit wordt de frequentie van genetische ziekten en mortaliteit verhoogd. Hoe groter de mate van verwantschap tussen de ouders is, hoe groter het risico is op aangeboren afwijkingen bij de nakomelingen.

Als een homozygoot aangedaan persoon zich voortplant met een heterozygote drager, noemen we het ook wel quasidominant. De kans op dat hun nakomelingen zijn aangedaan is dan 50%, omdat de heterozygote drager een kans van 50% heeft om het aangedane allel aan het kindje door te geven.

Wanneer twee mensen die allebei dezelfde autosomaal recessieve aandoening hebben samen nakomelingen zullen krijgen, zullen al hun kinderen dezelfde ziekte als hun ouders hebben.

In principe geldt dus dat een dominant alle ziekte veroorzaakt in een homozygoot en hetrozygoot individu. Terwijl een recessief allel alleen ziekte veroorzaakt in een homozygoot individu. Het verschil tussen dominant en recessief overervende aandoeningen lijkt nu heel duidelijk, maar in de praktijk is dit veel moeilijker. In veel autosomaal dominant overervende aandoeningen is de homozygoot ernstiger aangedaan dan de heterozygoot. In autosomaal recessief overervende aandoeningen kan de drager (heterozygoot) ook verschijnselen van de ziekte hebben.

De beste manier om onderscheid te kunnen maken is toch om te kijken naar de heterozygoot. In het geval van een dominante aandoening zal deze dan namelijk meestal wel aangedaan zijn, terwijl dit bij recessieve aandoeningen meestal juist niet het geval is.

Ook op basis van de nakomelingen kan er een onderscheid worden gemaakt tussen dominant en recessief. Zoals eerder gezegd, zullen twee mensen die allebei dezelfde autosomaal recessieve aandoening en samen nakomelingen krijgen, alleen aangedane kinderen met dezelfde ziekte als zijzelf kunnen krijgen. Bij dominante aandoeningen geldt dat niet: wanneer beide ouders dezelfde dominant overervende ziekte hebben en daar heterozygoot voor zijn (Aa), kunnen zij wel gezonde kinderen krijgen in 25% van de gevallen (aa).

Hieronder zullen de oorzaken van genexpressie, die ziekte veroorzaakt, worden besproken:

Novo mutaties

Nieuwe of de novo mutaties zijn waarschijnlijker bij een aangedaan persoon, waarbij die aandoening niet in de familie voorkomt. Een genetische ziekte kan dan dus ook voorkomen zonder familiegeschiedenis met een verhoogde kans voor deze aandoening. De kans dat een broer of zus van de aangedane persoon de aandoening ook heeft, is hierbij erg klein. De kans dat de nakomelingen van deze aangedane persoon de aandoening zullen erven, is echter wel groot.

Kiemcel mozaicisme

Tijdens de productie van de gameten kan bij er een persoon een mutatie ontstaan. Een dergelijke mutatie zal dan alleen in de gameten aanwezig zijn en deze persoon kan de aandoening daardoor dus doorgeven aan zijn/haar kinderen, maar heeft zelf de aandoening niet in de rest van de cellen van zijn/haar lichaam. De persoon heeft dus zelf niet de ziekte, maar wel een verhoogde kans op nakomelingen met de ziekte. Dit fenomeen is vrij zeldzaam, maar kan significante effecten hebben met betrekking tot de herhalingsrisico’s wanneer het is opgetreden. Ziekten waarbij kiemcel moziaicisme vaak een rol speelt, zijn hemofilie A, de ziekte van Duchenne, neurofibromatosis type I en type II osteogenesis imperfecta.

Verminderde penetrantie

Bij veel genetische ziekten is er sprake van een verminderde (of incomplete) penetrantie. Dit houdt in dat iemand met het genotype de ziekte niet uit in het fenotype, maar de mutatie wel door kan geven aan de volgende generatie. Een voorbeeld is het retinoblastoom: ongeveer 10% van de mensen met de mutatie heeft de ziekte niet. De penetrantie is dan 90%.

Ook zijn er veel genetische ziekten die zich niet meteen uitten bij de geboorte, maar pas op volwassen leeftijd. We noemen dit fenomeen leeftijdsafhankelijke penetrantie. Een goed voorbeeld hiervan is de ziekte van Huntington. Symptomen van deze ziekte komen pas tot uiting op de leeftijd van 30 jaar of later. Patiënten hebben vaak al kinderen op het moment dat ze er achter komen dat ze zelf de ziekte hebben. Hierdoor neemt de frequentie in de populatie toe.

Huntington

Huntington komt voor bij 1 op de 20.000 personen in Europa. Het komt veel minder voor onder Japanners of Afrikanen. Meestal uit de ziekte zich tussen de 30 en 50 jaar. Het wordt gekarakteriseerd door een progressief verlies van motorische controle, dementie en psychiatrische stoornissen. Er is een substantieel verlies aan neuronen in de hersenen (MRI). Een vroeg teken van de ziekte is een verlaagde glucose opname in de hersenen (aangetoond met PET). Vooral het corpus striatum wordt aangetast. Het interval tussen het stellen van de diagnose en overlijden is ongeveer 15-20 jaar. Overlijden is vooral aan aspiratie pneumonie (als gevolg van moeilijkheden bij het slikken). Patiënten worden behandeld met benzodiazepines en antipsychotica/tricyclische antidepressiva. Deze medicijnen verminderen de symptomen, maar het beloop kan niet worden beïnvloed.

