Boeksamenvatting bij Emery's Elements of Medical Genetics van Turnpenny - 13e druk

Wat is de geschiedenis en impact van genetica betreffende geneeskunde? - Chapter 1

John Dalton, bekend van de atoomtheorie, observeerde dat sommige afwijkingen te maken hebben met geslachtsgebonden overerving. Kleurenblindheid wordt bijvoorbeeld nog steeds onder het Daltonisme benoemd. In 1900 was Mendel’s theorie weer opgedoken en dit betekende het begin van de medische genetica. Ik 1902 werd de recessieve overerving ontdekt. In 1908 kwam de nieuwe term een ‘stofwisselingziekte’ die vaak genetisch bepaald was. Later werd er een onderscheid gemaakt tussen enkel gen, chromosomaal, multifactoriële en polygene erfelijkheid.

De bestudering van genetisch materiaal werd mogelijk gemaakt door elektroforese en chromatografie. De nieuwe technieken fluorescent in-situ hybridization (FISH) en comparative genomic hybridization (CGH) maakte cytogenetica en moleculaire genetica mogelijk. Francis Galton introduceerde het regressiecoëfficient, een maat voor hoeveel overeenkomsten er zijn tussen familieleden. Sommige genetische fouten zijn ontstaan tijdens de mitose of meiose. Dit leidt tot numerieke afwijkingen.

Wat is de cellulaire en moleculaire basis van overerving? - Chapter 2

Mutaties

Mutaties zijn overerfbare veranderingen in het genetische materiaal. Ze zorgen voor evolutie, maar kunnen ook ziektes veroorzaken. Mutaties ontstaan soms door blootstelling aan mutagene stoffen, maar meestal zijn ze spontaan. Somatische mutaties worden niet aan het nageslacht doorgegeven, mutaties aan geslachtsklieren- en/of cellen wel. Mutaties komen veel voor, niet elke is direct schadelijk. Ook bestaat er 'terugmutatie', waarbij mensen die recessief homozygoot zijn voor een ziekte toch ook gezonde cellen hebben.

De meest voorkomende mutatie is substitutie: een nucleotide wordt vervangen door een andere. Als dit om hetzelfde type gaat, dus allebei pyrimidine (C en T) of allebei purine (A en G) heet het een transitie. Als een pyrimidine een purine wordt of andersom heet het een transversie. De transitie van C naar T komt het meest voor, omdat het complex tussen C en G (het CpG-complex) makkelijk muteert. Bij een deletie verdwijnt één of meerdere nucleotiden, bij een insertie komt er één of meerdere nucleotiden bij. Als een deletie of insertie in het coderende deel optreedt kan het hele leesraam veranderen, tenzij het verloren/ nieuwe deel drie nucleotiden bevat. Grote deleties of inserties kunnen ontstaan door verkeerde cross-overs.

Men spreekt van een dynamische mutatie wanneer een zich herhalende sequentie instabiel wordt naarmate deze langer wordt. Deze herhalingen kunnen ontstaan door fouten in cross-overs, zusterchromatiden-uitwisselingen of DNA-polymerase. Omdat drievoudige herhalingen per generatie langer worden, verklaren ze het plotseling opkomen van ziektes in gezonde families. Het langer worden van een dynamische mutatie gedurende generaties wordt anticipatie genoemd. Veel voorkomende ziekten zijn ziekte van Huntington (CAG)n, Fragile X syndroom (CCG)n en myotonische dystrofie (CTG)n en (CCTG)n.

Bij een synonieme of stille mutatie verandert het eiwit niet, bij een niet-synonieme mutatie gebeurt dit wel. Het laatste komt minder vaak voor. Door een niet-synonieme mutatie wordt vaak de functie van het eiwit veranderd, wat tot ziekte of de dood kan leiden. Er zijn drie soorten niet-synonieme mutaties:

• Missense: hierbij wordt een aminozuur in het eiwit veranderd. Soms verandert daarbij ook de structuur van het eiwit, dit heet een niet-conservatieve substitutie. De kwantitatieve functie blijft vaak hetzelfde, maar de kwalitatieve functie (optimale pH, stabiliteit) niet. Als de verandering van aminozuur geen effect op de functie van het eiwit heeft, noemen we het een conservatieve substitutie.

• Nonsense: hierbij leidt de substitutie tot de vorming van een stopcodon. Deze verkorte eiwitten kunnen vaak hun functie niet uitoefenen. Het 'nonsense-mediated decay'-proces breekt mRNA met vervroegde stopcodons af.

• Frameshift: hierbij is een insertie of deletie niet in drievoud en wordt het leesraam veranderd. Meestal komt hierbij ook een vervroegd stopcodon voor.

Mutaties in niet-coderend-DNA zijn alleen schadelijk als ze in een gebied zitten dat genexpressie regelt, zoals mutaties in de promotor, splicinggebieden of andere regulatorische regio’s.

De gevolgen van mutaties zijn verlies of winst van functie. Verlies van de functie resulteert in een hypomorf eiwit als de functie is afgenomen, en een amorf eiwit als de functie compleet verloren is. Vaak zijn deze aandoeningen recessief. Wanneer in een heterozygote status er wel fenotypische effecten zijn wordt dit een haplo-insufficiëntie mutatie genoemd.

Winst van functie kan leiden tot nieuwe functies of overexpressie. Daarbij kunnen verschillende dominante ziektes ontstaan. Bij homozygoten is de ziekte vaak erger dan bij heterozygoten. Bij een dominante negatieve mutatie zorgt het gemuteerde gen dat het gezonde gen geen goed werkend eiwit meer maakt.

Vaak heeft een ziekte meerdere vormen. Door moleculaire genetica zijn fenotypes steeds beter te verklaren. Bepaalde genotypes worden ook aan bepaalde fenotypes gekoppeld. Dit heet genotype-fenotype correlatie. Bij veel ziektes wordt dit gebruikt om te kijken waar patiënten risico voor lopen.

Wat is de functie van cellsplitsing en chromosomen? - Chapter 3

DNA

DNA bestaat uit chromosomen. Deze zijn het beste zichtbaar onder een licht microscoop tijdens celdeling. Elk chromosoom bestaat dan uit twee strengen, zusterchromatiden, die het resultaat zijn van DNA replicatie tijdens de S-fase van de cel. De twee chromatiden zitten aan elkaar vast in een punt dat het centromeer wordt genoemd. Het centromeer verdeelt een chromosoom in een q-arm (lange arm) en p-arm (korte arm). Wanneer het centromeer centraal ligt, is het chromosoom metacentrisch. Als het centromeer iets hoger ligt, submetacentrisch en nog hoger, acrocentrisch. Het uiteinde van een chromosoom wordt een telomeer genoemd.

Cytogenetica

De studie van chromosomen heet cytogenetica. Bij mensen bevat een celkern 46 chromosomen, opgebouwd uit 22 paar autosomen en één paar geslachtschromosomen (XX bij een vrouw, XY bij een man). Somatische cellen zijn diploïd (46 chromosomen), geslachtscellen haploïd (23 chromosomen). Chromatine, de combinatie van DNA en histoneiwitten die de chromosomen omvat, bestaat in twee vormen. Euchromatine kleurt licht en bestaat uit genen die actief tot uiting komen. Heterochromatine daarentegen kleurt donker en is grotendeels opgebouwd uit inactieve, niet tot uiting komend, repetitief DNA. X- en Y-chromosomen worden geslachtschromosomen genoemd. Het Y-chromosoom is veel kleiner en bevat maar enkele genen voor mannelijke eigenschappen. Tegenwoordig zijn er methodes om alle chromosomen van een individu te analyseren, dit heet karyotypering.

Elk weefsel met levende cellen die delen kan gebruikt worden om chromosomen te bestuderen. Meestal worden lymfocyten uit het bloed gebruikt. Er wordt dan phytohemagglutinine toegevoegd aan een klein volume met een voedingsmedium, wat er voor zorgt dat de T-lymfocyten gaan delen. De cellen worden 3 dagen bewaard bij 37 graden en dan wordt er colchicine toegevoegd. Hierdoor wordt celdeling tegengehouden ­­tijdens de metafase, dan zijn de chromosomen het meest zichtbaar omdat ze dan het sterkst gecondenseerd zijn. Daarna wordt saline toegevoegd, waardoor de chromosomen gefixeerd worden. Meestal wordt G-banding gebruikt om individuele chromosomen te identificeren door ze te kleuren. Door de kleuring met trypsine (een eiwit denaturerend middel) krijgt elke chromosoom een karakteristiek bandenpatroon. Bij karyotype-analyse worden de chromosomen geteld en wordt het bandpatroon van de chromosomen grondig geanalyseerd. Elk chromosoom heeft een ­specifiek bandenpatroon. Dit bandenpatroon wordt weergegeven in een idiogram.

FISH (Fluorescent In-Situ Hybridization) is erop gebaseerd dat een stuk enkelstrengs-DNA (een probe) kan binden met het complementaire gedeelte in een sample DNA. Bij FISH wordt de probe na hybridisatie met het sample fluorescerend, waardoor dit stukje DNA zichtbaar wordt onder een fluorescente microscoop.

Ze gebruiken centromerische probes voor het opsporen van aneuploïde syndromen, chromosoom-specifiek enkel-sequens probes voor deleties en duplicaties, telomerische probes voor kleine subtelomerische afwijkingen en gehele-chromosoom kleurprobes voor extra bijgevoegd chromosoommateriaal.

Met CGH (Comparative Genomic Hybridization) kan allelverlies en uitbreiding van genen op een bepaalde regio aangetoond worden. Test-DNA (van de patiënt) wordt groen gekleurd, normaal controle-DNA rood. De samples worden gemixt en hybridiseren met normale metafasechromosomen. Er verschijnt een afbeelding. Als het te testen sample meer DNA van een bepaald chromosoom regio bevat dan het controlesample, is die regio groener gekleurd. Bij deleties is de regio roder gekleurd. Array CGH is een meer geavanceerde en snellere vorm van CGH, de fluorescentie wordt gevolgd met de computer en het kan worden toegepast om elke mogelijke vorm van een teveel of tekort aan DNA-materiaal te identificeren.

Een punt op een chromosoom wordt beschreven door het nummer van het chromosoom, de arm (p of q), de regio en de band. Vaak wordt de regio weggelaten (bijvoorbeeld: 15q12 staat voor chromosoom 15, lange arm, band 12). Een normaal karyotype van een man wordt weergegeven als 46,XY en van een vrouw als 46,XX. Bij een man met het syndroom van Down is het 47,XY+21 (+21 staat voor trisomie 21).

Cel(kern)deling wordt mitose genoemd. Voordat een cel de mitose ingaat, wordt in de S-fase elk chromosoom verdubbeld, zodat het bestaat uit twee chromatiden. Vervolgens scheiden de chromatiden en komen deze terecht in twee dochtercellen. De mitose bestaat uit de profase, prometafase, metafase, anafase en telofase. (Zie afbeelding 3.12 op blz. 38) De mitose duurt meestal 1 tot 2 uur.

Tijdens het begin van de profase condenseren de chromosomen en begint de mitotische spoel, bestaande uit twee centriolen en microtubuli, te vormen. In de metafase binden de chromosomen aan de mitotische spoel. In de anafase splitst het centromeer van ieder chromosoom en de chromatiden gaan in de uiteinden van de cel liggen. In de telofase zijn de chromatiden volledig gescheiden. Het zijn nu onafhankelijke chromosomen bestaande uit een dubbele helix. Ze worden beiden omhuld door een nieuw kernmembraan. Het cytoplasma deelt zich ook (cytokinese) en er ontstaan twee nieuwe diploïde dochtercellen.

Bij de gametogenese vindt inplaats van mitose, het proces meiose plaats. Er zijn drie verschillen. De mitose eindigt met diploïde chromosomen (46) en de meiose met haploïde (23). Mitose vindt plaats bij vermeerdering van somatische cellen en meiose bij de gametogenese. Mitose ondergaat één maal het proces van profase t/m telofase en meiose twee maal. In meiose I wordt het aantal chromosomenparen gehalveerd. In meiose II worden de chromosomen gesplitst bij het centromeer. De crossing-overs zijn zichtbaar, wanneer homologe chromosomen zich splitsen (diakinese).

Er wordt onderscheid gemaakt tussen numerieke (aneuploidy en polyploidy) en structurele chromosoomafwijkingen. Bij numerieke afwijkingen is er een teveel of tekort aan een of meer chromosomen.

Een extra chromosoom wordt een trisomie genoemd. De meeste gevallen van het syndroom van Down hebben trisomie 21. Het wordt meestal veroorzaakt doordat een paar homologe chromosomen niet goed gescheiden wordt tijdens anafase-I. Dit wordt nondisjunctie genoemd. Zeldzamer is het als nondisjunctie optreedt tijdens meiose-II en de zusterchromatiden niet uit elkaar gaan.

Een fout in meiose-I zorgt ervoor dat een gameet twee homologe chromosomen heeft van één paar. Nondisjunctie in meiose-II leidt tot twee kopieën van een van de homologen van een chromosomenpaar. Nondisjunctie kan ook nog optreden tijdens een vroege mitotische deling in de ontwikkelende zygote. Dit leidt tot een of meer verschillende cellijnen, een fenomeen dat een mozaïek genoemd wordt. De oorzaak van nondisjunctie is onzeker. Het heeft waarschijnlijk te maken met de leeftijd van de moeder. (zie afbeelding 3.17 op blz. 43)

Monosomie is de afwezigheid van een chromosoom. Monosomie in een autosoom is nooit levensvatbaar. Gebrek aan een X of Y chromosoom leidt tot 45,X: het syndroom van Turner. Monosomie ontstaat door nondisjunctie in de anafase.

Polyploïde cellen bevatten meerdere malen het aantal chromosomen, bijvoorbeeld 69 (triploïdie) of 92 (tetraploïdie). Dit wordt vrij vaak aangetroffen bij spontane miskramen. Er zijn maar een paar levende geboorten bekend met polyploïdie en ze gingen allemaal snel na de geboorte dood. Het kan veroorzaakt worden door een fout in de meiotische deling in een eicel of zaadcel, maar ook door bevruchting van een eicel door twee zaadcellen (dispermie).

Structurele afwijkingen worden veroorzaakt door het breken van chromosomen en een reorganisatie in een andere configuratie. Er zijn gebalanceerde (genetische informatie is compleet) en ongebalanceerde (genetische informatie incompleet) varianten. Bij een ongebalanceerde vorm zijn er serieuze klinische gevolgen.

Bij translocaties is genetisch materiaal verplaatst van de ene chromosoom naar een andere. Een reciproke translocatie omvat het breken van ten minste twee chromosomen en het uitwisselen van fragmenten. Meestal blijven er 46 chromosomen en als de fragmenten ongeveer van dezelfde grootte zijn kan de translocatie alleen zichtbaar worden met een techniek als FISH. Bij een Robertsoniaanse translocatie liggen beiden breekpunten bij het centromeer van twee acrocentrische chromosomen. Hierbij fuseren de lange armen en gaan de korte armen verloren, wat zorgt voor maar 45 chromosomen. Vaak bevatten die korte armen geen belangrijke informatie.

Bij gebalanceerde reciproke translocaties kunnen er problemen ontstaan in de meiose. Er kan dan een ongebalanceerde variant ontstaan, met als gevolg een miskraam of een kind met meerdere afwijkingen. (zie afbeelding 3.19 en 3.20 op blz. 45)

Bij een deletie vindt er verlies van een deel van een chromosoom plaats, wat resulteert in monosomie voor dat bepaalde segment van het chromosoom. Er wordt onderscheid gemaakt in twee niveaus: microscopische deleties (Wolf-Hirschorn en cri-du-chatsyndroom) en submicroscopische microdeleties (met behulp van FISH).

Inserties zijn wanneer een segment van één chromosoom vervangen wordt door een ander chromosoom.

Bij inversies zijn in één chromosoom twee breuken ontstaan waardoor het tussenliggende deel in tegenovergestelde positie is gereorganiseerd. Wanneer dit plaatsvindt bij het centromeer is het een pericentrische inversie en als het bij een arm plaatsvindt heet het een paracentrische inversie.

Ringchromosomen ontstaan als twee uiteinden van een chromosoom aan elkaar kleven.

Er is sprake van mosaïcisme als er meerdere cellijnen met verschillend genetisch materiaal zit in één individu, die voortkomt uit één zygoot. Chimerisme is wanneer er meerde cellijnen optreden, voortgekomen uit meer dan één zygoot. Dit kan optreden bij dubbele fertilisatie. Een voorbeeld van chimerisme is hermafroditisme.

Hoe verloopt de genetische ontwikkeling van een prenataal kind? - Chapter 6

Inleiding

De bevruchting is het moment waarop een spermacel de eicel (oöcyt) binnendringt en er een zygote gevormd wordt. Na 12 weken lijkt de zygote op een mens. Een optimale omgeving en genetische integriteit zijn fundamenteel. Er zijn drie fasen in de ontwikkeling van een prenataal kind. Pre-embryonisch, embryonisch en foetaal. In de pre-embryonische fase ontstaat er een trilaminaire discus. In de embryonische fase ontstaan er assen (cranio-caudaal, dorsoventraal en proximodistaal) waaruit organen en weefsels ontstaan. In de foetale fase groeit het embryo heel snel. Het embryo heet in de foetale fase een foetus. Het proces van bevruchting tot bevalling duurt 38 weken. Vaak wordt er gesproken van 40 weken zwangerschap omdat er wordt geteld vanaf de laatste menstruatie.

Bevruchting en gastrulatie

De bevruchting gebeurt in de eileider. Eén enkele spermacel penetreert de eicel, door de corona radiata, de zona pellucida en als laatste het eicelmembraan. Wanneer de spermacel binnen is, voltooit de eicel zijn meiose II. Vervolgens fuseren de twee pronuclei. Voorlopercellen van gameten worden gedemethyleerd. Tijdens de gametogenese methyleren ze weer opnieuw, waardoor er imprints ontstaan. Na de bevruchting worden de imprints van het sperma-DNA verwijderd. De imprints van het eicel-DNA werkt demethylering tegen. Wanneer de zygote innestelt in de baarmoeder ontstaat er weer methylering.

De zygote gaat delen. Na drie dagen bestaat het uit 12-16 cellen. Dan heet het een morula. Tijdens alle fases van de ontwikkeling is polariteit erg belangrijk. Polariteit zorgt voor differentiatie van cellen. Na nog meer celdeling ontstaat er een blastocyste. Deze bestaat uit een embryoblast (binnenste) en een trofoblast (buitenste). De embryoblast vormt het embryo, de trofoblast vormt uiteindelijk de placenta. Gastrulatie is de vorming van een trilaminaire discus uit de embryoblast.

Het begin van de vorming van het lichaam is de primitiefstreek caudaal. Uit de trilaminaire discus ontstaat het ecto-, meso-, en endoderm.

• Uit het ectoderm ontstaan voornamelijk het

  • zenuwstelsel

  • de epidermis en bijbehorende structuren

  • subcutane klieren.

• Uit het mesoderm ontstaan voornamelijk

  • bindweefsels (ook kraakbeen en bot)

  • spieren

  • het hart- en vaatstelsel

  • het urogenitale systeem.

• Uit het endoderm ontstaan

  • de thymus

  • de schildklier

  • het maag-darm kanaal

  • de lever

  • de pancreas.

Gen families

Verschillende gen families en ontwikkelingspaden spelen een rol in de ontwikkelingsprocessen. Mutaties in deze gen families kunnen abnormaliteiten of syndromen veroorzaken. Vele genen coderen voor transcriptiefactoren die genen aan of uit kunnen zetten. Een transcriptiefactor kan vervolgens andere genen reguleren en andere processen in gang zetten. Een mutatie in een gen coderend voor een transcriptiefactor kan dus grote gevolgen hebben. Morfogenen zijn groeifactoren, celreceptoren en moleculen die de embryologische processen mediëren. De signaalmoleculen zijn voornamelijk van de transforming growth factor bèta (TGF-β), wingless (Wnt) en hedgehog (HH) families. Verder worden dezelfde stoffen in verschillende processen gebruikt.

Patroonvorming

Gastrulatie is de vorming van een trilaminaire discus uit de bilaminaire discus. Hierbij zijn drie processen betrokken: inductie van de initiatie voor vorming van het mesoderm, handhaving van de structuur en patroonvorming. Voor deze processen zijn families van signaalfactoren nodig. Bij inductie is de Nodal familie betrokken, bij handhaving zijn de FGF (fibroblast growth factor)- en Wnt familie betrokken en bij patroonvorming is de BMP familie (bone morphogenetic protein) betrokken.

De Nodal en BMP families werken als volgt: een ligand bindt aan een heterotetrameer membraangebonden eiwit, die de signalering start. Vervolgens worden mediatoren in het cytoplasma geactiveerd (SMAD factoren). Er zijn gradiënten van Nodal activiteit langs de dorsoventrale as.

De Wnt familie heeft twee verschillende paden. Het β-catenine afhankelijke (canonical) en het β-catenine onafhankelijke pad. Het canonical pad werkt als volgt: een Wnt ligand bindt aan een Frizzled/LRP heterodimeer membraan-gebonden eiwitcomplex. Vervolgens ontstaat er een intracellulair signaaltransductieproces onder invloed van een G-eiwit. Dit proces maakt een ander groot eiwitcomplex stuk. Dit voorkomt de fosforylering van β-catenine. Wanneer β-catenine niet wordt afgebroken, accumuleert het in de nucleus en activeert het transcriptie van regulerende genen die specifiek zijn voor dorsaal.

De FGF receptor werkt als volgt: een ligand bindt aan de receptor waardoor deze dimeriseert. Het deel van de receptor in het cytoplasma transfosforyleert en activeert Ras. Ras gaat de nucleus in en activeert specifieke transcriptiefactoren.

TGF-β (transforming growth factor bèta)

TGF-β is een cytokine. Cytokines werken paracrien en autocrien. Er zijn twee groepen: de BMPs, de TGF-βs en activines, nodal en myostatine die werken via SMAD eiwitten. Een cytokine bindt aan een celreceptor, waarna de receptor fosforylering ondergaat. Hierdoor worden receptor kinases geactiveerd. Bepaalde complexen gaan de nucleus in en activeren transcriptiefactoren. Zo is de TGF-β familie actief in heel veel verschillende processen van een cel.

Somatogenese

Uit het presomitische mesoderm (PSM) ontstaan de somieten. Dit wordt neergelegd onder invloed van Wnt en FGF. Somieten zijn blokken weefsel. Ze ontstaan van rostraal naar caudaal. Het belangrijkste proces hiervoor is de notch-delta signaling. Een golf van cycling gene expression gaat van het caudale uiteinde naar rostraal en bepaalt de grenzen voor de somieten. De notch receptor en zijn ligands zorgen voor de rostro-caudale polariteit in het PSM en zorgen dat de somieten worden gevormd.

Sonic hedgehog en patched GLI

Sonic hedgehog (SHH) induceert cel proliferatie in de notochord, de hersenen en in de extremiteiten. SHH bindt aan receptor Patched (PTCH). Ptch is transmembraan en zorgt normaal gesproken voor inhibitie van transmembraan eiwit Smoothened (Smo). Wanneer SHH bindt is Smo niet meer geïnhibeerd en kan het de transcriptiefactor familie GLI activeren. Hierdoor ontstaat er een intracellulaire cascade.

Mutaties in het SHH gen veroorzaken holoprosencephalie en/of cyclopie. De hersenen zijn niet in twee delen gescheiden en er is maar één oog. Mutaties in het PTCH gen veroorzaken Gorlin syndroom, wat gepaard gaat met basaal cel carcinomen en odontogenische keratocyten. Mutaties in het SMO gen veroorzaken ook basaal cel carcinomen en medulloblastomen. Mutaties in het GLI1 gen veroorzaken Pallister-Hall en Grieg syndromen. Het Smith-Lemli-Opitz syndroom (SLOS) kan bestaan uit holoprosencephalie, fasciale kenmerken, afwijkingen in de genitaliën en syndactylie. SLOS ontstaat doordat cholesterol niet gesynthetiseerd kan worden waardoor SHH niet aan Ptch kan binden. CREBBP is een cofactor voor Gli eiwitten en een mutatie hiervan veroorzaakt het Rubenstein-Taybi syndroom.

HOX genen

Homeotische genen bepalen segment identiteit. Dat wil zeggen dat de homeotische genen bepalen waar een segment zich in ontwikkelt, bijvoorbeeld een poot. Wanneer deze genen niet goed werken, ontstaan er structurele abnormaliteiten. Homeotische genen bevatten een homeobox, een 180-basepaar lange sequentie. Deze homeobox komt algemeen voor in genen die patroonvorming en ontwikkeling controleren. De eiwitten van deze HOX genen zijn belangrijk omdat ze andere genen, die soms ook voor andere transcriptiefactoren coderen, aan of uit zetten. Mensen hebben vier HOX-gen clusters die bestaan uit 39 HOX genen. Elke cluster bestaat uit een serie van genen. Deze genen spelen een cruciale rol in de vroege morfogenese.

Mutaties in HOXA13 veroorzaken het hand-foot-genital syndrome, waarbij de 4^e en 5^e vingers verkort zijn en bij mannen hypospadie optreedt en bij vrouwen bicornuale uterus. Ook de expressie van het gen EphA7 is vrijwel afwezig, waardoor er geen normale chondrogenische condensaties in de distale extremiteiten optreden. Mutaties in HOXD13 veroorzaken synpolydactylie, waarbij er extra vingers en tenen zijn die aan elkaar versmolten zijn. Mutaties in HOXA1 veroorzaken het Bosley-Saleh-Alorainy syndroom, waarbij er afwijkingen zijn aan het centrale zenuwstelsel, het hart en het laryngotracheale traject., Bovendien is er sprake van doofheid. Mutaties in HOXD10 veroorzaken een congenitale verticale talus. Duplicaties van HOXD veroorzaken mesomelic limb abnomality syndromes. Mutaties in andere homeobox-genen, MSX2 en EMX2, veroorzaken respectievelijk craniosynostosis en schizencephalie.

Pax genen

Een paired-box (PAX) is een DNA sequentie die codeert voor een 130-aminozuur lange transcription regulator domein, wat bindt aan het DNA. Een mens heeft negen PAX genen. In muizen blijken de PAX genen een belangrijke rol te spelen in het zenuwstelsel en in de wervelkolom. Mutaties in het menselijke PAX3 gen veroorzaakt het Waardenburg syndroom type 1. Er is gehoorverlies, plaatselijke depigmentatie van haar en huid en abnormale pigmentatie van de iris. Mutatie in PAX2 veroorzaken het renal-coloboma syndroom. Hierbij is er sprake van malformaties van de nieren en ogen. Mutatie in PAX6 veroorzaakt het WAGR syndroom. Dit wordt gekenmerkt door een Wilms’ tumor (tumor van de nieren), aniridie (afwezigheid van de iris), genitourinaire afwijkingen en mentale retardatie. Dit verklaart ook de betekenis van het acronym WAGR.

SOX genen

SRY (sex-determining region Y) is een gen op het Y-chromosoom dat een grote rol heeft in het vormen van een man. De SOX (SRY-Type HMG Box) genen zijn homoloog met het SRY gen, omdat ze een HMG (high-mobility group) box hebben. SOX genen zijn transcriptie regulatoren. Ze buigen het DNA, waardoor regulatiefactoren aan promotors kunnen binden en de transcriptie wordt geactiveerd.

Mutaties in SOX9 veroorzaken compomelic dysplasia, waarbij de lange botten gebogen worden door defecten in collageen type 2 expressie en chromosomale mannen toch vrouwen worden. De overlevingskans is erg klein. Mutaties in SOX10 veroorzaken een type van het Waardenburg syndroom, waarbij er meer kans is op de ziekte van Hirschsprung. Mutaties in SOX2 veroorzaken anophthalmia of microphthalmia en het anophthalmia-esophageal-genital syndrome (esophagale atresie en genitale hypoplasia in mannen).

TBX genen

T-genen zijn bij muizen erg belangrijk voor de specificatie van het paraxiale mesoderm en de differentiatie van de notochord (ook wel chorda dorsalis). Het gen codeert voor een transcriptiefactor dat zowel activeert als onderdrukt. Het T-domein wordt gedeeld door een aantal genen. Het heet daarom ook wel de T-box (TBX genen). Mutaties in TBX3 veroorzaken het ulnar-mammary syndrome. Er is sprake van abnormaliteiten aan de ulnaire zijde van de bovenste extremiteiten en hypoplasie van de mamaklieren. Mutaties in TBX5 veroorzaken Holt-Oram syndroom. Er is sprake van congenitale hartafwijkingen en defecten in de radiale zijde van de bovenste extremiteiten.

Zinkvinger genen

Sommige transcriptiefactoren hebben een zinkvinger. Dit is een lus-vormige structuur van vier aminozuren en een zink-ion. Het zink-ion kan binden aan het DNA. Er zijn verschillende genen die coderen voor eiwitten met een zinkvinger. De genen GLI3, WT1, ZIC2 en ZIC3 coderen voor een zinkvinger. Grote deleties of translocaties van GLI3 veroorzaken Greig cephalopolysyndactylie. Er is sprake van hoofd-, hand- en voetabnormaliteiten. Frameshift mutaties van GLI3 komen voor bij het Pallister-Hall syndroom. Er is sprake van polydactylie, hypothalame hamartomen en anorectale malformaties. Mutaties in WT1 veroorzaken Wilms’ tumor en Denys-Drash syndroom. Mutaties in ZIC2 veroorzaken holoprosencephalie en mutaties in ZIC3 veroorzaken lateraliteitsdefecten. Net als polariteit is lateraliteit belangrijk: lateraliteit is voornamelijk om een normale links-rechts as te vormen. Situs solitus is een normale links-rechts asymmetrie. Situs inversus is een omkering van de normale links-rechts (a)symmetrie.

Signaalgenen

Signaaltransductie is het proces waarbij extracellulaire factoren door middel van een proces zorgen voor de regulatie van celdeling en celdifferentiatie.

• RET proto-oncogeen: dit gen codeert voor een celmembraan tyrosine kinase. ‘Gain of function’-mutaties veroorzaken schildklierkanker, ‘loss of function’-mutaties veroorzaken de ziekte van Hirschsprung.

• FGF receptoren (fibroblast growth factor): deze spelen een grote rol in de embryogenese. Extracellulaire FGF signalen worden door tyrosine kinase receptoren genaamd FGFRs (fibroblast growth factor receptors) gemedieerd. Elke receptor heeft een extracellulaire component, een transmembraan component, en twee intracellulaire domeinen. Mutaties in deze genen veroorzaken craniosynostose syndromen of achondroplasie. Craniosynostose zijn geassocieerd met het Apert syndroom, Crouzon syndroom of Pfeiffer syndroom. Alle drie worden gekarakteriseerd door het te vroeg fuseren van craniale naden en abnormaliteiten aan hand en voet. Achondroplasie is een afwijking aan de botten, waarbij er sprake is van korte proximale extremiteitsbotten en een vergroot hoofd met zogeheten ‘frontal bossing’.

Kieuwbogen

De kieuwbogen ontstaan in de vierde en vijfde week van de zwangerschap. Er zijn vijf kieuwbogen, lateraal ten opzichte van het hoofd. Elke kieuwboog heeft cellen van alle drie de cellagen (endo-, ecto- en mesoderm) en de neurale lijst. Uit het endoderm ontstaan de bekleding van de farynx, de schildklier en de bijschildklieren. Uit het ectoderm ontstaat de epidermis. Uit het mesoderm ontstaat het spierweefsel. Uit de neurale lijst ontstaan de benige structuren. Tussen de kieuwbogen zitten extern ‘pharyngeal clefts’ en intern ‘pharyngeal pouches’. De arteriën van de kieuwbogen vormen later de aorta en de pulmonaire arteriën. Van rostraal naar caudaal vormen de kieuwbogen:

1. De eerste kieuwboog vormt de kaak en kauwspieren, de eerste cleft de externe gehoorgang en de eerste pouch het apparaat van het binnenoor.

2. De tweede kieuwboog vormt het os hyoideum en gezichtsspieren.

3. De derde pouch vormt de thymus en de bijschildklieren.

4. De vierde pouch vormt ook de bijschildklieren.

Cilia en abnormaliteiten

Cilia zijn haarachtige structuren op (epitheel)cellen die beweging van deeltjes veroorzaken. Ze “vegen” op een gecoördineerde manier. In het embryo helpen ze de links-rechts asymmetrie op te bouwen. Ze hebben waarschijnlijk ook nog andere functies, namelijk een soort moleculaire antenne die extracellulaire signaalmoleculen oppikt. Dit is voornamelijk bij de SHH en Wnt pathways. Defecten in cilia in het embryo veroorzaken vele congenitale afwijkingen die ciliopathieën genoemd worden.

Ledematen

Er zijn vier fasen in de ontwikkeling van de extremiteiten, namelijk de initiatie, specificatie, differentiatie en groei.

Fase 1 en 2: initiatie en specificatie

Initiatie van de extremiteitsknop, waar de extremiteit uit gaat groeien, ontstaat na 28 dagen. Initiatie komt van de FGF familie. FGF8 is aangetoond in het mesenchym en wordt waarschijnlijk gecontroleerd door HOX genen.

Fase 3 en 4: differentiatie en groei

De apical ectodermal ridge (AER) is een verdikt stukje ectoderm op de extremiteitsknop. De AER produceert groeisignalen uit de FGF familie (4 en 8). Deze signalen stimuleren groei en vormen de proximo-distale as. Het gen TP63 zorgt voor het behoudt van het AER. Aan de posteriore zijde van de extremiteitsknop ontstaat de ‘zone of polarizing activity’. Deze vormt de anteroposteriore as. De signalen die de zone produceert, zijn SHH en retinoïdezuur. De progressiezones zijn de ongedifferentieerde prolifererende mesenchymale cellen die onder het AER liggen. Ze worden gestimuleerd door HOXA en HOXD genen. Verschillende regio’s van cellen produceren verschillende producten van HOX genen.

Genen die een rol spelen bij ontwikkeling

Sommige genen die belangrijk zijn bij de embryogenese, kunnen ook kanker veroorzaken. Dit zijn teratogenen.

Functie toename en -afname

Het eiwit van het RET proto-oncogeen bestaat uit drie domeinen die op verschillende plekken zijn gelegen: extracellulair, transmembraan en intracellulaire tyrosine kinase. De tyrosine kinase activeert de signaaltransductie. Een ‘loss of function’-mutatie in dit gen veroorzaakt de ziekte van Hirschsprung. Een ‘gain of function’-mutatie veroorzaakt type 2A of 2B multiple endocrine neoplasia (MEN). Hierbij ontstaan veel schildkliercarcinomen en feochromocytomen.

Somatische reorganisatie

Het kan ook gebeuren dat het RET proto-oncogeen dusdanig muteert, dat het eiwit niet meer ligand-afhankelijk werkt. Het werkt dus continu waardoor er veel papillaire schildkliercarcinomen ontstaan. Het PAX3 gen kan kanker veroorzaken door fusie met andere DNA sequenties. Hierdoor kan een alveolair rhabdomyosarcoom ontstaan.

Positie effect van genen

Mensen met een chromosomale afwijking kunnen een single-gene developmental syndrome hebben. Doordat ze de chromosomale afwijking hebben, is dit een sterke indicatie voor de locatie van het niet-werkende gen. Het kan zijn dat het gen door translocatie door midden is gebroken of dat het hele coderende deel wel compleet is, maar dat het gescheiden is van de regulatoire elementen.

Mola-zwangerschap

Het kan voorkomen dat de placenta bestaat uit een prolifererende, ongeorganiseerde massa. Dit heet een mola-zwangerschap, oftewel een druiventroszwangerschap. Er is sprake van een niet-levensvatbaar embryo, maar de vrouw voelt zich wel zwanger en alle kenmerken van de zwangerschap kunnen aanwezig zijn.

Partiële mola-zwangerschap

Een partiële mola-zwangerschap ontstaat vaak bij triploïdie. Hierbij wordt één eicel bevrucht door twee spermacellen. De 46 chromosomen zijn altijd van de vader en de andere 23 zijn van de moeder. Dispermie betekent dat de eicel door twee spermacellen is bevrucht, terwijl een andere oorzaak van een partiële mola-zwangerschap endoreduplicatie is. Dit betekent dat de spermacel zijn chromosomen gedupliceerd heeft. Een embryo met deze afwijking heeft vrijwel geen overlevingskans.

Complete mola-zwangerschap

Een complete mola-zwangerschap ontstaat wanneer de zygote alleen 46 chromosomen van de vader heeft. Het kan ontstaan doordat een lege eicel (zonder chromosomaal materiaal) door twee spermacellen wordt bevrucht of doordat een spermacel endoredupliceert. Een complete mola-zwangerschap is gevaarlijk omdat het kan veranderen in een maligne, invasieve choriocarcinoom. Het embryo is wederom niet levensvatbaar, alhoewel de zwangere vrouw wel alle ‘symptomen’ van de zwangerschap kan ervaren. Dit komt omdat de placenta doorgroeit.

Expressie in trofoblast en embryoblast

Er zijn aanwijzingen gevonden dat de trofoblast kan groeien onder invloed van paternale chromosomen, terwijl het embryo kan groeien onder invloed van maternale chromosomen.

Geslachtsontwikkeling

Het geslacht wordt bepaald door de X en Y chromosomen. Het embryo wordt pas na 6 weken fenotypisch man of vrouw. De ontwikkeling duurt tot en met 12-14 weken. De aanwezigheid van een Y chromosoom leidt tot een mannetje. Dit komt doordat op de korte arm van het Y chromosoom het gen SRY zit (sex-determining region of the Y chromosome). Dit gen codeert voor een transcriptie regulator die aanzet tot de ontwikkeling van de testes. Het is een enkel exon bestaande uit 204 aminozuren en een HMG box. Bij afwezigheid van dit gen ontstaat een vrouwelijk individu. Dus, een XY individu zonder SRY ontwikkelt zich tot een vrouw. Ook een XX individu met een SRY translocatie ontwikkelt zich tot een man.

SRY activeert andere genen. Hierdoor ontwikkelt de ongedifferentieerde gonade zich tot de testes. In deze testes beginnen de Leydig cellen testosteron te produceren. Dit leidt tot de stimulatie van de ducti van Wolff en de regressie van de buizen van Müller. De ducti van Wolff vormen de interne genitalia. In afwezigheid van SRY verandert de cortex van de ongedifferentieerde gonade in een eierstok, de buizen van Müller vormen de interne genitalia en er is regressie van de ducti van Wolff.

Epigenetica

Epigenese is het uitvouwen van de ontwikkelingsprogramma’s en processen tot een ongedifferentieerde zygote. Voorbeeld hiervan is methylering van het DNA. Methylering van DNA veroorzaakt een veranderde chromatinestructuur. Een (deel van) chromosoom wordt gecondenseerd en kan niet meer worden afgelezen.

Inactivatie van het X-chromosoom

Bij een XX individu wordt altijd één X-chromosoom bijna geheel gemethyleerd. Het wordt hierdoor geïnactiveerd. Dit heet ook wel lyonization. Het proces ontstaat rond dag 15/16. De keuze van het X-chromosoom is meestal compleet at random. De dochtercellen hebben vervolgens ook allemaal hetzelfde X-chromosoom gemethyleerd. Een inactief X-chromosoom heet ook wel een Barr body (lichaampje van Barr), omdat het onder de microscoop eruit ziet als een donkere massa chromatine.

Het is echter ook zo dat wanneer één van beide X-chromosomen abnormaal is, dat X-chromosoom bijna altijd gemethyleerd wordt. Dit komt doordat alleen de stamcellen die het abnormale chromosoom gemethyleerd hebben, kunnen overleven. Methylering wordt geïnitieerd door het gen XIST. Het inactieve X-chromosoom produceert RNA dat een inactivatiesignaal over het chromosoom uitspreidt.

Bij mensen met meer dan één X-chromosoom, is het aantal Barr bodies altijd één minder dan het totale aantal X-chromosomen. Vrouwen met twee normale X-chromosomen hebben dezelfde concentratie X-chromosoom eiwitproducten als normale mannen.

Mozaïsme ontstaat bij vrouwen wanneer sommige cellen een ziek X-chromosoom inactiveren, maar andere cellen het gezonde X-chromosoom inactiveren. Dit komt doordat tijdens de eerste methylering op dag 15 sommige stamcellen het gezonde X-chromosoom inactiveren. Op oudere leeftijd zie je dan dat sommige delen van het lichaam ziek zijn en andere delen niet. Het kan ook zijn dat de vrouw helemaal ziek wordt doordat het zieke gen actief is in meer dan 50% van de cellen. Dit heet ‘skewed X-inactivation’.

Tweelingen

Tweelingen kunnen monozygoot en dizygoot zijn. Monozygote tweelingen ontstaan uit dezelfde eicel. Dizygote tweelingen ontstaan uit twee verschillende bevruchte eicellen en zijn genetisch gezien hetzelfde als een normale broer en zus.

Er zijn drie soorten monozygote tweelingen:

1. Dichorionische tweelingen ontstaan wanneer de splitsing heel vroeg is. Ze zijn gesplitst voordat het chorion is ontwikkeld.

2. Monochorionische diamniotische tweelingen zijn gesplitst tijdens de blastocyste fase tussen dag 3 en 7. Ze delen het chorion maar hebben een apart amnion.

3. Monoamniotische tweelingen ontstaan wanneer de splitsing na de eerste week heeft plaatsgevonden. Ze delen zowel het chorion als het amnion.