Onderzoek heeft aangetoond dat het bij de ziekte van Huntington gaat om een abnormaal lange CAG herhaling in exon 1. In 90-95% is de mutatie geërfd van een aangedane ouder. Normaal is er een herhaling van 10-26. Personen met 27-35 herhalingen zijn onaangedaan. Personen met meer dan 26 herhalingen kunnen zich presenteren met de ziekte (als is er sprake van een incomplete penetrantie bij 36-40 herhalingen). Hoe meer herhalingen, hoe eerder de ziekte zich zal uitten.

Het aangedane gen zorgt normaal gesproken voor een eiwit (huntingtine), dat zorgt voor het transport van blaasjes. Door de CAG herhaling ontstaat er een toegenomen hoeveelheid glutamine, waardoor er een toxisch eiwit ontstaat. Dit eiwit wordt geassocieerd met het vervroegd afsterven van neuronen.

Variabele expressie

Variabele expressie = de graad van ernst van de ziekte. De ernst van genetische ziekten kan enorm variëren, door verschil in mate van expressie. Een ouder met een milde expressie kan zijn zieke allel doorgeven aan zijn kind, die dan een ernstige vorm kan ontwikkelen. Er zijn vele factoren die een invloed hebben op de expressie van een ziekte. Voorbeelden zijn: omgevingsfactoren, zoals dieet, lichaamsbeweging en roken. Andere factoren zijn de interactie met andere genen en allelische heterogeniteit.

Locus hetrogenitiet

Een bepaalde ziekte kan worden veroorzaakt door mutaties op verschillende loci, doordat beide genen op deze verschillende loci een overeenkomstige functie hebben. Wanneer en van beide genen wordt aangedaan, ontstaat dezelfde ziekte.

Pleiotrofie

Sommige genen hebben meer dan 1 belangrijk effect op het lichaam en worden pleiotroop genoemd. Deze genen hebben dus meerdere effecten op de fysiologie en anatomie en dit wordt vaak gezien bij humane genen. Ziekten die door mutaties in dergelijke genen worden veroorzaakt, kunnen dan ook veel klinische verschijnselen geven. Voorbeelden van dergelijke ziektebeelden zijn CF, het syndroom van Marfan en osteogenesis imperfecta.

Het Marfan syndroom

Het marfansyndroom is een autosomaal dominant overerfbare aandoening. Hierbij treden defecten op van drie systemen: oog, skelet en cardiovasculair systeem.

-     Oog: myopie en ectopia lentis (verplaatste lens)

-     Skelet: dolichostenomelia (ongewoon lange ledenmaten), pectus excavatum of pectus carinatum, scoliose en arachnodactyly (lange magere vingers). Daarnaast vertonen zij vaak gewrichtshypermobiliteit.

-     Cardiovasculair systeem: prolaps van de mitraalklep (waardoor bloed terugstroomt van ventrikel naar atrium), dilatatie van de aorta (waardoor kwetsbaarheid voor rupturen), hartfalen (door verwijden van het hart).

Meestal wordt het marfan syndroom veroorzaakt door een mutatie in FBN1 gen, dat codeert voor een bindweefsel-eiwit. Meestal gaat het om een missense mutatie, soms framashifts of nonsense mutaties. Vaak veroorzaakt het missense mutatie een ergere ziekte, door het dominant negatieve effect (het abnormale eiwit verstoort de functie van het normale eiwit).

Behandeling bestaat uit het controleren van de oogfunctie. Daarnaast moet zware inspanning worden voorkomen en krijgen patiënten B-blokkers. Soms kan aan de hartafwijkingen geopereerd worden.

V. Stofwisselingsziekten

Een mens bestaat uit ingewikkelde moleculen, die zorgen voor de vorming van cellen en weefsels. De elementen in deze moleculen kunnen endogeen worden gemaakt of verkregen zijn uit de omgeving. Ook moleculen worden afgebroken, uitgescheiden en gerecycled bij het stofwisselingsproces en het betreft dus zeker geen statische eenheden. Bij het stofwisselingsproces en bij bijna alle andere biochemische processen maakt het menselijke lichaam gebruik van meerdere verschillende enzymen, die na elkaar worden ingezet om bepaalde processen in het lichaam te katalyseren. Ook in de genen die voor deze enzymen coderen kunnen mutaties optreden, waardoor de effectiviteit van deze enzymen zo laag kan worden, dat er geen sprake meer is van een normaal metabolisme. Hierbij is het belangrijk om je tevens te realiseren dat er variaties in deze enzymsystemen tussen mensen onderling kunnen voorkomen, maar dat slechts een klein gedeelte van deze varianten zal leiden tot ziekte. Inmiddels zijn er meer dan 350 stofwisselingsziekten beschreven, die veroorzaakt worden door een mutatie, maar toch zijn deze aandoeningen zeldzaam.