Dizygote tweelingen zijn dichorionisch en diamniotisch, maar ze kunnen wel een gefuseerde placenta hebben. Vrouwen die ouder zijn, een positieve familievoorgeschiedenis hebben en ovulatie-opwekkende medicatie gebruiken hebben een grotere kans op tweelingen. Het kan voorkomen dat monozygote tweelingen verschillende aangeboren afwijkingen hebben. Dit kan komen doordat er een mutatie is ontstaan na de splitsing. Ook hebben op latere leeftijd 1/3 van de tweelingen vaak veranderd DNA. Dit kan komen door cumulatieve DNA modificatie. Wanneer een splitsing optreedt na twee weken zwangerschap kan het een Siamese tweeling worden. Bijna 75% van de Siamese tweelingen is vrouw. Het type tweeling kan bepaald worden door het gebruik van highly polymorphic molecular DNA marker en single nucleotide polymorphisms (SNPs).

X-inactivatie

X-inactivatie is het proces waarbij één of meerdere X-chromosomen worden uitgeschakeld, totdat er één actief X-chromosoom overblijft. Bij vrouwen wordt één van de twee X-chromosomen geïnactiveerd. De inactivatie, ook wel lyonisatie genoemd, gebeurt willekeurig. Dit treedt op na de 15e/ 16e dag van de zwangerschap, wanneer de zygoot uit 5000 cellen bestaat. Na lyonisatie van die 5000 cellen, bevatten alle dochtercellen ook een inactief X-chromosoom.

Vaak wordt het afwijkende X-chromosoom bij toeval gelyoniseerd. X-inactivatie treedt op door methylatie. De proces wordt gereguleerd met RNA gemaakt door het XIST-gen (X inactivation specific transcript). Niet het gehele X-chromosom wordt inactief, er blijven genen actief op het topje van de korte arm en een aantal andere loci op andere plaatsen op de lange en korte arm. Als dit niet zo was zouden alle vrouwen het syndroom van Turner hebben.

Het aantal uitgeschakelde X’en is te achterhalen door het aantal barr bodies te tellen, die als donker gecondenseerde geslachtschromatine tijdens de interfase te zien zijn in de celkern.

Wat zijn patronen van overerving? - Chapter 7

Het onderzoeken van de familie

Om bepaalde afwijkingen te onderzoeken op erfelijkheid is het nodig om onderzoek te doen naar het voorkomen ervan in de familie. Dit is ook belangrijk omdat er informatie aan de familieleden kan worden gegeven over of de ziekte doorgegeven kan worden aan hun kinderen. Een familieanamnese kan een diagnose opleveren en als dit niet zo is, moeten ook andere afwijkingen overwogen worden.

Stamboom opstellen

Door middel van een stamboom kan genetische informatie over een familie vastgelegd worden. De eerste persoon waarbij een afwijking werd gevonden, heet de ‘index case’ of ‘proband’ en deze wordt aangegeven met een pijl. Informatie over de familie moet heel gedetailleerd uitgevraagd worden.

Mendeliaans

Mendeliaanse overerving is unifactorieel, dus door één gen. Een gen op een autosomaal chromosoom (autosomaal zijn alle chromosomen behalve de geslachtschromosomen) erft autosomaal over. Een gen op een X- of Y-chromosoom erft sekse-gebonden over.

Autosomaal dominant

Een autosomaal dominant gen zit op een autosoom. Eén ziek allel van dit gen is genoeg om ziekte te veroorzaken. Deze ziektes zijn makkelijk te traceren in een familie. Elke ouder met een dominant allel heeft 50% om dit gen door te geven aan zijn of haar kinderen. Deze krijgen vervolgens dezelfde ziekte. Een pleiotropie is een enkel gen dat verschillende effecten in verschillende weefsels tegelijk kan geven. Voorbeelden hiervan zijn syndromen.

De expressie van een autosomaal dominante ziekte kan verschillen per persoon en heet variabele expressie. Ook kan het voorkomen dat de penetrantie niet volledig is (een generatie overslaan). Dit kan komen doordat andere genen modificeren of door modulerende omgevingsfactoren. Non-penetrantie is dat een individu met het zieke allel toch geen ziekte-expressie heeft.

Mutaties kunnen ook autosomaal dominant zijn, maar plotseling opduiken in de familie. Dit kan komen door nieuwe mutaties. Co-dominantie is wanneer twee verschillende dominante allelen tegelijk tot uiting komen. Voorbeeld hiervan is bloedgroep AB, met de dominante allelen A en B. Een autosomaal dominante ziekte kan ook homozygoot zijn, hoewel dit niet vaak voorkomt. Een dominante ziekte die homozygoot is, kan dezelfde ziekteintensiteit geven als een heterozygoot, maar het kan ook ernstiger zijn of eerder optreden.

Autosomaal recessief

Recessieve ziektes komen alleen tot expressie wanneer het zieke allel homozygoot voorkomt. Gezonde mensen die heterozygoot zijn, zijn dan dragers. Recessieve ziektes komen vaker voor bij mensen die binnen de familie trouwen (consanguiniteit). Wanneer de ouders beide heterozygoot zijn voor de ziekte, is er een kans van 25% dat het kind homozygoot zieke allelen krijgt (dus ziek), 50% kans dat het kind heterozygoot (drager) wordt en 25% kans dat het kind homozygoot gezonde allelen krijgt. Wanneer iemand die homozygoot zieke allelen heeft kinderen krijgt met een heterozygoot, hebben de kinderen 50% kans op de ziekte. Dit heet pseudodominantie, omdat het fenotypisch het beeld heeft van een dominante overerving.

Het kan ook voorkomen dat een ziekte wordt veroorzaakt door verschillende enkel-gen mutaties. Dus dat mutaties in verschillende genen zorgen voor dezelfde ziekte. Dit heet locus heterogeniteit. Wanneer de ouders beide dezelfde afwijking hebben, maar in verschillende genen en heterozygoot zijn, kunnen de kinderen dus toch gezond geboren worden, omdat ze van beide ouders het gezonde gen erven. Locus heterogeniteit heet ook wel ‘genocopies’. ‘Phenocopy’ is eenzelfde fenotype door omgevingsfactoren. ‘Compound heterozygotes’ zijn individuen die twee verschillende mutaties hebben, maar op dezelfde locus. Hierdoor ontstaat ‘mutational heterogeneity’.

Sekse-gebonden overerving

Genen die op het X- of Y-chromosoom liggen kunnen bij mutaties seksegebonden overerving geven. X-gebonden of Y-gebonden (holandric) overerving kan zowel recessief als dominant zijn. X-gebonden recessieve aandoeningen komen normaal gesproken alleen tot expressie bij mannen, omdat zij maar één X-chromosoom hebben (hemizygoot). Mannen met de aandoening kunnen het gen doorgeven aan hun dochters die dan dragers zijn. Een vrouw met de aandoening heeft 50% kans op een zoon met de aandoening en 50% kans op een drager als dochter. Sommige ziektes kunnen niet doorgegeven worden door een aangedane man, omdat hij zich niet kan reproduceren.

Het kan af en toe voorkomen dat vrouwen toch ziek worden door een X-gebonden recessieve aandoening. Dit kan komen doordat ze homozygoot zijn voor de aandoening. Ook kan het komen doordat het gezonde X-chromosoom van een heterozygoot wordt gemethyleerd en dus wordt “uitgezet”. Dit heet skewed X-inactivation. Verder kan het nog voorkomen dat de vrouw maar één (ziek) X-chromosoom heeft, zoals in het Syndroom van Turner.

Bij X-gebonden dominante aandoeningen hebben zowel zonen en dochters van de vrouw een kans van 50% op de aandoening. Een aangedane man geeft de ziekte altijd door aan zijn dochters. Bij Y-gebonden aandoeningen zijn alleen mannen aangedaan. Een aangedane man geeft de ziekte door aan zijn zonen, maar niet aan zijn dochters. Deze zijn natuurlijk ook geen dragers.

Partiële seksegebonden aandoeningen zijn aandoeningen die liggen op het deel van het X-chromosoom dat niet wordt gemethyleerd. Dit deel is homoloog aan het Y-chromosoom. Sekse invloed betekent dat een autosomale afwijking vaker voorkomt in één van beide seksen. Dit kan bijvoorbeeld komen door de hormonen die elke sekse aanmaakt. Sekse specifiek betekent dat bepaalde eigenschappen van een ziekte alleen in een bepaalde sekse voorkomen. De verschillende overervingsvormen hebben specifieke kenmerken. Zie Box 7.1 voor een compleet overzicht.

Multipele allelen

Sommige genen hebben meer dan twee allelen (multipele allelen). Dit kan komen doordat een normaal gen is gemuteerd en er meerdere allelen zijn ontstaan. Sommige allelen kunnen dominant zijn, terwijl andere recessief zijn ten opzichte van het normale allel. Allelen zitten op homologe chromosomen en daarom kan ieder persoon maar één allel doorgeven aan een kind. Complex traits zijn aandoeningen die ontstaan door de interactie van meer dan één gen. De genen hebben daarbij verschillende effecten op elkaar (stimulerend, inhiberend, etc.).

Oligogenetische overerving is een klein aantal gen loci die in sommige ziektes samen voorkomen. Vormen hiervan zijn digenetische en triallelische overerving. In een digenetische overerving is een aandoening aanwezig, waarbij de effecten van twee heterozygote mutaties op twee verschillende gen loci worden opgeteld. Bij een triallelische overerving moet een individu homozygoot zijn voor mutaties op één locus en heterozygoot voor een mutatie op een andere locus. Een voorbeeld hiervan is het Bardet-Biedl syndroom, waarbij er sprake is van obesitas, polydactylie, nierafwijkingen, pigmentatie van het netvlies en leerproblemen.

Anticipatie

Anticipatie is een fenomeen waarbij er per generatie de ziekte eerder en/of erger optreedt. Dit ontstaat in autosomaal dominante aandoeningen. Dit kan komen omdat er een toenemende triplet repeat sequentie ontstaat per generatie, voornamelijk tijdens de maternale meiose, maar het kan ook bij de paternale meiose ontstaan.

Mosaïcisme

Mosaïcisme is een fenomeen waarbij bepaalde weefsels in het lichaam bestaan uit meer dan één celtype. Dit ontstaat door een fout in de mitose na de conceptie. Somatische mosaïcisme is het ontstaan van een ziekte die relatief weinig ernstig is of juist dat een ziekte zich beperkt tot een bepaald gebied. Gonadale mosaïcisme is wanneer alleen de (voorlopercellen van) gameten van een individu zijn aangetast en de kinderen dus wel ziek zijn maar de ouders niet.

Disomie

Uniparentale disomie is wanneer een inidividu beide homologe chromosomen van één van de ouders erft. Er komen dan twee chromosomen van één ouder in het genotype van de zygote. Wanneer er een fout optreedt in de meiose II ontstaat er uniparentale isodisomie, waarbij er twee dezelfde homologen van één ouder aanwezig zijn. Wanneer er een fout optreedt in de meiose I ontstaat er uniparentale heterodisomie, waarbij er twee verschillende homologen van één ouder aanwezig zijn (zie figuur 7.21). Dit kan alleen ontstaan wanneer er eerst sprake was van een trisomie, maar er één chromosoom toch verloren is gegaan.

Imprinting

Imprinting is een epigenetisch proces. Verschillende afwijkingen kunnen ontstaan bij een kind, afhankelijk van of een gen afkomstig is van vader of moeder. Het ‘parent-of-origin effect’ is het genomic imprinting. Er is methylering van het DNA, waardoor de expressie van een gen wordt gemodificeerd. De weinige delen van het DNA waar dit gebeurt heten differentially methylated regions (DMRs). In de DMRs zitten ICRs (imprinting control regions) die de genexpressie van de DMRs bepalen.

Het Prader-Willi Syndroom is een voorbeeld van genetic imprinting. De kinderen zijn klein, obees, hebben hypogonadisme en problemen met leren. Er is sprake van een deletie van het proximale deel van de lange arm van chromosoom 15, afkomstig van de vader. PWS is wel een multigenetische stoornis.

Het Angelman Syndroom wordt gekarakteriseerd door epilepsie, zware leerproblemen, slecht lopen en een zonnig karakter. Ook hier is er sprake van een deletie in het chromosoom 15, maar deze keer afkomstig van de moeder. Het is het gevolg van de deletie van het gen UBE3A.

Het Beckwith-Wiedemann Syndroom wordt gekarakteriseerd door teveel groei. Er is sprake van macrosomie, macroglossie, buikwanddefecten, neonatale hypoglycaemie, hemihyperplasie, visceromegalie, nierafwijkingen, oorafwijkingen, palatoschisis en eventueel embryonale tumoren. Het is een heterogene aandoening, waarbij er sprake is van genomic imprinting, somatische mosaïcisme en verschillende aangedane genen. Dit komt door de duplicatie van een locus op paternaal chromosoom 15.

Het Russell-Silver Syndroom wordt gekenmerkt door pre- en postnatale groeibeperking. De hoofdomtrek is normaal, het gezicht is smal en driehoekig en er kan sprake zijn van asymmetrie van het lichaam. Dit komt door duplicatie van een locus op maternaal chromosoom 15, maternale uniparentale disomie, of abnormale imprinting.

Overerving via de mitochondriën

Het mitochondriale DNA komt geheel van de moeder, uit de eicel, en heet dan ook mitochondriale overerving. Mitochondriaal DNA heeft meer spontane mutaties dan DNA uit de nucleus. Ziektes die hieruit ontstaan worden enkel door vrouwen doorgegeven, maar hebben effect op zowel mannen als vrouwen. Er is vaak sprake van rare combinaties van neurologische en myopathische afwijkingen, omdat vooral het centrale zenuwstelsel, skeletspierweefsel en hartspierweefsel gevoelig zijn voor deze mutaties. In de meeste mensen is er sprake van homoplasie: de verschillende mitochondriën zijn identiek. Heteroplasie kan ook voorkomen wanneer er een mutatie is ontstaan in een deel van de mitochondriën. De ratio mutatie:gezond mitochondria verschilt per weefsel en cel.

Overervingpatroon van een ziekte

Een belangrijke reden om het overervingpatroon van een ziekte binnen families te bestuderen is om te kijken wat het risico is op ziekten voor leden van die familie. Het tekenen van een stamboom begint met de persoon die bij de arts komt; dit noemen we de index case, proband of propositus. Zijn of haar positie in de stamboom wordt met een pijl aangegeven. Informatie over directe familie wordt gevraagd en ingetekend, let hierbij op de juiste familieband.

Aandoeningen op één gen noemen we unifactorieel of mendeliaans. Veel ziektes zijn echter multifactorieel. Als een ziekte door een fout op een geslachtschromosoom komt, noemen we het X-chromosomaal of geslachtsgebonden. Anders is het autosomaal.

Een dominante aandoening leidt al tot ziekte als een individu ook een gezond gen heeft en dus heterozygoot is. Zo'n ziekte is in alle generaties van een familie terug te vinden. Een kind van een ouder die heterozygoot voor een dominante ziekte is, heeft 50% kans deze ziekte ook te krijgen. Veel autosomale dominante ziektes zijn pleiotropisch, ze leiden tot meerdere, ongerelateerde effecten. Hierdoor kunnen individuen met dezelfde ziekte andere verschijnselen hebben. Soms is een individu met een mutatie zelfs helemaal normaal. Dit verschil in uiting van de ziekte heet variabele expressiviteit. Bij verminderde penetrantie is het mogelijk een individu een dominante autosomale ziekte heeft, maar dat deze zich niet uit. Dit individu heet dan non-penetrant en kan gezond zijn doordat andere genen of omgevingsfactoren de ziekte modificeren. De ziekte kan wel aan het nageslacht worden doorgegeven, dan lijkt het alsof de ziekte een generatie heeft overgeslagen.

Als een dominante ziekte opkomt in een familie waar deze niet voorkomt, spreken we van een nieuwe mutatie. Let hierbij ook op of de ouders wel echt de ouders zijn! Nieuwe mutaties komen vaak door een verhoogde leeftijd van de vader. Bij codominantie komen twee verschillende allelen tot uiting, een voorbeeld is bloedgroep AB. Als een individu homozygoot is voor een dominante aandoening, leidt dit soms tot verergering van de ziekte (dan is het dominante allel incompleet dominant) of de ziekte is even erg als bij heterozygote patiënten (het dominante allel is puur dominant).

Bij een recessieve aandoening zijn twee gemuteerde allelen nodig om de ziekte te krijgen, heterozygoten zijn drager van de ziekte. Het traceren van een recessieve aandoening in een stamboom is vaak moeilijk, vaak hebben broers en zussen van een patiënt de aandoening ook. Consanguïniteit (bloedverwantschap tussen ouders) leidt vaak tot kinderen met een zeldzame recessieve aandoeningen. Twee heterozygote ouders hebben 25% kans dat hun kind de aandoening heeft en 50% kans dat het kind ook drager van de ziekte is. Als een van de twee ouders homozygoot recessief is en de andere heterozygoot, dan is de kans dat het kind de ziekte heeft 50%. Omdat dit een even grote kans is als bij een dominante ziekte, noemen we dit pseudodominant.

Bij locus-heterogeniteit leiden meerdere defecten tot dezelfde ziekte, dit is het geval bij doofheid. Omdat twee dove ouders dit door verschillende mutaties kunnen hebben, is er een kans dat de kinderen wel kunnen horen. Dit noemen we dan dubbele heterozygoten. Ziektes waarbij meerdere gemuteerde genen tot hetzelfde resultaat leiden noemen we genokopieën. Als milieufactoren hier ook tot kunnen leiden, noemen we de ziektes fenokopieën. Ook bestaat het dat twee mutaties op hetzelfde locus tot dezelfde ziekte leiden, dit noemen we compound heterozygoot of mutationeel heterozygoot. Dit komt veel vaker voor dan pure homozygotie.

Genen op het X-chromosoom noemen we X-linked, genen op het Y-chromosoom heten Y-linked of holandrisch. Aandoeningen op het X-chromosoom komen voornamelijk voor bij mannen, omdat zij maar één X-chromosoom hebben. Een man met een mutant X-chromosoom noemen we hemizygoot. Omdat zo'n ziekte meestal niet zichtbaar wordt bij vrouwen, heeft het een diagonaal patroon in een stamboom. De dochters van een man met een X-chromosomale afwijking zullen allen drager zijn (obligaat dragerschap), de zonen allen gezond (behalve bij uniparentale heterodisomie). De zonen van een moeder die drager is hebben 50% kans op de ziekte, de dochters hebben 50% kans op dragerschap. Sommige X-chromosomale afwijkingen, zoals Duchenne, leiden tot vroege sterfte, waardoor de overerving alleen via draagsters en nieuwe mutaties gaat. Omdat vrouwen mozaïek zijn voor het X-chromosoom, zijn zij dit ook voor deze ziektes. Ook kunnen vrouwen homozygoot recessief zijn, vooral bij ziektes die vaak voorkomen, zoals kleurenblindheid.

Dominante aandoeningen op het X-chromosoom komen weinig voor, vitamine D resistentie is een voorbeeld. Alle dochters van een man met zo'n ziekte krijgen de aandoening, en geen van zijn zonen. Ondanks dat zowel mannen als vrouwen evenveel kans hebben, zijn sommige ziektes minder erg bij vrouwen. Omdat vrouwen mozaïsch zijn voor het X-chromosoom, komt het voor dat heterozygote vrouwen in sommige delen van hun lichaam een dominante X-chromosomale aandoening niet vertonen. Dit komt omdat in deze gebieden het gezonde X-chromosoom actief is. Y-linked aandoeningen zijn altijd dominant, want er is maar één Y-chromosoom. Deze aandoeningen worden alleen van vader op zoon doorgegeven.

Sommige aandoeningen lijken autosomaal over te erven, maar liggen toch op de geslachtschromosomen. Dit komt doordat het X- en het Y-chromosoom een regio delen, de pseudoautosomale regio. Door crossing-over kan een stuk van een gemuteerd X-chromosoom op het Y-chromosoom komen te liggen, een man kan de aandoening zo ook aan zijn zoon geven. Zulke aandoeningen worden in de ene familie als dominant autosomaal gerapporteerd, en in de andere als X-linked. Ook komen sommige autosomale aandoeningen bij het ene geslacht vaker tot uiting dan bij het andere, een voorbeeld hiervan is kaalheid. Dit komt omdat mannen en vrouwen hormonaal van elkaar verschillen. Dit heet sex influence. Bij Sex limitation komt een aandoening maar bij één geslacht voor.

Een handig schema over de verschillende manieren van overervingen is Box 7.1 op blz. 118. Hier staat mitochondrieel overerven, dat alleen via de moeder gebeurt, niet tussen. Van anticipatie is sprake als een ziekte op jongere leeftijd tot uiting komt bij een volgende generatie, of als de ziekte in de volgende generatie erger is. Er zijn hier vele theorieën over, maar bij een aantal ziektes is duidelijk geworden dat het komt doordat een bepaalde sequentie steeds langer wordt. Hoe langer de sequentie, hoe instabieler het te maken eiwit en hoe erger de ziekte. Bij myotone dystrofie is dit het geval bij het CTG-triplet, dat tijdens de maternale meiose verlengd kan worden. Bij Huntington is dit het geval tijdens de paternale meiose.

Mozaïcisme houdt in dat een individu of een weefsel meerdere typen cellijnen heeft. Dit komt door een fout in de mitose na de conceptie. Een deel van de cellen ontwikkelt zich dan met een mutatie. Er zijn twee vormen mozaïcisme: somatisch en gonadaal.

Bij somatisch mozaïcisme heeft een individu minder last van een ziekte dan andere individuen met de ziekte, of komt de ziekte slechts in een of enkele regio's van het lichaam voor. Als de mutatie niet in de geslachtscellen voorkomt, kan het niet worden doorgegeven aan het nageslacht. Bij gonadaal mozaïcisme zit de mutatie alleen in de geslachtscellen, en wordt de ziekte dus doorgegeven maar de beide ouders zijn gezond.

Van uniparentale disomie spreekt men als een kind niet van beide ouders één chromosoom erft, maar van één ouder twee chromosomen. Als dit hetzelfde chromosoom is, zit de fout in meiose II en noemen we het uniparentale isodisomie. Krijgt het kind twee verschillende chromosomen van dezelfde ouder, dan zit de fout in meiose I en noemen we het uniparentale heterodisomie. Beide gevallen leiden tot een trisomie, een van de chromosomen wordt afgestaan om toch een normale hoeveelheid chromosomen te hebben. In een op drie gevallen ontstaat zo een uniparentale disomie. Uniparentale disomie kan ook redding betekenen, als de andere geslachtscel nullosomisch is.

Iedere cel bevat mitochondrieel DNA, vooral cellen die veel energie nodig. Mitochondrieel DNA wordt compleet overgeërfd van de moeder, via de oöcyt. Mitochondriële overerving wordt gezien als mogelijke verklaring voor ziekten die bij zowel mannen als vrouwen voorkomen, maar alleen worden doorgegeven via vrouwen. Omdat mitochondriën een belangrijke rol hebben bij celmetabolisme, zijn de weefsels die het gevoeligst zijn voor mitochondriële mutaties het centrale zenuwstelsel, de skeletspieren en het hart. Normaal gesproken is het DNA van de verschillende mitochondriën identiek, dit wordt homoplasmie genoemd. Als er ergens een mutatie optreedt, zullen er twee populaties van mitochondrieel DNA zijn, heteroplasmie.

Hoe bereken je de genfrequenties binnen populatiegenetica? - Chapter 8

De allelfrequenties in een populatie

Populatiegenetica is de manier waarop genen in een populatie gedistribueerd voorkomen en de frequenties van genen in een populatie. In een populatie waarin geen invloed is van buitenaf, blijven de allel frequenties (dominant/recessief) gelijk. Dit is het Hardy-Weinberg principe. Het Hardy-Weinberg principe geldt alleen voor een populatie waarbij geen invloed is van buitenaf, er sprake is van random paring, er geen nieuwe mutaties en geen evolutionaire selectie is.

De genen liggen autosomaal en hebben twee allelen A en a met de frequenties p en q. p en q samen zijn altijd 1, omdat er maar twee allelen zijn. De frequenties van elk genotype zijn te bepalen door middel van een kruistabel, de zogenaamde Punnett square.

De Punnett Square kan ook voor de tweede generatie gebruikt worden. Hierdoor wordt duidelijk kan de frequenties van de allelen ten opzichte van elkaar hetzelfde zijn in beide generaties. De frequenties zijn dan p² (AA), 2pq (Aa/aA) en q² (aa). Zo is een populatie in een Hardy-Weinberg evenwicht.

Echter, geen enkele populatie is de ideale populatie van Hardy-Weinberg. De factoren die het evenwicht verstoren zijn als volgt: meestal is er geen sprake van random paring, er zijn mutaties, evolutionaire selectie, de populatie kan te klein zijn en individuen uit de populatie migreren. Dit zijn verstorende factoren voor het Hardy-Weinberg evenwicht.

Random paring betekent dat de paringspartner gekozen wordt zonder te letten op het genotype. In de praktijk is er wel sprake van het kiezen van een partner, op basis van genotype. Associërende paring is wanneer mensen een partner kiezen die lijkt op zichzelf (lengte, intelligentie). Consanguiniteit is wanneer de partner familie is (ten minste één gezamenlijke voorouder, niet verder dan over-over-grootouder).

In de praktijk komen mutaties overal in het genoom voor, met verschillende snelheden. De mutaties zijn vaak wel van het type dat zorgt voor verminderde fitheid, dus de mutaties worden snel weer weggeselecteerd. Een mutatie kan echter ook zorgen voor verbeterde fitheid, waardoor er dus selectie is in het voordeel van de mutatie.

In een kleine populatie worden minder kinderen geboren, waardoor er een kans is dat er relatief meer kinderen worden geboren met een bepaald genotype. Dit principe heet random genetic drift. Het kan dan ook voorkomen dat één allel voorgoed verloren gaat en het andere allel gefixeerd wordt. Migratie zorgt ook dat er nieuwe allelen in een populatie geïntroduceerd worden. Hierdoor verandert het genotype en de relatieve frequentie van de allelen. Dit heet gene flow.

Om te bepalen of een populatie in het Hardy-Weinberg evenwicht is, kunnen de relatieve allelfrequenties worden uitgerekend. Vervolgens worden deze vergeleken met allelfrequenties zoals die zouden zijn in het Hardy-Weinberg evenwicht. Als hetzelfde getal uit deze berekeningen komt, is de populatie in het Hardy-Weinberg evenwicht.

Het Hardy-Weinberg evenwicht kan erg handig zijn in het bepalen van de frequenties van dragers van een bepaalde recessieve aandoening. Wanneer de incidentie bekend is, kan door middel van algebraïsche berekeningen de frequentie van dragers berekend worden. Hetzelfde kan gedaan worden voor recessieve X-gebonden aandoeningen.

De snelheid van mutatie kan bepaald worden bij autosomaal dominante aandoeningen. Dit kan geschieden door het tellen van het aantal aangedane kinderen dat geboren wordt per (bijvoorbeeld) 100.000. Wanneer er 15 kinderen worden geboren met de aandoening, waarvan er 5 een ouder hebben met de aandoening, hebben 10 kinderen dus een nieuwe mutatie. Er zijn dan 200.000 genen geërfd door alle kinderen bij elkaar, waardoor er dus een mutatie snelheid is van 1 per 20.000 gameten per generatie.

De praktische waarde van de mutatiesnelheden zit in een aantal factoren. Bij een snelle mutatiesnelheid zal het gen waarschijnlijk groot zijn. Ook kan het gen veel repeats bevatten. Ook kan door verbetering van behandelingen de incidentie van het gen verhoogd worden, omdat zieke mensen dan (meer) kinderen kunnen krijgen.

Hoe kan het nu dat sommige genetische aandoeningen vaker voorkomen dan andere? Niet alleen de mutatiesnelheid is hierbij betrokken. Kleine populaties kunnen te maken hebben met het “founder effect”. Eén voorouder heeft veel nakomelingen gekregen en zo is het defecte gen vaak doorgegeven.

Een autosomaal recessieve aandoening die relatief vaak voorkomt in een grote populatie, komt waarschijnlijk zo vaak voor doordat de heterozygoten een verhoogde fitheid hebben. Een voorbeeld hiervan is sikkelcelziekte, waarbij heterozygoten beter resistent zijn tegen malaria. Aangezien de heterozygote variant dus een overlevingsvoordeel oplevert, komt deze vaak voor in gebieden waar malaria voorkomt. Ook is er het principe van meiotic drive. Dit is wanneer een gemuteerd allel bij voorkeur wordt overgeërfd tijdens de meiose. Polymorfisme is het voorkomen van meer dan twee allelen van een gen.

Segregatie

Segregatie analyse is het bestuderen van de manier waarop een genetische aandoening wordt doorgegeven in een familie. Hierbij wordt de overervingsmanier bepaald (autosomaal dominant, recessief, etc.). Het onderzoeken van een autosomaal dominante aandoening is door middel van het vergelijken van het aantal aangedane kinderen ten opzichte van de aangedane ouders. Het onderzoeken van autosomaal recessieve aandoeningen is ietwat lastiger, omdat heterozygote dragers niet altijd aangedane kinderen hoeven te krijgen, of andersom juist wel steeds aangedane kinderen krijgen. Een autosomaal recessieve aandoening kan bijna alleen maar met moleculaire of biochemische markers worden bevestigd.

Sommige genen erven samen over

Genen kunnen samen overerven, omdat ze vlakbij elkaar op hetzelfde gen liggen. Deze genen zijn “linked”. De linkage phase is de locatie waar twee gelinkte allelen liggen. Wanneer ze op hetzelfde chromosoom liggen, zijn ze ge‘coupled’ en wanneer ze op homologe chromosomen liggen, zijn ze ‘in repulsion’.

De recombinatie fractie is de afstand tussen twee loci. Dit geeft de waarschijnlijkheid aan dat er een cross-over kan plaatsvinden. De recombinatie fractie geeft de fysieke afstand in baseparen weer. Centimorgans is een maat voor de linkage afstand tussen twee loci. 1 centimorgan geeft 1 cross-over in elke 100 meioses. 1 centimorgan is ongeveer 10⁶ base paren. Sommige plaatsen in het genoom hebben meer kans op recombinatie. Zo komen recombinaties bijvoorbeeld vaker voor rondom de telomeren en minder vaak rondom de centromeren.

Een manier om de ziekteverwekkende allel locus te bepalen op een specifiek chromosoom is multi-point linkage. Er wordt een aantal polymorfe markers gebruikt die rond de ziekte veroorzakende regio gaan zitten. Hierdoor kan de positie van het ziekmakende allel ongeveer bepaald worden. Door middel van een computerprogramma wordt de waarschijnlijkheid bepaald dat het allel op die locatie zit. Na multi-point linkage kan door middel van hele specifieke methoden het allel precies aangewezen worden.

Autozygosity mapping kan worden toegepast in families waarbij mensen zeer veel binnen de familie getrouwd zijn. Wanneer er twee of meer kinderen geboren worden met een zeer zeldzame recessieve aandoening, zijn deze hoogstwaarschijnlijk homozygoot voor de markers in de regio van het zieke allel. Door middel van high polymorphic markers kan de exacte locatie van het zieke allel gevonden worden.

Linkage disequilibrium, of allelic association, is de associatie van twee allelen op gelinkte loci die frequenter zijn dan op basis van toeval zou voorkomen. Hiermee worden voornamelijk ziektes in een populatie onderzocht. Het onderzoek is op basis van een founder allel. De mutatie zit dan in een founder haplotype, wat betekent dat de nakomelingen niet alleen hetzelfde gen hebben geërfd, maar ook de markers die rond het gen zitten (haplotype).

Interventies

Doordat er steeds betere behandelingen zijn, hebben toekomstige generaties steeds meer last van genetische aandoeningen. De algehele ziektedruk op de mens als populatie wordt hierdoor groter. Dit heet dysgenic. Eugenics is de verbetering van een populatie door selectieve paring. Dit komt helaas tegenwoordig ook nog voor bij mensen (Nazi’s). Wanneer mensen met een autosomaal dominante aandoening niet meer zouden voortplanten, zou de ziekte zeer snel verdwijnen. Nieuwe gevallen zouden alleen op basis van nieuwe mutaties zijn. Wanneer mensen met een autosomaal recessieve aandoening niet meer zouden voortplanten, zou dit maar weinig effect hebben. De heterozygoten (dragers) die nog wel zouden voortplanten, zorgen ervoor dat er nog steeds nakomelingen geboren worden met dezelfde recessieve aandoening.

Bij X-gebonden recessieve aandoeningen die geen kans geven op voortplanting in mannen, heeft het alleen effect als de vrouwelijke dragers van de aandoening niet meer voortplanten. De vermindering van de incidentie zou dan 2/3^e zijn.

Hardy-Weinberg principe

In een grote, willekeurig voortplantende populatie waar geen verstorende invloeden van buitenaf zijn, blijven de relatieve aantallen van verschillende genotypen constant van generatie op generatie. Dit staat bekent als het Hardy-Weinberg principe. Als je een locus hebt met twee mogelijke allelen, A en a, hebben deze als frequentie respectievelijk p en q. Hierbij hoort de volgende tabel:

Dit hoort bij een ideale populatie. Voor sommige menselijke eigenschappen, zoals genen van bloedgroepen, kan Hardy-Weinberg worden toegepast. Een aantal factoren die ervoor zorgen dat de Hardy-Weinbergregel niet op gaat zijn:

• onwillekeurige partnerkeuze

• mutatie

• selectie

• kleine populatie

• gene flow (migratie)

Mensen zijn geneigd om een partner uit te zoeken met vergelijkbare eigenschappen zoals lengte en ras. Dit heet assortative paring en kan ervoor zorgen dat bepaalde eigenschappen vaker in de populatie voorkomen.

Wijdverspreid bloedverwantschap in een gemeenschap (voortplanting van twee mensen met een gemeenschappelijke voorouder) leidt tot een relatieve toename van de frequentie van aangedane homozygoten en een afname van heterozygoten.

Bij X-linked recessieve aandoeningen is de frequentie van aangedane mannen gelijk aan de frequentie van het mutante allel (q). Aangedane vrouwen zijn dan gelijk aan q2 en vrouwelijke dragers aan 2pq.

Enkele formules die bij dit principe gebruikt worden zijn:

p + q = 1

p2 + 2pq + q2 = 1

Als de incidentie van een autosomaal recessieve aandoening bekend is, kan daarmee de dragerschapsfrequentie worden uitgerekend.

Een voorbeeld:

De incidentie van een recessief allel is 1/10.000, dus q2 is 1/10.000.

q is dan de wortel van q2, dus 1/100.

p + q = 1, dus p is in dit geval 99/100.

Dragers hebben als genotype 2pq, dus 2 x 1/100 x 99/100.

In deze populatie is dus ongeveer 1 op de 50 mensen drager van dit allel.

Wat ligt ten grondslag aan polygenische en multifactoriële overerving? - Chapter 9

Inleiding

Vele aandoeningen erven niet over volgens de wetten van Mendel. Deze aandoeningen hebben waarschijnlijk verschillende factoren die bijdragen aan de tot standkoming van de ziekte. Ze heten daarom ook wel multifactorieel. Er wordt er vanuit gegaan dat omgevingsfactoren, tezamen met vele genen een kwetsbaarheid veroorzaken die normaal verdeeld is in de omgeving. Er is dus ook sprake van een polygene oorzaak (meerdere genen spelen een rol).

Mensen verschillen gemiddeld 0,1% van andere mensen op de wereld. Deze 0,1% maakt dat de ene persoon kwetsbaarder voor ziekte is dan de andere. Door het gebruik van SNPs (single-nucleotide polymorphisms) om de verschillende genen die bijdragen aan ziekte te onderzoeken, zijn nu vele loci aangewezen.

Polygene overerving

Polygene overerving is het erven van vele verschillende genen op verschillende loci die allemaal een klein beetje bijdragen aan het ontstaan van de ziekte. Er is dus sprake van accumulatie. Verschillende kenmerken van mensen vertonen een distributie in de algemene populatie die lijkt op een normale verdeling. Door middel van een berekening kan aangetoond worden dat de normaal verdeling veroorzaakt wordt door polygeniciteit. Correlatie ondersteunt de theorie ook.

In de praktijk blijkt echter dat omgevingsfactoren ook invloed hebben op verschillende kenmerken. Ook kan het zijn dat bepaalde genen een dominant effect hebben. Dit is te zien aan het feit dat nakomelingen van ouders die in de extremen zitten, een regressie naar het gemiddelde laten zien.

Het liability en threshold model

Liability is een enkele entiteit (gen of omgevingsfactor) die bijdraagt aan een multifactoriële aandoening. Hoe meer liabilities, hoe meer kans er is op de aandoening. Het aantal liabilities moet echter wel boven een grenswaarde (threshold) uitkomen waardoor de aandoening zich uit. De liability kan niet individueel vastgesteld worden, maar wel door middel van de incidentie in een groep en statistiek.

Het Liability/threshold model geeft een simpele uitleg voor wat er gezien wordt bij familiaire overervingen. Dit is dat de meest aangedane patiënt de meeste aangedane familieleden heeft, omdat deze de meeste liabilities hebben. De familieleden die het dichtste bij de aangedane patiënt staan, hebben het grootste risico maar verdere familieleden hebben snel lagere risico’s. Wanneer iemand meerdere familieleden heeft met de aandoening, heeft hij/zij zelf ook een groter risico.

En als laatste, wanneer de aandoening voornamelijk bij mannen voorkomt, heeft een vrouw met de aandoening een grotere kans op kinderen met de aandoening (en andersom), omdat de vrouw zo veel liabilities heeft dat de kinderen ook een groter risico hebben.

Heritability (erfelijkheid)

Heritability is het deel van de etiologie die aan genetische factoren toegeschreven kan worden (dus erfelijkheid). Het is het aandeel van de totale variatie in fenotype bij een aandoening die veroorzaakt wordt door accumulatie van genetische variatie. Wanneer de heritability een grotere waarde heeft, is de rol van genetische factoren dus ook groter (ten opzichte van omgevingsfactoren). De waarde van de heritability wordt bepaald door onderzoek naar familieleden ten opzichte van de normale verdeling. Hoe groot de kans is om de aandoening te krijgen binnen de familie, wordt bepaald door te kijken naar de ratio tussen het risico van broers en zussen en de incidentie in de algemene populatie.

Onderzoeken die genen ontdekken

Er zijn verschillende typen onderzoeken om de liability genen op te kunnen sporen. ‘Linkage analysis’ is goed bruikbaar bij enkele gen aandoeningen, maar lastig bij multifactoriële aandoeningen. Dit komt doordat het wiskundig lastig rekenen is met polygenen. Er kan een analyse uitgevoerd worden van aangedane broers en zussen. Wanneer een bepaald allel wordt gevonden dat vaker voorkomt in zieke kinderen dan per toeval zou kunnen, dan zou dit allel betrokken kunnen zijn bij de ziekte ontwikkeling. Ook kan er fine mapping toegepast worden. Wanneer grofweg de locus op het chromosoom bekend is, kunnen door middel van linkage disequilibrium haplotypes (door middel van SNPs) aangewezen worden. De haplotypes die verdacht zijn, worden gesequenced.

Associatie studies zijn onderzoeken waarbij een allel van aangedane mensen wordt vergeleken met gezonde mensen (case-control study). De sterkte van de associatie wordt bepaald door middel van de odds ratio. De odds ratio geeft aan hoeveel vaker de ziekte voorkomt in mensen met het specifiek onderzochte allel. Wanneer dit significant is, kan het allel ofwel veroorzakend zijn ofwel nabij het ziekteveroorzakende gen liggen.

Er zijn verschillende soorten associatiestudies uitgevoerd of bedacht. Het HapMap project is een catalogus van SNPs die aangeeft welke SNPs op welke aandoeningen kunnen duiden. Om deze catalogus te maken zijn de SNPs van vele verschillende mensen uit verschillende populaties opgespoord. Genoomwijde Associatie studies (GWA) gebruiken het complete genoom in een case control studie in plaats van één allel. Hierdoor zijn vele SNPs gevonden die associaties hebben met bepaalde aandoeningen. Een GWA heeft geen hypothese en uitkomsten geven vaak aanleiding tot nieuwe onderzoeken.

Maar omdat GWA studies zo groot zijn, moest er een nieuwe p-waarde komen om significantie aan te kunnen geven. Deze p-waarde is 5x10^-8. Voor zulke lage p-waarden zijn grote onderzoeksgroepen nodig. De associatiestudies, voornamelijk GWA, zijn erg succesvol maar kunnen nog steeds van maar een klein aantal aandoeningen de heritability (deels) verklaren.

Het duizend genomen project is een project dat van 1000 mensen over de hele wereld het complete genoom in kaart wil brengen. Dit willen ze doen om de variatie tussen mensen goed in kaart (in een catalogus) te kunnen brengen. Allelen die in maar 1% van de bevolking voorkomen kunnen zo aangetoond worden. SNPs en het kopie nummer van polymorfismes (duplicaties en deleties) kunnen ook onderzocht worden.

Multifactoriële overerving

Bij multifactoriële overerving spelen verschillende factoren, zowel in de genen als in de omgeving, een rol in het veroorzaken van aandoeningen. Genen die samen verantwoordelijk zijn voor een bepaalde eigenschap, worden polygenen genoemd. Het gaat dan bijvoorbeeld om bloeddruk of lengte. Bij polygene overerving gaat het om de overerving en expressie van een fenotype dat is vastgelegd door verschillende genen op verschillende loci, die allemaal een eigen bijdrage leveren. Hier dragen alle genen evenveel bij.