Er is veel studie gedaan naar alkaptonurie (AKU). Bij deze zeldzame erfelijke genetische afwijking wordt het homogentisinezuur in grote mate uitgescheiden in urine, waardoor de urine donker van kleur wordt. Daarnaast wordt het oxidatieproduct van homogentisinezuur opgeslagen in het bindweefsel, waardoor er een abnormale pigmentatie en artritis ontstaan. Na veel onderzoek is gebleken dat deze ziekte ontstaat door een loss-of-function mutatie in het gen dat codeert voor homogentisate 1,2-dioxygenase. Dit is een enzym dat normaal gesproken verantwoordelijk is voor de afbraak van het homogentisinezuur.

Als je alle stofwisselingsziekten samen neemt, veroorzaken ze een aanzienlijk percentage van de morbiditeit en mortaliteit met als directe of indirecte oorzaak genetische ziekten, ondanks dat veel van deze ziekten op zich zelf heel zeldzaam zijn. De incidentie van stofwisselingsziekten is ongeveer 1 op de 2.500 geboorten. Het is belangrijk om de aanwezige klachten te onderzoeken en de oorzaak hiervan te achterhalen. Sommige oorzaken, bijvoorbeeld een defect in de ureumcyclus of een defect in het vetzuurmetabolisme, zijn namelijk direct te behandelen.

Tegenwoordig is het mogelijk om te testen of iemand drager is van een stofwisselingsziekte en ook is prenataal onderzoek mogelijk. Stofwisselingsziekten erven autosomaal recessief over, dus alleen de individuen waarbij de mutatie op beide allelen aanwezig is, zullen hierbij zijn aangedaan. Dragers van een stofwisselingsziekte ondervinden meestal geen problemen met hun gezondheid, ondanks dat er door het aangedane allel een verminderde enzymactiviteit zal ontstaan (loss-of-function).

Er zijn verschillende manieren om stofwisselingsziekten in te delen, waarbij alle klassen voordelen en nadelen hebben. Zo bestaan er indelingen op basis van het pathologische effect van de ziekte, op basis van het soort proteïne dat is betrokken bij de ontwikkeling van de aandoening (bijvoorbeeld een receptor), op basis van geassocieerde co-factoren zoals vitaminen of metalen en op basis van de betrokken “pathway”, waarbij je kan denken aan bijvoorbeeld de glycolyse en citroenzuurcyclus.

Dieet

Het dieet vormt een belangrijk onderdeel van de behandeling van heel veel stofwisselingsziekten, waarbij de inname van koolhydraten en aminozuren beperkt moet worden gehouden. Verder moet de patiënt niet vasten en moeten co-factoren (die te weinig aanwezig zijn) vervangen worden. Zo kan men bijvoorbeeld vitamine B extra innemen. Deze verantwoordelijkheid moet al vanaf kinds af aan genomen worden en de patiënten zitten meestal levenslang aan een dieet vast.

Wanneer een kind geboren wordt met fenylketonurie zullen verschillende maatregelen genomen moeten worden. Het kind mag niet veel fenylalanine binnenkrijgen, omdat anders de hersenen kunnen worden aangetast. In borstvoeding is veel fenylalanine aanwezig, waardoor deze voeding eerst gemengd moet worden met een op recept verkregen medisch ‘voedsel’ waarin weinig fenylalanine zit. Ook moet de concentratie in het bloed vaak worden gemeten en moet men de patiënt dus goed in de gaten houden en blijven controleren. Als het kind ouder wordt, kan medisch voedsel vervangen worden door voedsel met weinig proteïne. Dit lijkt gemakkelijk, maar dit voedsel kan echt verschillen van het voedsel waarin de normale hoeveelheid proteïne zit: niet alleen is de smaak anders, maar ook de geur verschilt van ‘normaal’ voedsel. Het kan voor deze kinderen moeilijk zijn om anders te moeten leven dan leeftijdsgenootjes en bijvoorbeeld niet mee te kunnen naar een restaurant.

Stofwisselingsziekten zijn chronische ziekten, waarbij meestal rekening moet worden gehouden in het dieet. Dit zorgt niet alleen voor veranderingen in het dagelijks leven, maar kan ook leiden tot emotionele problemen. Als arts moet je dan ook goed hierop letten en dit niet vergeten.

Genetica zijn ook van belang wanneer het gaat om farmacogenetica. Ieder persoon reageert namelijk anders op natuurlijke en synthetische chemische stoffen en dit wordt deels bepaald door de verschillende polymorfismen die bestaan in de genen, die zijn betrokken bij de biotransformatie en de aangrijpingspunten van deze stoffen. Genetische testen naar deze polymorfismen en het voorkomen hiervan bij een persoon, met invloed op het metabolisme en de effectiviteit van medicatie, kan leiden tot een betere voorspelling over de reactie hiervan op het lichaam van de patiënt. Door van dit principe gebruik te gaan maken, kan de incidentie van bijwerkingen waarschijnlijk worden verminderd.

bijlage_go_week_3.pdf