Het International HapMap project identificeert SNP (single nucleodite polymorphisms) frequenties en haplotypes (gelinkte SNP frequenties) in verschillende populaties. De HapMap databank wordt steeds uitgebreider, waardoor er meer studie mogelijk is over SNP genotypering. Een SNP is een variatie in het menselijke genoom, deze zorgen voor de variatie tussen de mensen.

Bij een genome-wide association (GWA) studie vergelijken onderzoekers varianten van het gehele genoom in een case control studie. Met deze nieuwe methode zijn er veel verbanden gevonden tussen SNP’s en bepaalde ziektes. Een groot voordeel van de GWA studies is dat ze “hypothese-vrij” zijn, er is van tevoren geen veronderstelling over of de genen bij een bepaalde ziekte betrokken zouden kunnen zijn.

Het Thousand Genomes Project is een nieuw initiatief op grote schaal, met als doel om meer variatie in menselijke genen in kaart te brengen. Hiervoor wordt sequencing gedaan van het genoom van 1000 verschillende mensen van over de hele wereld. Hiermee hoopt men meer inzicht te krijgen in de genen die betrokken zijn bij multifactoriële ziektes.

Wat zijn de genetische aspecten van kanker? - Chapter 14

Inleiding

Alle kankers zijn aandoeningen van somatische cellen, maar sommige worden veroorzaakt door overgeërfde germline mutaties. De risico op kanker wordt bepaald door een combinatie van genetische en omgevingsfactoren. Zo bestaan industriële kankervormen door chemicaliën en kiezen mensen voor een ongezonde levensstijl met roken en alcohol. Mensen met genetisch kortere telomeren hebben meer risico op kanker. De belangrijkste mutaties die kanker veroorzaken zijn die in tumor suppressor genen (TSG), oncogenen en DNA mismatch repair genen. Ook spelen epigenitica een rol. Dit zijn erfelijke factoren die niets met de DNA sequentie te maken hebben.

Verschillende soorten onderzoek dragen bij aan kennis over kankers: epidemiologische, familiaire, tweeling, associatie, biochemische, dierlijke en virale factoren worden onderzocht. Borstkanker is de meest voorkomende kanker bij vrouwen. De incidentie van kanker blijkt te variëren in verschillende populaties blijkt uit epidemiologische studies. Door naar het voorkomen van een kanker in de familie te kijken, kan de erfelijke factor onderzocht worden. Tweelingstudies en muizenstudies bewijzen dat omgevingsfactoren nog meer bepalend zijn dan erfelijke belasting. Uit associatiestudies blijkt dat bloedgroep A extra risico geeft op maagkanker. Sommige biochemische factoren geven een predispositie voor kanker. Uit muizenstudies blijkt dat bepaalde virussen de kans op kanker verhogen, deze bouwen een oncogen in het DNA in of hebben RNA dat de celdeling bevorderd. Retrovirussen hebben maar drie genen nodig (gag: voor antigenen, pol: voor reverse transcriptase en env: voor de envelop eiwitten) maar kunnen ook een vierde, oncogen, hebben voor transformatie.

Oncogenen

Cellulaire oncogenen (ook wel c-onc genoemd) zijn gemuteerde varianten van normale genen, proto-oncogenen genoemd, die een grote rol spelen bij differentiatie en celgroei. Virale oncogenen (v-onc) worden door virussen in de cel gebracht. Waarschijnlijk ontstaan ze door mutaties bij replicatie van virussen. Bij kanker zijn vaak (meerdere) chromosomen aangedaan door translocatie, herrangschikking of inserties en deleties. Hierdoor kan de activiteit of functie van een proto-oncogen worden veranderd. Bij chronische myeloïde leukemie wisselen chromosoom 9 en 22 bijvoorbeeld een deel uit door reciproke translocatie, wat leidt tot een Philadelphia Ph¹ chromosoom waarbij een gefuseerd eiwit (ABL-BCR) ontstaat. Bij Burkitt Lymphoma wisselen 8 en 14 een deel, waardoor de expressie van het MYC-oncogen meer dan vertienvoudigd wordt door de regulatiefactoren van een immuunglobuline.

Proto-oncogenen kunnen ook geactiveerd worden door gen amplificatie, een overlevingsmechanisme waarbij er meerdere kopieën van een gen worden aangemaakt. In 10% van de tumoren zien we deze ‘extra (stukjes) chromosoom’, genaamd double minute chromosomes of homogeneously staining regions. Dit treedt vaak op bij de MYC-familie van genen. Het veranderen van een cel door het toevoegen van nieuw DNA heet transfectie. De oncogeniteit van Ras en KIT wordt geactiveerd door een puntmutatie.

Naast het verlies van de functie van de proto-oncogenen hebben kankercellen vaak ook problemen met de signaal transductie, een pathway wat zorgt dat proliferatie en differentiatie goed verloopt. Proto-oncogenen zijn door de evolutie heen goed in stand gebleven en hebben een functie gekregen. Ze zorgen voor signaal transductie door:

• Fosforylering van serine, threonine en tyrosine, waardoor bijvoorbeeld de kinase activiteit verandert. Dit resulteert in signaaltransductie.

• GTPase waardoor de GDP-GTP cyclus en de Ras eiwitten aangezet worden.

• Eiwitten in de nucleus die de celcyclus, DNA replicatie en gen-expressie regelen.

Typen oncogenen

• Groeifactoren: stoffen die de cel van G0 naar de start van de celcyclus brengen, wat leidt tot de groei van de cel. Een voorbeeld hiervan is v-SIS.

• Groeifactorreceptoren: deze receptoren kunnen op de celmembraan of in het cytoplasma liggen en wanneer ze continue op ‘aan’ staan, wordt er aan de controle voorbijgegaan. Een voorbeeld van een gemuteerde tyrosine kinase is ERB-B. Dit komt meestal niet door translocatie maar door een punt-mutatie.

• Intracellulaire signaaltransductie factoren: continue geactiveerde eiwitten met GTPase activiteit (GTP  GDP) of cytoplasmische serine threonine kinases.

• DNA-bindende kerneiwitten: deze beïnvloeden de genexpressie. Voorbeelden zijn FOS, JUN en ERB-A. MYC en MYB vallen hier ook onder, zij brengen de cel van de G1 naar de S fase, waardoor de cel niet in de rustfase komt.

• Celcyclusfactoren: door de remming op de celcyclus weg te nemen, komt de cel in constante proliferatie. Bcl-2 remt apoptose, wat zorgt voor accumulatie van cellen.

Tumor suppressor genen

De functie van TSG is het remmen van ongewenste celproliferatie. Een mutatie bij de TSG zijn de grootste erfelijke veroorzaker van kanker. Als een van de genen nog goed is en tumorvorming nog remt, is deze aandoening recessief. Net als bij de oncogenen is een erfelijke variant niet genoeg om kanker te veroorzaken, er moeten nog omgevingsfactoren bij.

Retinoblastoma is een kinderkanker die door een gemuteerd TSG komt. Bij erfelijke vorm is het vaak bilateraal en niet-erfelijke vorm unilateraal. De two-hit hypothese stelt dat een recessieve kanker het vaakst voorkomt als een allel door een germline mutatie defect is en de ander door een somatische mutatie ook kapot gaat. Bij retinoblastoma gaat het om een deletie in 13q14. Het RB1 gen codeert voor het p110rb eiwit dat de regulatie van de celcylcus remt. Als dit eiwit gedeactiveerd wordt, kan de cel naar de S fase. Dit gebeurt continu bij retinoblastoma, waardoor de cel blijft delen. Bij loss of heterozygosity (LOH) is er maar één (soort) allel. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, o.a. door mitotische misjunctie of deleties.

Gemuteerd p53 is een oncogen dat met RAS samenwerkt. Gezond p53 wordt ook wel de ‘guardian’ van het genoom genoemd, als er teveel mutaties zijn na duplicatie wordt herstel of apoptose ingezet. Dit doet het tussen de G1 en S fase. Gemuteerde p53 is meer stabiel en kan reageren met normaal p53, waardoor het de normale kan inactiveren: het is dus dominant. Het Li-Fraumeni syndroom komt door een erfelijke aandoening van p53. Het veroorzaakt veel verschillende vormen van kanker al op jonge leeftijd. Wanneer een lichaamseigen p53 eiwit is gebonden aan een T antigeen, is het een TP53 tumor suppressor gen. Dit is het gen dat het vaakst gemuteerd is bij kanker, zoals blaaskanker, colonkanker en longkanker.

Epigenetica van kanker

Zowel hypo- als hypermethylatie is een epigenetische factor die kanker kan veroorzaken. Hypomethylatie kan leiden tot loss of imprinting (LOI), waardoor delen van het chromosoom geactiveerd worden die inactief hadden moeten zijn. Hierdoor wordt de expressie van sommige eiwitten hoger dan normaal. Ook wordt het chromosoom instabiel, wat een risicofactor voor kanker is. Als laatste kan LOI ook leiden tot het activeren van een oncogen. De meest voorkomende LOI is die van IGF2, waardoor er teveel insuline-like growth factor wordt geproduceerd. Hypermethylatie geeft risico’s als inactivatie van TSG’s. Hypermethylatie komt het vaakst voor als een C en een G naast elkaar liggen, dit heet een CpG nucleotide eiland. Dit veroorzaakt vaak colonkanker.

Telomeren

Telomeren zijn de uiteindes van chromosomen. De sequentie is telkens hetzelfde en wordt herhaald: TTAGGG (bij mensen). Hier wordt telomerase mee gecodeerd, wat de telomeren verlengd. Bij elke celdeling worden de telomeren korter. Als de telomeren te kort zijn, is het chromosoom niet beschermd bij deling. Veel kankers en verouderingsziekten worden geassocieerd met korte telomeren. Kankers hebben vaak wel veel telomerase, waardoor cellen veel langer door kunnen blijven delen. Hierdoor worden korte telomeren in stand gehouden en blijft deling mogelijk.

Genetica

Één op de veertig van de mensen in de ontwikkelde landen krijgt colon- of darmkanker. De meeste colorectale carcinomen ontwikkelen uit goedaardige adenomen. Kleine poliepen kunnen in 5 tot 10 jaar tot kanker ontwikkelen. Hoe kleiner de poliep, hoe kleiner de kans dat kanker ontwikkelt. Vooral verlies van allelen op chromosoom 5 leidt tot colonkanker. LOH op 5 en 18 samen met RAS en P53 mutaties zorgen dat een benigne adenoma tot carcinoma ontwikkelt. 1% van de mensen met colonkanker heeft de autosomale dominante ziekte Familiale Adenomateuze Polypose (FAP). Hierdoor krijg je grote poliepen op de darm met 90% kans op darmkanker. Een deletie van 5q21 zorgt voor een verband tussen FAP en DNA markers. Meestal komt dit door LOH.

Bij veel colorectale carcinomen is een deel van chromosoom 18 verloren gegaan. Dit gen, DCC (Deleted in colorectal cancer), zorgt voor cel-cel en cel-basaal membraan verbindingen. Bij familiaire colorectale kanker zijn er vaak een paar kleine poliepen en zit de kanker vaak rechts. We noemen dit Lynch syndroom of HNPCC (hereditary, non-polyposis colorectal cancer). Bij dit syndroom zijn meer allelen aanwezig dan bij FAP. Dit komt doordat de DNA mismatch genen aangetast zijn en microsatelliet instabiliteit ontstaat. Dit begint als een LOH waarna na een tijdje het tweede allel aangetast wordt. Analyse van tumor DNA of immunohistochemie (IHC) toont of HNPCC-gerelateerde mutaties aanwezig zijn.

Er zijn een aantal polypose syndromen, deze komen niet vaak voor. Hieronder vallen:

• MYH polyposis, gedraagt zich autosomaal negatief, wordt veroorzaakt door mutatie op 1p33, waardoor mismatch repair minder goed werkt.

• Bij Juvenile Polyposis Syndrome, een autosomaal dominante aandoening, is het risico op kanker 13 keer verhoogd. Kanker diagnose gemiddeld na 30 jaar. SMAD4 18q en BMPRIA 10q22 zijn hierbij betrokken.

• Bij Cowden ziekte, of multipele hamartoma syndroom, autosomaal dominant, komt macrocefalie voor. Het verhoogt de kans op borst en thyroïd kanker. Dit komt door mutaties van het PTEN gen op 10q23.

• Bij het Peutz-Jegher Syndroom, autosomaal dominant, geeft donkere melanine vlekjes op de lippen die bij volwassenheid kunnen verdwijnen. Vaak hebben patiënten veel koliekpijnen en verhoogde kans op het jong krijgen van kanker op verschillende plekken. Het komt door een mutatie STK11 op 19p.

Borstkanker

Één op de twaalf vrouwen in het westen krijgt borstkanker, meestal tussen de 40 en 55 jaar oud. 1/3 van de zieke vrouwen krijgt ook metastasen. 1/5 heeft het in de familie zitten. Dan komt het vaak vroeg, bilateraal en in combinatie met ovariumkanker tot uiting. Ook het voorkomen bij nauw verwante familie is hiervoor een aanwijzing.

Er zijn heel veel oncogenen betrokken en LOH. De genen BRCA1 op chromosoom 17 en BRCA2 op 13 zijn oncogenen die dominant zijn voor borstkanker. Bij het BRCA1 gen is er 60-85% kans om borstkanker te ontwikkelen. Ook kan het zorgen voor het ontwikkelen van ovarium- en prostaatkanker. Bij BRCA2 is dit verband minder duidelijk maar wel aanwezig. Bij mannen met BRCA2 is de kans op borstkanker 6%.

Ovariumcarcinoom

Één op de zeventig vrouwen ontwikkelt ovariumcarcinoom, de kans neemt met de leeftijd toe. Meestal ontstaat de kanker in het epitheel. Vaak is het een LOH op 11q25. 5% van de vrouwen met ovariumcarcinoom heeft het in de familie en bij slechts 1% is door een dominante aandoening, meestal komt het door één gen mutatie. Vaak zijn BRCA1 en BRCA2 aangedaan, maar soms ook de genen betrokken bij het HPNCC/Lynch Syndroom.

Prostaatkanker

Na borstkanker is prostaatkanker de meest voorkomende vorm van kanker. Mannen hebben een kans van 10% om het te krijgen en 3% om eraan te sterven. LOH’s van genen op verschillende chromosomen kunnen het veroorzaken, één enkele dominante locus kan al genoeg zijn om prostaatkanker te doen ontstaan. HPC1 en HPC2 zijn de genen voor erfelijke prostaatkanker, maar er zijn veel meer genen die aangedaan kunnen zijn. Ook BRCA1 en BRCA2 kunnen prostaatkanker veroorzaken. De meeste niet-familiaire prostaatkankers ontstaan na het 65^ste levensjaar.

Genetic counseling

Vaak is de familiegeschiedenis erg belangrijk bij kanker. Sommige families hebben een ‘familiair cancer-disproposing’ syndroom, bijvoorbeeld het Li-Fraumeni syndroom. Daaraan moet worden gedacht bij het op jonge leeftijd optreden van kanker of wanneer kanker in meerdere organen ontstaat. Bij 50% van de zeldzame kankers is er een gemuteerd gen overgeërfd. Een aantal recessieve ziektes verhoogt ook de kans op kanker omdat ze zorgen voor chromosoom instabiliteit en zelfs chromosoom breking.

Niet alleen de cancer-predisposing syndromen geven aan dat een individu risico loopt door zijn familie, er zijn veel factoren die meespelen. Hieronder valt het aantal mensen met kanker in de familie, hoe dicht deze bij het individu staan en hoe oud ze waren toen de kanker ontstond. Vaak zijn er niet veel mensen met (dezelfde) kanker in de familie en is het maar de vraag of het in dit geval door erfelijke factoren is ontstaan. In zo’n geval kan men zich beroepen op epidemiologische tabellen, waar de waarschijnlijkheid van de erfelijkheid van kankers staat beschreven. Een voorbeeld hiervan is het Manchester Scoring System voor BRCA1 en BRCA2.

Het grootste doel bij familiaire kanker is de kanker vroeg te ontdekken of zelfs te voorkomen. Dit kan betekenen dat een individu een levenslang dieet, medicijnkuur of screening krijgt. Screening wordt vooral gedaan bij mensen met een familiair risico en bestaat uit allerlei diagnostische testen. Deze testen zijn specifiek voor het soort kanker waarvoor het risico vergroot is: zo wordt bij verdenking van FAP gelet op CHRPE’s (Congenital Hypertrophy of the Retinal Pigment Epithelium).

Door de ontwikkelingen op het gebied van genen en het onderzoeken van het genotype van patiënten, kan er bij bepaalde bijbehorende fenotypes ook al een sterke verdenking op kanker ontstaan. Hoe meer bekend wordt over genen, hoe meer DNA-testen er gedaan zullen worden. Omdat maar een klein deel van de kankers via Mendeliaanse overerving werkt, werkt genetische screening maar bij een klein deel van alle kankers. Toch is screening vaak kosten effectief, waardoor vrouwen in veel landen op BRCA1, BRCA2 en P53 worden getest en families met colorectale kanker ook regelmatig gescreend worden. Bij cancer-predisposing syndromes is de aandoening vaak dominant, waardoor heterozygoten bijna 100% zekerheid hebben dat ze de aandoening ontwikkelen. Daarom worden deze individuen heel vaak gescreend.

Voor- en nadelen van screenen

Ondanks dat veel mensen erg enthousiast zijn over screenen moet er goed gekeken worden naar wat het kost en wat het oplevert. Zo kost screenen van de meest voorkomende kankers veel energie van zowel patiënt als arts. Wie moet er eigenlijk gescreend worden? Bij zeldzame familiaire ziektes is dat makkelijk te bepalen, maar bij complexere varianten van kanker, zoals retinoblastoma, niet.

De leeftijd waarop gescreend moet worden verschilt per kankervorm. Vaak begint de screening 5 jaar voor de leeftijd waarop het jongste familielid kanker kreeg. Bij kankervormen die al in de kindertijd voorkomen, zoals retinoblastoma, begint de screening postnataal. Bij risico op colonkanker is de screening eens in de 5 jaar, de frequentie neemt toe als er een poliep wordt gevonden. Vanaf een leeftijd van 35 krijgen vrouwen jaarlijks mammografie. Vaak is het moeilijk om te bepalen wat precies bekeken moet worden, omdat niet alle kankervormen makkelijk te screenen zijn.

Screenen op veelvoorkomende kankers

Colorectale kanker is het best te screenen. Hiervoor wordt colonoscopie aangeraden, maar hiervoor is een getrainde arts nodig en is er kans op morbiditeit. Om deze reden zijn er drie criteria, de Amsterdam criteria, bedacht: ten minste 3 familieleden met de aandoening, in minstens 2 opvolgende generaties, bij tenminste één iemand voor de leeftijd van 50.

Bij vrouwen is er vaak kans dat de borstkanker tussen de screeningprocedures in ontwikkeld, dit kan liggen aan het feit dat premenopausaal weefsel minder goed gescreend kan worden dan postmenopausaal weefsel. Ook is het mogelijk dat de radiatie van de screening tot kanker kan leiden, dit risico bestaat voornamelijk bij vrouwen die al op jonge leeftijd gescreend worden. Vaak neemt men dit risico voor lief. Voor de leeftijd van 35 wordt nauwelijks gescreend omdat de resultaten dan nog niet goed te interpreteren zijn.

Ovariumcarcinomen beginnen vaak asymptomatisch. Vroege diagnose kan levens redden maar is moeilijk omdat de plaats van de ovaria moeilijk te screenen is. Ultrasonografie en Doppler kleuring werken het beste. Bij hoge verdenking kan ook laparoscopie worden toegepast. Ook kan gescreend worden op CA125, een glycoproteïne die vaak verhoogd is bij ovariumcarcinoom, maar ook bij andere ziekten. Vaak worden de ovaria profylactisch verwijderd als de vrouw geen kinderen meer wilt.

De behandeling

Er zijn meerdere manieren om kanker te voorkomen. Bij mensen met familiaire cancer-predisposing syndrome wordt vaak voor profylactisch opereren gekozen. Het verwijderen van de baarmoeder, mastectomie, geeft wel weer verhoogd risico op borstkanker. Bij risico op darmkanker wordt een levenslang dieet voorgeschreven. Bij overerfelijke varianten van kanker moet ook over de kinderwens van de patiënt worden nagedacht.

Wat zijn congenitale afwijkingen en soorten syndromen? - Chapter 16

De morfogenese is een zeer ingewikkeld proces, waar makkelijk het één en ander fout kan gaan. Daardoor ontstaan verschillende congenitale afwijkingen en dysmorfologe syndromen.

Incidentie

50% van de concepties gaat verloren, vlak na de bevruchting. 15% van de bekende zwangerschappen wordt een miskraam voor 12 weken. Deze miskramen ontstaan voornamelijk door grote structurele abnormaliteiten of chromosoomabnormaliteiten. De perinatale sterfte wordt gevormd door kinderen die na 28 weken doodgeboren worden of overlijden in de eerste week na de geboorte. Ook dit komt vaak door structurele abnormaliteiten die vaak een genetische oorzaak hebben. 25% van de kinderen die overlijden in de kindertijd, overlijden door een congenitale abnormaliteit. Bij pasgeboren kinderen kan er sprake zijn van kleine en grote abnormaliteiten. Grote abnormaliteiten hebben altijd een effect op de functie en/of sociale acceptatie van het kind. Kleine abnormaliteiten hebben geen medische of cosmetische behandeling nodig. 2-3% van alle pasgeborenen heeft bij de geboorte een grote abnormaliteit. 10% van alle pasgeborenen heeft bij de geboorte een kleine abnormaliteit.

Definities van aangeboren afwijkingen

Er zijn talloze soorten abnormaliteiten. Deze zijn onder te verdelen in enkele abnormaliteiten en multipele abnormaliteiten.

Soorten van enkele abnormaliteiten

Malformaties zijn primaire structurele defecten van een (deel van een) orgaan. Deze ontstaan door defecten tijdens de ontwikkeling. Vaak ontstaan deze malformaties door multifactoriële overerving. Wanneer er echter meerdere malformaties tegelijk zijn, duidt dit op chromosomale abnormaliteiten of enkele gen mutaties. Disrupties zijn abnormaliteiten van een orgaan door een externe factor. Dit is een secundaire malformatie. Deformaties zijn defecten die ontstaan zijn door een abnormale mechanische kracht van buitenaf. Deze zijn goed te behandelen, omdat het orgaan wel normaal is in zijn structuur. Dysplasie is een abnormale organisatie van cellen in een weefsel. Voorbeelden zijn ectodermale dysplasie die haren en tanden en dergelijke aantasten. Deze ontstaan door enkele gen defecten.

Soorten van multiple abnormaliteiten

“Sequence” is een principe waarbij één enkele factor resulteert de malformatie van één orgaan. Deze factor zorgt voor een cascade aan oorzaken die uiteindelijk de malformatie veroorzaakt. Een voorbeeld hiervan is de Potter-cascade. Een syndroom is een patroon van abnormaliteiten met één onderliggende oorzaak. Deze oorzaak kan een chromosomaal- of enkel gen defect zijn. De studie van de vele syndromen heet dysmorfologie. Associatie is wanneer een aantal malformaties vaker samen voorkomen dan verwacht zou worden op basis van toeval. De onderliggende oorzaak kan echter niet gevonden worden. Er wordt gedacht dat deze over het algemeen niet genetisch zijn.

Genetische oorzaken

Er zijn veel genetische oorzaken aan te wijzen voor congenitale afwijkingen. Dit kunnen als volgt zijn: chromosomale aandoeningen, enkele gen defecten, multifactoriële defecten en genetische heterogeniteit. Chromosomale aandoeningen zijn vaak autosomale disbalans, dus duplicaties, inserties of deleties, ongebalanceerde translocaties, trisomie of monosomie. Dit kan leiden tot miskramen door structurele abnormaliteiten en syndromen. Enkele gen defecten zijn zeer divers. Ze kunnen één enkel orgaan aantasten of meerdere syndromen veroorzaken. Verschillende mutaties kunnen dezelfde abnormaliteiten veroorzaken. Wanneer bekend is wat voor soort mutatie de aandoening heeft veroorzaakt, kan dit de consequenties voor de familie opleveren.

Het Noonan syndroom wordt veroorzaakt door verschillende mutaties. Aangedane mensen zijn klein, hebben ‘webbing’ van de nek, een vergrote ellebooghoek, congenitale hartafwijkingen, stenose van de truncus pulmonalis, atriumseptum defect, ventrikelseptum defect en hypertrofische cardiomyopathie. In het gezicht zijn hypertelorisme, down-slanting van de ogen en laagstaande oren te zien.

Het Sotos syndroom ontstaat door gebalanceerde chromosoom translocaties of door een deletie. Deze zijn vaak de novo. Kinderen met het Sotos syndroom worden groot geboren en hebben macrocephalie. Ze zijn altijd groter dan andere kinderen maar in de volwassenheid zijn ze niet veel groter dan andere volwassenen. Ze hebben een grotere botleeftijd en grote handen en voeten. De ventrikels kunnen iets groter zijn. Er is motorische achterstand en ataxie. In het gezicht is er sprake van een hoog, prominent voorhoofd, hypertelorisme met down-slanting, een karakteristieke neus en een lange, puntige kin.

De meeste congenitale afwijkingen erven multifactorieel over. Door middel van grote epidemiologische onderzoeken zijn risicocijfers ontwikkeld, die kunnen helpen om ouders te informeren over de kans op een tweede aangedane kind. Sommige aandoeningen kunnen worden veroorzaakt door verschillende onderliggende oorzaken. Dit wordt genetische heterogeniteit genoemd. Holoprosencephalie en neurale buisdefect zijn hier twee voorbeelden van. Holoprosencephalie is een afwijking waarbij de processen die de hersenen vormen, niet goed uitgevoerd worden. Oorzaken zijn chromosomaal, syndromaal of geïsoleerd. Neurale buisdefecten kunnen worden veroorzaakt door chromosomale afwijkingen, syndromen en tekort aan foliumzuur of het innemen van bepaalde medicijnen (anti-epileptica).

Teratogenen

Een teratogeen is een “agent” die kan interfereren met de normale ontwikkeling van een foetus of embryo. Hierdoor veroorzaakt het een congenitale afwijking. Voor een zwangere vrouw een nieuw medicijn mag nemen wordt het uitvoerig bestudeerd. Vaak hangt de toxiciteit af van de dosis en het moment in de zwangerschap waarop het medicijn wordt toegediend.

Verschillende medicijnen en chemicaliën zijn teratogeen. Sommige medicijnen zijn nog controversieel. Ook bepaalde chemicaliën (kwik) zijn schadelijk voor kinderen. Thalidomide is een voorbeeld van een medicijn dat aan zwangere vrouwen werd voorgeschreven, maar eigenlijk zeer teratogeen was. Deze kinderen werden kregen phocomelia, dat wil zeggen dat de lange botten in de extremiteiten afwezig waren. Er waren nog een aantal andere afwijkingen. Ook alcohol is teratogeen voor kinderen, zoals te zien is in het foetale alcohol syndroom. Kinderen van moeders die veel alcohol dronken tijdens de zwangerschap, hebben microcephalie, een karakteristiek gezicht, hyperactiviteit, ontwikkelingsachterstanden en ze zijn onhandig.

Maternale infecties met rubella, cytomegalovirus en toxoplasmosis veroorzaken ook congenitale afwijkingen. Deze afwijkingen zijn voornamelijk in de hersenen, ogen en oren gelokaliseerd. Fysieke agentia die bewezen teratogeen zijn, zijn langdurige hyperthermie en ioniserende straling. Ioniserende stralingen kunnen microcephalie en defecten in het oog veroorzaken. Hyperthermie kan microcephalie en microphthalmia veroorzaken. Ook kan het de migratie van neuronale cellen in de weg zitten.

Een moeder die een ziekte heeft, kan ook een kind met congenitale afwijkingen krijgen. De belangrijkste ziektes hierbij zijn diabetes mellitus, phenylketonurie en epilepsie. Diabetes mellitus veroorzaakt hartafwijkingen, neurale buis defecten en holoprosencephalie. Het is vooral gevaarlijk wanneer de glucosewaarden niet onder controle zijn. Een vrouw met phenylketonurie heeft kans op veel phenylalanine. Dit kan bij het kindje mentale retardatie, microcephalie en hartafwijkingen veroorzaken. Bij epilepsie is het voornamelijk de antiepileptica een teratogeen effect hebben. Een scala van congenitale afwijkingen kan hierbij ontstaan, zoals fetal anticonvulsant syndromes (FACS), maar ook leerachterstanden en gedragsproblematiek.

Er zijn nu nog steeds aandoeningen waarvan de oorzaak nog onbekend is. Voorbeelden zijn diafragma herniatie en tracheoesophagale fistula’s. Symmetrische aandoeningen (dus aan beide kanten of alle betrokken delen van het lichaam) zijn vaak genetisch. Asymmetrische aandoeningen zijn voornamelijk niet genetisch.

Wat ligt ten grondslag aan genetische counseling? - Chapter 17

Consanguïniteit

Van consanguïniteit wordt gesproken bij een huwelijk tussen twee mensen die tenminste één gemeenschappelijke voorvader hebben, niet verder weg dan een over-over-grootouder. In sommige delen van de wereld, bijvoorbeeld in Arabische landen en ook in India, zijn dit soort huwelijken veelvoorkomend. Vaak is er wel enig besef van mogelijke nadelen, maar wegen de sociale voordelen veel zwaarder voor deze mensen.

Veel studies laten zien dat er een hogere incidentie is van zowel congenitale aandoeningen als aandoeningen die later optreden bij kinderen van bloedverwanten. Dit komt bijna allemaal voort uit het feit dat een kind een grotere kans heeft op homozygotie voor een autosomaal recessieve stoornis. Bij volle neven en nichten is de kans dat een kind homozygoot zal zijn voor een bepaalde autosomaal recessieve aandoening afkomstig van de grootouders 1 op 32. Daarnaast is er ook nog het standaard risico van 1 op 40 dat een kind een grote congenitale abnormaliteit heeft. Dit geeft een overall risico van 1 op 20 voor kinderen van neven en nichten op een handicap. Voor bloedverwanten die minder nauw verwant zijn, is het risico lager.

Incestueuze relaties zijn relaties tussen eerstegraads bloedverwanten (broer-zus, ouder-kind). Dit is officieel verboden in bijna iedere cultuur. Het risico op kinderen met abnormaliteiten is heel hoog. Minder dan de helft van de kinderen die hieruit voortkomen is gezond.

Mensen die te maken hebben gehad met een serieuze aandoening zullen zich zorgen maken over hun toekomstige kinderen of kleinkinderen. Een consult met deze mensen moet dus erg begripvol en invoelend zijn. Vertrouwen in de arts is erg belangrijk en het gevoel serieus genomen te worden ook. Tegenwoordig worden er dus speciale genetica consulten gehouden door klinisch genetici.

Wat is klinische counseling?

Klinische counseling is een proces van communicatie en educatie over ontwikkeling of erfelijkheid van een aandoening. Iemand die een consult aanvraagt, heet de consultant. De consulent moet ervoor zorgen dat de consultant begrijpt wat de diagnose is, wat de prognose en behandeling inhouden, hoe het patroon van overerving is, de risico’s daarvan en de opties om met de risico’s om te gaan. Bij klinische counseling moet er goede communicatie en goede ondersteuning zijn.

Diagnosticeren

De diagnose is cruciaal in een consult, omdat, wanneer deze incorrect is, er tragische consequenties aan verbonden zijn. Er zijn drie fundamentele stappen nodig om tot de diagnose te komen: anamnese, lichamelijk onderzoek en aanvullend onderzoek. Een complete familieanamnese is zeer belangrijk. Lichamelijk onderzoek kan worden gedaan om te kijken naar afwijkingen die passen bij bepaalde aandoeningen. Aanvullend onderzoek kan worden gedaan op zoek naar DNA of chromosomale afwijkingen en er kan worden doorverwezen naar andere specialisten.

Een diagnose betekent echter niet altijd dat de onderliggende mechanismen meteen kunnen worden vastgesteld. Dit is voornamelijk zo bij etiologisch heterogene aandoeningen die door omgevingsfactoren of door genetische factoren veroorzaakt kunnen worden. Genetische heterogeniteit is wanneer één aandoening door verschillende genen veroorzaakt kan worden.

Risicoschatting

Wanneer de diagnose duidelijk is, kan aan de consultant de risico’s voor zijn toekomstige kind uitgelegd worden. In mendeliaanse overerving is de risicoberekening redelijk eenvoudig, maar bij andere aandoening kan de berekening veel moeilijker zijn. Nog een ander probleem is dat risicoberekeningen erg abstract zijn. Om de risico’s duidelijk uit te kunnen leggen, moet het risico gekwantificeerd, gekwalificeerd en in de context geplaatst worden.

Door een risico te kwantificeren wordt het voor een consultant duidelijk wat voor risico hij/zij heeft. Het is belangrijk om uit te leggen dat de risico’s bij elke zwangerschap gelden, dus bij een risico van 1 op 4 is het zo dat wanneer een ziek kind wordt geboren, dit niet betekent dat de volgende drie kinderen gezond zullen zijn. Ook is het belangrijk dat de consulent de succeskans duidelijk maakt en niet alleen de risico’s benadrukt.

De kwalificatie van het risico geeft voor de consultant de mate aan waarin de aandoening een last zal zijn. Ook of de aandoening goed behandeld kan worden draagt bij aan de kwalificatie. Verder zijn pijn en prenatale diagnose relevant. De context van het risico is ook erg belangrijk. Het maakt het voor de consultanten makkelijker om te bepalen hoe het risico benaderd moet worden.

Praten over de verschillende opties

De consulent moet de consultant alle mogelijke informatie over de diagnose bieden, inclusief de keuzes die de consultant heeft. De consulent moet hierbij echter wel erg voorzichtig te werk gaan. De consultant heeft namelijk allerlei persoonlijke opvattingen, bijvoorbeeld over abortus.

Communicatie

Een consulent moet zeer goed kunnen communiceren. Hij moet bereid zijn om te luisteren, (onderliggende) emoties te op te pikken, en informatie zeer helder en gepast te brengen. Omdat genetische counselingsgesprekken vaak emotioneel zwaar beladen zijn, moet de consulent hier rekening mee houden. De omgeving moet goed zijn en er moet genoeg ruimte zijn om te kunnen praten. Het gesprek moet totaal begrijpelijk zijn voor de consultant en alle vragen moeten eerlijk beantwoord worden. Na het consult wordt vaak nog een brief naar de consultant gestuurd met een samenvatting van alle hoofdpunten erin, zodat de consultant alles goed kan onthouden. Vaak wordt er later ook nog eens contact opgenomen met de consultant. Tegenwoordig worden consultanten ook gewezen op patiëntenverenigingen. Hier kunnen ze hun zorgen kwijt bij mensen die hetzelfde hebben meegemaakt en kunnen ze steun krijgen.

Non-directieve gespreksstijl

Genetische counseling moet zeer non-directief gehouden worden. De consultant moet alle mogelijke informatie tot zijn beschikking hebben, maar moet zelf een mening vormen en een keuze maken. Alleen op die manier kan de consultant een keuze maken waar hij zelf mee kan leven en die hij zelf het liefste wil. Vragen aan de consulent over wat hij zelf in die positie zou doen, mag de consulent rechtstreeks beantwoorden, maar op zo een manier dat de consultant zelf weer aan het denken wordt gezet. Meningen zijn uit den boze.

Een succesvol consult

De definitie van een succesvol consult is er niet in genetische counseling. Het belangrijkste is dat de consultant tevreden is. Er kan onmogelijk een kwantificatie aan gegeven worden. Om toch op een of andere manier de outcome te meten, zijn bedacht: herinnering van de informatie, impact op de reproductieve activiteiten en tevredenheid.

Specifieke problemen van genetische counseling

Er zijn een aantal onderwerpen die de genetische counseling lastiger maken. Dit zijn consanguiniteit, incest, vaderschap en adoptie. Consanguiniteit is wanneer er binnen een familie wordt getrouwd en kinderen worden gemaakt. Incest is tussen eerstegraads familieleden (ouder-kind of broer-zus). Consanguiniteit is tussen iets verdere familieleden, ze moeten één gedeelde voorouder hebben en niet verder dan over-overgrootouder. Bij consanguiniteit is er een verhoogde kans op kinderen met recessieve aandoeningen waardoor er congenitale afwijkingen ontstaan. Wanneer consanguine ouders naar een consult komen, doen ze dit voornamelijk uit bezorgdheid dat het kind een aandoening zal krijgen. Het risico hiervoor is 1 op de 20 kinderen. Ook is er een iets verhoogde kans op een kind met een multifactoriële aandoening.

Er kan sprake zijn van een keuze tot adoptie wanneer ouders een grote kans hebben op een kind met een ernstige aangeboren afwijking. Andersom kan het ook voorkomen dat ouders naar een consulent gaan met de vraag of hun geadopteerde kind een aandoening kan ontwikkelen. Bij deze laatste kwestie wordt er alleen maar getest als er een indicatie bestaat dat het van groot voordeel is voor het kind. Dit is voor een ziekte die zich in de kindertijd ontwikkelt, die alle normale kinderen van die leeftijd zouden kunnen ondergaan, en waarvoor er preventie kan worden toegepast.

Wanneer het niet duidelijk is of de vader ook echt de biologische vader is, kan een klinisch geneticus hier licht op laten schijnen. Door middel van minisatelliet repeat sequence probes en SNPs kan het genoom deels in kaart gebracht worden. Dit kan worden vergeleken tussen vader en kind en er kan bepaald worden, met hele hoge wiskundige waarschijnlijkheid, of de vader ook de biologische vader is.

Wat zijn mogelijke chromosoomafwijkingen & -ziekten? - Chapter 18

Door de ontwikkeling in de technische analyse heeft men bepaalde chromosoomafwijkingen gevonden bij een ziekte of syndroom. Chromosoomafwijkingen veroorzaken vaak problemen voor, tijdens en na de geboorte.

Incidentie van chromosoomafwijkingen

Bij 10% van alle spermatozoa en 25% van alle oöcyten komen chromosoomafwijkingen voor. Er zijn verschillende syndromen te beschrijven:

1. Down Syndroom: dit is een syndroom dat op 3 manieren kan ontstaan. De eerste bestaat uit de vorming van trisomie 21 door non-disjunctie in de maternale meiose I. Een tweede manier is translocatie en de derde via mosaicisme. Via prenatale diagnostiek kan met behulp van een vruchtwaterpunctie of gecultureerde amniotische cellen onderzocht worden of er een afwijking aanwezig is. Kenmerken van mensen met het Down Syndroom zijn als volgt:

• Kleine, lage oren, overfelding helix en afwezige oorlob, sandle gap
• Upslant ogen, epicanthus, lage neusbrug en protusie tong, doorlopende handlijn
• Dun stijl haar, brachycephaal, brushfield spots en niet langer dan 150cm
• 3 meest voorkomende laesies: atrioventriculaire kanaaldefecten, ventriculaire septumdefecten en persisterende ductus arteriosus
• IQ kinderen: 25-75 en IQ volwassenen: 40-45
• Goede sociale skills en vrolijk

2. Patau Syndroom: dit is een syndroom dat trisomie 13 vormt door non-disjunctie in de maternale meiose I.

3. Edwards Syndroom: dit is een syndroom dat trisomie 18 vormt door non-disjunctie in de maternale meiose I. Kenmerken van dit syndroom zijn samengeknepen vuisten en overlappende vingers. Hiernaast komen vaak korte ooglidspleten, misvormde oren en een prominente occiput voor die hiernaast te zien is. Vaak zijn deze kindertjes heel klein en hebben ze zogeheten ‘rocker bottom’ voeten. Hierbij is talus verticaal aangelegd.

4. Triploïdie (69, XXX; 69, XXY; 69, XYY): deze aandoening komt zelden voor bij levende kinderen en wordt vaak gezien in de prenatale diagnostiek. Hierbij zijn er niet 46 chromosomen in een cel, maar 69. Kenmerken van deze aandoening zijn een ernstige intra-uteriene groei-achterstand met preservatie van de hoofdgroei, maar met een kleine romp. Een voorbeeld van triploïdie is ‘hypomelanosis of ito’. Bij deze ziekte vertonen de kinderen een patroon van normaal gepigmenteerde en non-gepigmenteerde streken op de huid. De meeste kinderen hebben leerproblemen en overerving wordt vaak gezien via mosaicisme.

Hieronder een verdere toelichting en aanvulling:

Syndroom van Down (trisomie 21)

Deze chromosomale afwijking heeft een incidentie van ongeveer 1:1000. Er is een sterk verband tussen de incidentie van Down syndroom en de toenemende leeftijd van de moeder. Klinische kenmerken zijn oplopende oogspleten, kleine oren, een uitstekende tong, lage spiertonus en een enkele palmaire plooi. Vaak is er ook sprake van hartafwijkingen. Kinderen met Down syndroom hebben een IQ tussen de 25 en 75. Meestal ontwikkelen ze Alzheimer later in hun leven en hebben een levensverwachting van 50 tot 60 jaar. Down syndroom wordt in 90% van de gevallen veroorzaakt door een non-disjunctie in maternale meiose I. Een andere oorzaak kan zijn een Robertsoniaanse translocatie of mozaïcisme.

Syndroom van Patau (trisomie 13) en Edwards Syndroom (trisomie 18)

Beide hebben een incidentie van ongeveer 1:5000 en de prognose is erg slecht. De meeste gevallen eindigen in een miskraam of de kinderen gaan heel snel dood. Als ze toch langer overleven zijn er zeer ernstige leerproblemen. In 90% van de gevallen is er een hartafwijking. 10% wordt veroorzaakt door mozaïcisme of ongebalanceerde (Robertsoniaanse) translocaties.

Triploïdie

Triploïdie (69,XXX, 69,XXY, 69,XYY) wordt vaak aangetroffen bij miskramen, maar zelden in een levend kind. Zo’n kind heeft altijd ernstige groeiafwijkingen.

Syndroom van Klinefelter (47,XXY)

Dit syndroom, alleen voorkomend bij mannen, heeft een incidentie van 1:1000. Er is sprake van een extra X-chromosoom. Dit kan gepaard gaan met leerproblemen. Het IQ is vaak 10 tot 20 punten lager dan dat van broers en zussen. De mannen zijn meestal lang, met lange ledematen, kleine testikels en altijd onvruchtbaar.

Syndroom van Turner (45, X)

Hierbij is er maar één X-chromosoom. De incidentie (alleen bij vrouwen) is laag, geschat wordt tussen de 1:5000 en 1:10000. Aan baby’s met het syndroom van Turner is vaak weinig afwijkends te zien. De twee belangrijkst medische problemen zijn een kleine gestalte en onvruchtbaarheid. 80% wordt veroorzaakt door het missen van een geslachtschromosoom bij de paternale meiose. Mozaïcisme kan fertiliteit en een mannelijk fenotype mogelijk maken.

Triple-X syndroom (47, XXX)

Vrouwen met een extra X-chromosoom hebben geen afwijkend uiterlijk, maar wel vaak leerproblemen en opstandig gedrag. Fertiliteit is meestal normaal. 95% van de gevallen wordt veroorzaakt door een non-disjunctie in meiose-I. De incidentie is 1:1000.

XYY-mannen

De incidentie is ook 1:1000. Dit karyotype wordt in verband gebracht met leerproblemen en heel soms ook met antisociaal, crimineel gedrag. Fertiliteit is normaal. Meestal zijn ze langer dan gemiddeld. Het extra Y-chromosoom ontstaat als gevolg van een nondisjunctie in de paternale meiose-II of als een nondisjunctie in de mitose van de zygote (dan ontstaat er een mozaïek).

Aandoeningen van de geslachtschromosomen

Naast de autosomaal trisomale syndromen zijn er ook aandoeningen van de geslachtschromosomen. Aandoeningen die hierbij horen zijn:

• Klinefelter Syndroom (47, XXY): bij dit syndroom is er een X-gerelateerde overerving waardoor alleen mannen dit syndroom kunnen krijgen. Er is een even grote kans dat de X overgeërfd kan worden van de moeder als van de vader. Mannen met dit syndroom bezitten de volgende kenmerken:

• Milde leerproblemen, klunzigheid en verlaagde verbale vaardigheden

• Volwassenen zijn langer dan normaal door hun lange ledematen.

• 30% van de mannen heeft gynaecomastie met vrouwelijke vetverdeling en lichaamsbeharing. Hiernaast zijn ze 100% onvruchtbaar (met behulp van testosteron kunnen er wel mannelijke karakteristieken worden ontwikkeld). Men heeft ook een kleine penis en testikels.

• Verhoogde kans op zweren op het been, osteoporose en carcinomen in de borst.

• Turner syndroom (45,X): Dit syndroom komt bij vrouwen voor die maar één X-chromosoom hebben. Het Barr-lichaampje is hierbij afwezig. Het kan al gedetecteerd worden in het tweede trimester met behulp van ultrasonografie. Hiermee kan er oedeem of zwelling in de nek worden ontdekt (’webbing of the neck’). De oorzaak is in 80% van de gevallen gelegen in een verlies van X bij paternale meiose. Kenmerken van dit syndroom zijn:

• Lage posterieure haarlijn, korte metacarpale botten, breed gespreide tepels

• Korte lengte, falen van de ovaria. Zonder groeihormoon worden deze patiënten niet langer dan 145 cm.

• Fragiele X-syndroom: dit is een chromosomale aandoening die X-gebonden overerft. Hierbij zijn dus voornamelijk mannen aangedaan. Belangrijke kenmerken zijn (zie afbeelding hiernaast):

• Hoog voorhoofd, lange oren, lang gezicht en aanwezige kaak

• Bindweefsel zwakheid

• Matig tot ernstige leerproblemen met autistische karakteristieken en hyperactief gedrag

• 50% van de vrouwen met een volle mutatie vertonen milde leerproblemen.

De fragiele X Locus wordt FRAXA genoemd en de mutatie (vermeerdering) bevindt zich op de ‘5 ongetransleerde regio van het fragiele X leerprobleem gen, FMR-1 gen. Het bevat een lange reeks van herhalingen van het codon CGG. Tussen de 59 en 200 kopieën wordt als instabiel gezien en is daarmee een premutatie. Tussen de 51 en 58 worden de allelen intermediair genoemd en onder de 50 kopieën is het een normaal aantal. Boven de 200 is er sprake van een dusdanige mutatie dat er gesproken kan worden van het fragiele X-syndroom. Wanneer er sprake is van een premutatie is er een kans op ontwikkeling van FXTAS, of ook wel fragiel X tremor/ataxia syndroom. Een volle mutatie onderdrukt de transcriptie van het FMR-1 gen door hypermethylatie, wat de reden kan zijn voor de klinische verschijnselen. Het FMR-1 gen bevat 17 exonen die een rol spelen bij de ontwikkeling en functies van cerebrale neuronen.

Chromosoom deletie en microdeletie syndromen

Verschillende syndromen worden veroorzaakt door (sub)microdeleties. Sommige deleties leiden tot continue gen-syndromen, waarbij een paar genen maar verloren gaan. Bekende deletiesyndromen zullen hieronder besproken worden:

1. Wilms’ tumor: dit is een weinig voorkomende embryonale tumor in de nier, die gepaard kan gaan met groeiretardatie en ontwikkelingsretardatie. Er is vaak een deletie van 11p13 waarbij er verlies is van het WT1-gen. Hierdoor kan de tumor ontstaan. Het kan alleen geanalyseerd worden met FISH (fluorescent in situ hybridisatie) en niet met microarray CGH.

2. Het syndroom van Angelman en het syndroom van Prader-Willi: beide syndromen vertonen verschillende kenmerken. Kenmerken van kinderen met Angelman zijn een ongepaste lach, ataxie en ernstige leerproblemen. Kinderen met Prader-Willi zijn hypotoon en ontwikkelen later vaak obesitas. Hiernaast hebben ze vaak milde leerproblemen. Bij de meeste kinderen is er sprake van een deletie op 15q11-13. Het kan ook ontstaan door imprinting en uniparentale disomie. Paternale overerving is aanwezig bij Angelman en maternale overerving bij Prader-Willi. Wanneer er echter een deletie op de maternale 15 chromosoom ontstaat, krijgt het kind het syndroom van Angelman.

3. DiGeorge Syndroom: hierbij is er sprake van een 3 MB microdeletie van chromosoom 22 (22q11.2). Deze deletie komt het vaakst voor. Het wordt in sommige families overgeërfd via autosomaal dominante overerving. De 3 MB deletie kan optreden omdat het tussen 2 identieke DNA sequenties ligt, ook wel LCR’s, lowcopy repeats, genoemd. Bij recombinatie tussen deze gebieden kan er een deletie plaatsvinden. Dit komt na het in de war raken bij de meiose, waarbij de downstream DNA sequentie in één lijn gaat liggen met de upstream variant. Het kan worden bepaald met micro-array CGH. Kenmerken zijn van het DiGeorge syndroom zijn als volgt:

• Korte lengte, groeihormoondeficiëntie
• Hartmalformatie (voornamelijk in het uitstroomgebied), palatoschisis en typische gezichtskenmerken
• Milde leerproblemen.
• Williams Syndroom: hierbij is er sprake van een microdeletie op 7q11 en het kan bepaald worden met behulp van FISH. Kenmerken van dit syndroom zijn:
• Periorbitale vulling, blauwe ogen, stervormige iris
• Lang filtrum, hangwangen, dikke lippen, lage neusbrug
• Afhangende schouders, vrolijk, ondernemend en sensitief
• Hypocalciëmie, stenose van de truncus pulmonalis en supravalvulaire aortastenose komen vaak voor. Dit laatste wordt veroorzaakt door verlies van een van de genen voor elastine in 7q11.
• Smith Magenis Syndroom: bij dit syndroom is er sprake van een 17p11.2 microdeletie. Hierbij is er ook sprake van recombinatie van LCR’s. Kenmerken van dit syndroom zijn:
• Enige leerproblemen, verstoord slaappatroon (vermindert door melatonine)
• Zelf-knuffelend gedrag en beschadiging, kort filtrum.
• Scoliose, gehoorproblemen en hartziekten kunnen voorkomen.

Er zijn nog een paar deletiesyndromen als 1p36 en 9q34 syndroom die relatief nieuw zijn en niet verder besproken zullen worden.

Aandoeningen van de seksuele differentiatie

Tussen de 6e en 14e week van de embryonale ontwikkeling vinden er complexe processen plaats waardoor het niet verassend is dat er problemen kunnen optreden.

Waar hemafroditisme

Bij deze ‘ziekte’ bevat iemand zowel testiculair als ovarieel weefsel. Er kan hierdoor een mix ontstaan van ovarieel en testiculair weefsel in de gonaden. Dit wordt ook wel ovotestis genoemd. De meeste patiënten hebben een 46, XX karyotype. Het X-chromosoom( paternale) bevat DNA sequenties van de Y door onwettige kruising tussen de X en Y tijdens meiose I.

Mannelijk pseudohemafroditisme

Bij deze ziekte is er alleen weefsel aanwezig van één sekse. Een man kan hierbij 46, XY karyotype bezitten met tweeledige of vrouwelijke genitaliën. De grootste oorzaak is insensitiviteit voor androgenen. Het karyotype toont een man, maar fenotypisch is het een vrouw. Dit verschijnsel wordt het testiculaire-feminisatie syndroom genoemd. De testes liggen in het abdomen of inguinale kanaal. Door de afwezigheid van androgeenreceptoren worden de effecten van testosteron geblokkeerd. Androgeenreceptoren worden normaal gesproken door een gen op het X-chromosoom gecodeerd (ook al sprake van deleties en puntmutaties). Wanneer er een uitbreiding van CAG repeats plaatsvindt in het eerste exon van dit gen, dan kan het zorgen voor een neurologische ziekte genaamd Kennedy’s disease of spinobulbulaire musculaire atrofie.

Female pseudohermaphroditisme

Het karyotype van de vrouw vertoont geen afwijkingen bij deze ziekte, maar de externe genitaliën zijn hetzelfde als van een man. De belangrijkste oorzaak hiervoor is congenitale adrenale hyperplasie.

Chromosomale breuksyndromen

Er zijn ook nog andere syndromen dan hierboven beschreven:

Ataxia Telangiectasia

Dit is een autosomaal recessieve ziekte die ataxie en sensitiviteit voor radiatie bevat. Er is ook een grote kans op pulmonaire infecties en zelfs 10-20% kans op leukemie en lymfomen. Patiënten vertonen vaak chromosomen met chromatide-onderbrekingen en onderbrekingen door radiatie. Het gen voor deze ziekte ligt op chromosoom 11q23.

Bloom Syndroom

Dit is een autosomaal recessieve ziekte waarbij er een licht-sensitieve gezichtsuitslag aanwezig is en een verlaagd IgA- en IgM-niveau. Het defect ligt op chromosoom 15q26. Het gen codeert voor eiwitten die de DNA-strengen laten ontvouwen uit de helix-vorm. Het gen speelt normaal gesproken ook een rol bij de stabiliteit van het genoom, maar bij een defect is er een gestoord DNA-herstelmechanisme.

Xeroderma Pigmentosum

Dit is een ziekte die in zeven vormen kan voorkomen en die autosomaal recessief overerft. Patiënten bevatten een licht-gevoelige, gepigmenteerde uitslag en sterven vaak aan huidmaligniteiten in zongebieden voor hun 20^ste.

Indicaties voor chromosomale/microarray CGH analyse

Kinderen met meerdere congenitale abnormaliteiten moeten onderzocht worden, opdat:

• De prognose en behandelmogelijkheden bepaald kunnen worden
• Er gedegen genetische counseling kan geschieden

Wat zijn mogelijke afwijkingen van één gen? - Chapter 19

Er zijn veel verschillende single-gen afwijkingen in de wereld ontdekt, maar er zullen in het vervolg maar over een paar gesproken worden.

De ziekte van Huntington

Deze ziekte vormt een van de onplezierigste overgeërfde ziektes voor de man. Er is sprake van een langzame, progressieve selectieve celdood in het centrale zenuwstelsel waarvoor geen behandeling mogelijk is. Het manifesteert zich meestal rond het 30^ste-50^ste levensjaar, maar kan ook al op jongere leeftijd voorkomen. Het patroon dat vaak gezien wordt, is als volgt: langzaam progressieve bewegingsstoornis met vaak chorea (onwillekeurige dansbeweging), wat later over kan gaan in onvrijwillige bewegingen als trekkingen, grimassen in het gezicht en kruisen van benen en armen. Vaak verandert het looppatroon en is er een onduidelijke spraak. Men heeft vaak ook problemen met het geheugen en de concentratie. Soms kan het zelfs leiden tot paranoia, agressie, verhoogd libido, alcoholmisbruik en dementie. Vaak duurt de ziekte 15-20 jaar en bij kinderen 10-15 jaar.

Bij HD (huntington disease) is er sprake van een autosomaal dominante overerving met anticipatie. De homozygoten bij deze ziekte zijn niet meer aangedaan dan de heterozygoten wat wel verwacht zou worden. Het gen bevat een CAG repeat sequentie in de 5’regio. Het mRNA zorgt voor het eiwit Huntingtin wat in veel verschillende cellen en weefsels voorkomt zonder duidelijke functie. De HDgenen kunnen in 4 groepen verdeeld worden op basis van de CAG repeatlengte:

1. Normale allelen: minder dan 26 CAG repeats

2. Mutabele allelen: tussen de 27 en 35 repeats. Deze tonen een meiotische instabiliteit aan waardoor er een verhoging of verlaging kan ontstaan van het aantal CAG repeats. Het is een reservoir voor nieuwe mutaties. Bij een mutatie wordt er gedacht aan de vader als drager waardoor een bepaald haplotype meer mutabel is dan de ander.

3. Reduced penetrance allelen: tussen de 36-39 repeats. Hierbij is er sprake van een late of helemaal geen genexpressie.

4. Ziekte veroorzakende allelen: boven de 40CAG repeats is er sprake van een echte ziekte.

De kans op het krijgen van de ziekte is 50% voor zowel de man als de vrouw, maar de instabiliteit is meer aanwezig in de spermatogenese. Dit is gebleken na anticipatie waarbij het mutante allel van de vader afkomstig is. Een reden hiervoor kan slippage zijn. Dit is het principe van reflecting het aantal mitoses van DNA polymerase tijdens de gametogenese. Caspase is een protease die de CAG repeats, nadat ze als intracellulaire accumulatie van huntingtin aggregaten zijn veranderd, kleeft en voor celdood zorg. Caspase inhibitoren hebben een goed effect in het HD muismodel als therapie.

Myotone Dystrofie

Dit is de meest voorkomende vorm van musculaire dystrofieën in volwassenen. Het wordt autosomaal dominant overgeërfd met anticipatie. De vroege vorm wordt al bij de geboorte gezien en het wordt door de moeder overgedragen. Kenmerken van deze ziekte zijn:

• Langzaam progressieve zwakte en myotonie (tonische spierspasme)
• Cataract, constipatie/diarree, verhoogd risico op diabetes mellitus, galstenen en testiculaire atrofie.
• Baby’s hebben geen gezichtsexpressie en er is sprake van een vertraagde motorische ontwikkeling met leerproblemen.

De locus van deze ziekte komt voor op chromosoom 19, waarbij er een instabiele CTG repeat sequentie aanwezig is op het ongetransleerde 3’ gebied van een eiwit kinase gen, genaamd het dystrofia myotonia protein kinase (DMPK).

Niet aangedane personen bevatten een gen met 37 repeats. Aangedane personen hebben een uitbreiding van minstens 50 kopieën van deze sequentie. De uitbreiding kan tot 2000 repeats komen. Meiotische- en kiemlijninstabiliteit is groter in de vrouw voor allelen met lange sequenties. Bij mannen komt er echter een uitbreiding van korte sequenties en er wordt gedacht dat de meeste myotone dystrofie-mutaties ontstaan tijdens de meiose van de man. Een reden hiervoor kan de mate van het aantal repeats zijn. De man kan waarschijnlijk maar een kleine hoeveelheid repeats op zijn spermatozoa bevatten. Er kan met de familie gesproken worden over de verschijnselen en prognose van deze ziekte en er kan zelfs presymptomatisch getest worden, zolang de patiënt een lang-termijn support en medische hulp aangeboden wil krijgen.

Sommige families met een variabele presentatie van gelijke MD verschijnselen, maar zonder de CTG uitbreiding van het DMPK hebben een link op 3q21. Deze types worden ook wel in type 2 van MD geplaatst. Het moleculaire defect is een CCTG uitbreiding door een mutatie in intron 1 van het ZNF9 gen.

Overerving van motorische en sensorische neuropathie

Hereditaire motorische en sensorische neuropathie (HMSN) behoren tot een groep van klinische en genetische heterogene ziekten die gekarakteriseerd worden door langzaam progressieve distale spierzwakte en -verwaarlozing. Een andere naam voor deze aandoeningen is het Charcot-Marie-Tooth disease. HMSN kunnen geclassificeerd worden in 2 groepen op basis van de resultaten van elektromyografische (EMG) onderzoeken.

1. Groep 1: geleidingssnelheid in de zenuw is verlaagd en er is segmentale demyelinisatie met hypertrofische veranderingen en uienschil-formatie te zien in zenuwbiopsies.

2. Groep 2: geleidingssnelheid in de zenuw is normaal of lichtelijk verlaagd en er zijn axonale degeneraties te zien op een biopsie.

HMSN-1 is autosomaal dominant en is de meest voorkomende vorm met langzaam progressieve distale spierzwakte en -verwaarlozing in de onderste ledematen tussen het 10^e en 30^ste levensjaar. Hierna volgen vaak de bovenste ledematen met ataxie en tremor. De patiënten behouden vaak een bepaalde spierkracht, waardoor ze niet al te veel aangedaan zijn. HMSN-2 komt later voor en het ziektepatroon is milder dan HMSN-1.

HMSN kan autosomaal dominant, autosomaal recessief en X-gelinkt overerven, ook al is de autosomaal dominante vorm het meest voorkomend. Meer dan 70% van HMSN-1 wordt veroorzaakt door een DNA duplicatie van 1,5 MB op chromosoom 17p die het perifere myeline eiwit 22 gen bevat. Een tweede locus wordt op chromosoom 1 gevonden, waardoor er een duplicatie van chromosoom 17 kan ontstaan.

Neurofibromatosis

Er zijn twee vormen van neurofibromatosis te onderscheiden:

• NF1
• NF2

Vooral NF2 wordt vaak gezien bij familiaire kankersyndromen. Er zal nu eerst een deel over NF1 besproken worden, gevolgd door een deel over NF2.

NF1 bevat verschillende kenmerken als:

• Kleine gepigmenteerde huidlaesies, genaamd ‘café-au-lait spots’. Deze ontstaan al in de kindertijd en nemen met aantal en grootte toe tot de puberteit. Een minimum van 6 vlekken met een grootte van 5 mm en aanwezigheid in de nek, moet aanwezig zijn om de diagnose vast te stellen.

• Kleine, zachte fleshy growths, genaamd neurofibromata. Dit zijn goedaardige tumoren die vaak in de adolescentie voorkomen en met aantal groeien naarmate men ouder wordt.

• Relatieve macrocephalie en Lisch noduli. Dit zijn kleine, gepigmenteerde hamartomen van de iris.

NF1 wordt autosomaal dominant overgeërfd met een virtuele 100% penetrantie wanneer iemand 5 jaar is. De variabiliteit die voor kan komen in familieleden met dezelfde mutatie, kan liggen aan het feit dat genen modificeren op andere loci.

50% van NF1 ontstaat door nieuwe mutaties. Vaak is er een eerstegraads familielid met NF1 en heeft men ook nog karakteristiek sproeten in oksel/liezen en pseudoartrose.

Het NF1-gen, neurofibromine, ligt op chromosoom 17. Het neurofibromine-gen wordt gezien als een tumor suppressor. Veel verschillende mutaties zijn ontdekt in het neurofibromine gen zoals deleties, inserties, duplicaties en puntmutaties. Ze leiden vaak tot verandering van het eiwit of de complete afwezigheid van de genexpressie. Patiënten met een hoog aantal deleties in het gehele neurofibromine gen zijn ernstiger aangetast. Deze patiënten hebben vaak ook cognitieve stoornissen en meer neurofibromata op de huid.

In NF2 kunnen er ook café-au-lait spots en neurofibromata aanwezig zijn, maar ze zijn minder vaak voorkomend dan bij NF1. Het meest karakteristieke aan deze vorm is de ontwikkeling van tumoren rondom de achtste craniale zenuw (vestibulaire schwannomen). Een ander verschijnsel is de aanwezigheid van cataract in de ogen. De NF2 locus bevindt zich op het chromosoom 22q en het gen wordt schwannomin genoemd.

Marfan Syndroom

Dit is een stoornis van het bindweefsel waarbij een defect aanwezig is in type 1 fibrilline, een glycoproteïne op het FBN1 gen. Kenmerken van mensen met dit syndroom zijn:

• Een verlaagd bovenste segment tegenover onderste segment ratio
• Thumb sign en wrist sign: de vingers kunnen rondom de hele duim of hele pols
• Pectus deformatie, scoliose
• Een lengte ratio groter dan 1.05 dan normaal.
• Dilatatie van ascenderende aorta door afwijkingen in bindweefsel.

Bij dit laatste kenmerk kan de mate van verandering verlaagd worden met behulp van een β-adrenerge blokkade. Dit syndroom wordt autosomaal dominant overgeërfd en het wordt gelinkt aan het FBN1 gen op 15.q21 met 65 exonen en vijf verschillende domeinen. He grootste domein bevat 46 epidermale groeifactor repeats.

Familiaire aneurysmata van de aorta worden niet tot Marfan-syndroom gerekend, maar behoren tot Loeys-Dietz syndroom. Deze wordt ook autosomaal dominant overgeërfd, kan palatoschisis, mentale retardatie en andere verschijnselen met zich meebrengen. Beal Syndroom is een ander syndroom dat op het Marfan-syndroom lijkt, maar het bevat een mindere mate van dilatatie van de aorta. Mensen hebben een verschrompelde oorhelix en soms scoliose. Het wordt veroorzaakt door een gemuteerd type 2 fibrilline op 5q23.

Cystic Fibrosis

Dit is de meest voorkomende autosomaal recessieve ziekte bij de Kaukasische bevolking in West-Europa. De longen en de alvleesklier zijn het meest aangedaan bij deze mensen. Chronische longziekte veroorzaakt door een herhaalde infectie kan leiden tot fibrotische veranderingen in de longen met secundair cardiaal falen, ook wel cor pulmonale genoemd. In 85% van de mensen met CF is de leverfunctie verminderd en is er een verlaagde enzymsecretie, waardoor er malabsorptie kan ontstaan. Andere problemen die vaak voorkomen zijn cirrose en diabetes mellitus. De meeste mannen met CF zijn onvruchtbaar door de congenitale afwezigheid van de vas deferens. CF wordt autosomaal recessief overgeërfd en bevat een hoge mutatiefrequentie, meiotische drive en heterozygote advantage. De CF locus ligt op het chromosoom 7q31. Het CF gen wordt ook wel het CF transmembraan conductance regulator gen (CFTR) genoemd en bevat 27 exonen. Het CFTR produceert een eiwit dat werkt als chloride kanaal. Mutaties in dit gen heeft dus invloed op de functie van het eiwit:

• Er vindt een gedeeltelijke of gehele reductie plaats in de synthese
• Het kan fout werken wanneer het de uiteindelijke bestemming vindt.

Spinale spieratrofie (spinal muscle atrophy; SMA)

Dit is de term die gebruikt wordt voor een klinische en genetische groep van ziekten die het meest genetisch voorkomen als oorzaak van dood in de kindertijd. Het wordt gekarakteriseerd door degeneratie van de voorhoorncellen van het ruggenmerg waardoor er progressieve spierzwakte ontstaat. Dit kan uiteindelijk tot de dood leiden. Er zijn 3 verschillende types te onderscheiden:

1. Spinale spieratrofie type 1(Werdnig-Hoffman ziekte): deze vorm ontstaat al bij de geboorte of eerste 6 maanden van het leven met ernstige hypotonie en een afwezigheid van spontane bewegingen. De kinderen vertonen normale intellectuele activiteit, maar een aanwezige spierzwakte wat het slikken en de respiratoire functie verslechtert. De ziekte vertoont een hoge mate van intrafamiliaire concordantie waarbij de aangedane familieleden eenzelfde lijn van verschijnselen vertoont.

2. Spinale spieratrofie type 2: dit is een minder ernstige type dan type 1 en het ontstaat tussen de 6 en 18 maanden. Deze kinderen kunnen nooit zelfstandig bewegen. De progressie is langzaam en de meeste aangedane kinderen leven tot hun jonge volwassen leven.

3. Spinale spieratrofie type 3(Kubelberg-Welander ziekte): deze vorm is nog minder sterk dan de andere twee en het ontstaat vanaf de 18^e maand waarbij alle patiënten met hulp kunnen bewegen.

Alle drie de types worden autosomaal recessief overgeërfd. Het dominante gen bij deze ziektegroep is SMN1. Het is gelokaliseerd op 5q. Op dit chromosoom zijn er twee genen voor SMA (smooth muscle atrophy), namelijk SMN en NAIP. SMN kan onderverdeeld worden in SMN1 en SMN2. SMN1 vertoond homozygote deletie van exonen 7-8 in 95-98% van de gevallen en puntmutaties wanneer er geen deletie van exon 7-8 voorkomt. Dit komt in 1-2% van de gevallen voor. SMN2 komt in 0-5% van de gevallen voor.

Duchenne musculaire dystrofie (DMD)

Dit is de meest voorkomende en meest ernstige vorm van musculaire dystrofie. Mannen met DMD vertonen tussen hun 3e en 5e levensjaar een langzame, progressieve spierzwakte resulterend in een afwijkend looppatroon, onvermogen om snel te rennen en moeilijkheden in het omhoogkomen van de vloer. Dit kan alleen bereikt worden door zich af te zetten. Op hun 11e moeten de meeste jongens een rolstoel gebruiken vanwege de ernstige proximale beenspierzwakte. Jongens met DMD vertonen vergrote kuitspieren door vervanging van spiervezels door vet en bindweefsel. Dit verschijnsel wordt pseudohypertrofie genoemd. DMD wordt hierdoor ook wel pseudohypertrofische musculaire dystrofie genoemd. Hiernaast vertoont 1/3 van de jongens een milde vorm van intellectuele achterstand met een gemiddeld IQ van 83. Een andere vorm van dystrofie die op hetzelfde gen ligt, is Becker musculaire dystrofie. Bij deze vorm van dystrofie is het proces minder ernstig en ontstaat het pas in het 11e levensjaar.

Zowel DMD en BMD vertonen X-gebonden recessieve overerving. Mannen kunnen zich soms voortplanten, maar over het algemeen niet. De genen die van belang zijn bij DMD zijn de dystrophine genen. Deze komen voor op het Xp21 chromosoom. Dystrophine genen krijgen de meeste mutaties door deleties in maternale meiose door een oneven cross-over. Hiernaast kan het ook ontstaan door duplicaties in het gen.

Hemofilie

Er zijn twee vormen van hemofilie: A en B. Hemofilie A is de meest voorkomende en is een ernstig overgeërfde coagulatieziekte die veroorzaakt wordt door een deficiëntie van factor VIII wat tezamen met factor IX een belangrijke rol speelt in de intrinsieke cascade voor de activatie van prothrombine naar thrombine.

Hemofilie B wordt veroorzaakt door een deficiëntie van factor IX en wordt ook wel ‘Christmas disease’ genoemd. In beide vormen is er sprake van een X-gebonden recessieve overerving. Beide vormen vertonen een bepaalde hoeveelheid bloedverlies afhankelijk van de oorzaak waardoor het bloedverlies wordt veroorzaakt. De loci van de beide vormen ligt op het distale eind van Xq.

Voor de verschillende vormen kan er gebruikt worden gemaakt van twee therapieën:

1. Eiwitsubstitutie: hierbij wordt er plasma-derived factor VIII of -factor IX gegeven.
2. Gentherapie

Hoe werkt genetische screening? - Chapter 20

Soorten screening

In de gezondheidszorg zijn er twee verschillende vormen van screening:

• Doelgerichte/familie screening, waarbij er screening wordt gedaan op dragers en heterozygoten. Dit zijn mensen met een significant of hoog risico door hun positieve familiegeschiedenis.

• Community genetics, waarbij er screening wordt gedaan op populaties met een laag risico.

In een aantal autosomaal recessieve ziekten kan men dragers herkennen met een hoge graad van zekerheid met behulp van biochemische of hematologische technieken, waarbij DNA-analyse niet nodig is. Er zijn verschillende manieren om dragers van genetische ziekten te herkennen. Dragers voor bepaalde ziekten kunnen milde klinische manifestaties vertonen van een ziekte, zeker wanneer het om een X-gebonden ziekte is, maar soms zijn de manifestaties zo klein dat je ze alleen bij een onderzoek zal zien. Dit betekent echter niet dat ze niet pathogeen zijn. Een voorbeeld is het mosaicpatroon van retinale pigmentatie dat gezien wordt in manifesterende vrouwelijke dragers van het X-gebonden oculaire albinisme. Over het algemeen hebben dragers van ziekten veroorzaakt door een X-chromosoom geen verschijnselen of overlappen deze met normale variaties die in de populatie gezien worden. Klinische manifestaties kunnen dus alleen helpen voor dragers wanneer deze pathologisch zijn.

Een goede manier en meestal ook de belangrijkste manier om te bepalen of iemand een drager is van een autosomaal recessieve of X-gebonden ziekte is de demonstratie van opspoorbare biochemische abnormaliteiten in deze dragers van bepaalde ziekten. Een voorbeeld zijn de dragers van de Tay-Sachs ziekte. De breedte aan enzymactiviteit in deze dragers ligt tussen de niveaus in normale en aangedane mensen. Vaak kan het echter voorkomen dat de enzymactiviteit van de drager overeenkomt met die van een normaal persoon, waardoor er niet goed bepaald kan worden of men te maken heeft met een heterozygote drager of een homozygoot gezond persoon. Een andere moeilijkheid die echter voorkomt bij het testen van mensen op dragerschap van een X-gebonden recessieve ziekte is de random inactivatie van het X-chromosoom.

Linking tussen een ziekelocus en een polymorfische marker

De opkomst van recombinante DNA-technologieën zorgde voor een revolutie bij het ontdekken van dragers. Gelinkte polymorfische markers werden vaak gebruikt in het bepalen van de dragerstatus van vrouwen in families met Duchenne musculaire dystrofie. Wanneer een bepaald deel van het DNA, dus een bepaald allel, overgeërfd is van de oma op de moeder, zal de dochter ook draagster zijn van hetzelfde allel. Elke ziekte kan gelinkt worden met een polymorfische DNA marker, als de ziekte niet genetisch heterogeen is. Een polymorfische DNA marker is een DNA-sequentie of gen met een bepaalde plek op een chromosoom die gebruikt kan worden om cellen en individuen te herkennen.

Bij het gebruik van gelinkte polymorfische DNA markers zijn er echter ook een aantal zaken waar rekening mee gehouden moet worden:

• De kans op recombinatie tussen de DNA marker en de ziektelocus waarop de link wordt vertoond. De kans kan echter geminimaliseerd worden door identificatie van beide intragenische of closely linked markers op beide kanten van de ziektelocus. Deze markers worden ook wel flanking markers genoemd.

• Sample availability: hierbij gaat het erom dat er bepaalde samples aanwezig moeten zijn van bepaalde familieleden voor het gebruik van DNA markers. Hierbij is dus de coöperatie van die mensen nodig. Soms kan het zelfs zijn dat de aangedane persoon al gestorven is, voordat jij erachter kon komen of deze persoon drager was of niet.

• Polymorfic variation: hierbij gaat het erom of de familie de benodigde variatie bevat in een gelinkte marker. Het wordt ook wel informatief genoemd.

• Locus heterogeniteit: DNA markers zouden extreem betrouwbaar zijn als de mutatie alleen in één gen van het hele genoom aanwezig zou zijn. Dit komt echter niet vaak voor. Vaak geven mutaties in meerdere genen een bepaald fenotype (polygenetisch).

Presymptomatische diagnose bij autosomaal dominante ziekten

Veel autosomaal dominante single-gene ziekten hebben een laat ontstaan of een verlaagde penetrantie. Vaak kan er met behulp van klinisch onderzoek, biochemische studies en familie DNA-studies voor het ontstaan van symptomen en signalen de genetische status bepaald worden. We hebben het hier over presymptomatisch onderzoek. Wanneer klinisch onderzoek niet voldoende informatie met zich meebrengt, wordt er over gegaan op het speciale onderzoek met bepaalde systemen. Bij het Marfan syndroom wordt er gebruik gemaakt van ophthalmisch onderzoek voor bewijs van ectopia lentis. Hiernaast kan een echocardiogram worden gebruikt om de diameter van de aorta te meten, etc. De afwezigheid van bepaalde bevindingen betekent echter nog niet dat de diagnose niet gesteld mag worden. Het zorgt alleen voor een verlaging van de mate waarin je zou kunnen denken dat iemand de diagnose heeft. Soms kan hiernaast gebruik worden gemaakt van biochemische testen. Zo kun je gebruik maken van serum cholesterol niveaus in de mensen die een risico hebben om familiare hypercholesterolemie te krijgen.

Ethische kwesties in dragerschapsdetectie en voorspellende onderzoeken

Doordat koppels erachter kunnen komen of ze een drager zouden kunnen zijn, zou dit er al voor kunnen zorgen dat ze anders zullen gaan denken, om nog maar niet te spreken over wanneer ze echt drager van een bepaalde ziekte zijn en deze dus ook over kunnen dragen aan hun nog ongeboren kind. Het wordt nog moeilijker wanneer de prognose niet met een bepaalde zekerheid kan worden gegeven. Vaak wordt er over zulke zaken zelf in de familie gesproken in plaats van dat de arts het gaat vertellen.

Regels van screening

Er zijn verschillende vormen van screening te onderscheiden en er zijn ook bepaalde regels waaraan men zich moet houden. De verschillende criteria zijn:

• De ziekte moet alledaags zijn en het moet bepaalde effecten hebben die toegankelijk zijn voor preventie of verbeteringen. Het kan hier gaan om vroege behandelingen van een ziekte of het aanbod van terminatie van een zwangerschap bij een ziekte met een hoge morbiditeit en mortaliteit.

• De test moet accuraat en betrouwbaar zijn met een hoge sensitiviteit en specificiteit.

• Het programma moet gegeven worden in een goede en billijke manier en moet wereldwijd aanwezig zijn. Participatie moet vrijwillig zijn in het geval van prenatale diagnostiek, maar bij prenatale screening moet men uit gaan van de principes van weldoen en niet-schaden.

Er zijn verschillende vormen van screening te onderscheiden. Hieronder zullen er een paar worden toegelicht:

• Populatie screening: bij deze vorm van screening gaat het om screening van individuen die een bepaald risico of specifieke afwijking hebben met garantie op een vervolgonderzoek of behandeling. Hierbij gaat het dus om het ontdekken van deze individuen in een groep van mensen die nog geen medische hulp hebben gebruikt vanwege de symptomen van een ziekte.

• Neonatale screening: Deze vorm van screening wordt voornamelijk gebruikt voor bepaalde ziekten waarbij er preventie kan worden toegepast om de ontwikkeling van stoornissen tegen te gaan. Neonatale screening wordt vaak vertegenwoordigd in de ‘hielprik’, waarbij er getest wordt op verschillende aandoeningen die niet tot schade hoeven te leiden mits er adequate medische behandeling wordt ingezet. Deze verschillende ziekten zijn:

  • Phenylketonurie: hierbij wordt er gebruik gemaakt van biochemische screening. De screeningtest wordt soms ook wel Guthrie test genoemd en wordt gedaan met behulp van een hielprik op de 7e dag. Kinderen krijgen vaak tot hun vroege volwassen leeftijd een low-phenylalanine dieet zodat leerproblemen worden tegengegaan.

  • Galactosemie: Hierbij komen er vaak overgeefverschijnselen en ernstige metabolische collaps voor in de eerste 2-3 weken. Ook bij deze ziekte wordt er over gegaan op een dieet om staarvorming, leverfalen en leerproblemen tegen te gaan.

  • Congenitale hypothyreoïdie: de test is gebaseerd op een assay van of thyroxine of thyreoid-stimulerend hormoon (TSH). Vaak is er een levenslange behandeling van thyroxine vervanging om ernstige ontwikkelingsproblemen tegen te gaan. De ontwikkelingsproblemen worden ook wel ‘cretinisme’ genoemd.

  • Cystic fibrosis: Bij deze screening wordt er gekeken naar verhoogde bloedniveaus van immunoreactief trypsine wat voor blokkering kan zorgen van pancreatische ducti in utero.

Populatie dragerscreening: deze vorm van screening werd wereldwijd eerst gebruikt voor hemoglobinopathieën, maar wordt nu ook gebruikt voor andere ziekten. De twee belangrijkste hemoglobinopathieën, thalassemie en sikkelcelziekte, zullen verder worden behandeld.

1. Thalassemie: er bestaan twee vormen, namelijk α- en β-thalassemie. Deze worden veroorzaakt door een abnormale synthese van een globine keten door mutaties in ofwel de de α-, ofwel de β-globine genen of in de promotor gebieden. Beiden worden autosomaal recessief overgeërfd. De α-vorm komt voornamelijk voor in zuidoost Azië en de β-vorm in Cyprus, het mediterrane gebied en het Indische subcontinent.

2. Sikkelcelziekte: bij deze ziekte werd er screening gedaan met behulp van de zwarte populatie in Noord-Amerika, maar deze bleek echter desastreus te eindigen. Dit kwam doordat ze het dragerschap van sikkelcelziekte, die normaal gesproken geen kwaad kan, verwarden met de homozygote ziekte, die voor een bepaalde morbiditeit kon zorgen.

Verdere informatie over deze twee ziekten komt in een ander hoofdstuk naar voren.

Wat houden prenataal onderzoek en reproductieve genetica in? - Chapter 21

Tot op heden hadden koppels vaak geen andere keuze dan lange-termijn contraceptie, sterilisatie, terminatie van de zwangerschap, adoptie of donor-inseminatie wanneer het ging om het krijgen van een kind met waarschijnlijk een genetische ziekte. Tegenwoordig zijn er echter steeds meer koppels die, ook al kan het bepaalde consequenties met zich meebrengen, gebruik maken van prenataal onderzoek.

Technieken bij prenatale diagnostiek

Er zijn verschillende technieken die gebruikt kunnen worden voor de prenatale diagnostiek van overervingsziekten en structurele abnormaliteiten. Zo bestaan er non-invasieve, invasieve en endoscopische technieken. Er zullen nu een paar technieken besproken worden.

Amniocentesis: vruchtwaterpunctie (invasief)

Bij deze techniek wordt er rond de 16^e week van de zwangerschap 10-20 ml amniotische vloeistof opgenomen onder begeleiding van een echo. Er wordt een deel aan cellen gebruikt met foetaal DNA zodat deze zullen groeien en na 14 dagen aan kunnen geven hoe de chromosomen en het DNA zijn. Hiernaast wordt een deel van de vloeistof, namelijk het supernatante gedeelte (gedeelte wat blijft drijven na centrifugering), gebruikt om neurale buisdefecten te ontdekken. Dit gebeurt met behulp van α-foetoproteïne, waar later nog meer over gesproken zal worden. Wanneer een koppel deze techniek wil toepassen, moet er echter rekening gehouden worden met een kans van 0,5 -1,0% op een miskraam.

Chorionic villus sampling: vlokkentest (invasief)

Deze techniek kan i.p.v. amniocentesis wel al in het eerste trimester gebruikt worden. In de 11^e-12^e week wordt er ofwel transcervicaal ofwel transabdominaal een deel van het chorionaal villus weefsel weggenomen. Het bestaat uit de buitenste cellaag van de blastocyst. Chromosoomanalyse kan direct worden uitgevoerd, wanneer er actief delende cellen zijn. Er wordt dan gekeken naar de metafase. Maar het kan ook daarna uitgevoerd worden. Bij directe chromosomale analyse kan er al na 24 uur een resultaat gegeven worden. Tegenwoordig wordt er gebruikt gemaakt van snelle directe fluorescent in-situ hybridization (FISH)-probing of DNA analyse. Een voordeel van een vruchtwaterpunctie is dat het al in het eerste semester diagnostisch kan zijn, maar het brengt wel een risico van 1-2% op een miskraam met zich mee.

Ultrasonografie (non-invasief)

Deze techniek kan gebruikt worden voor de locatie van de placenta, de diagnose van meerdere zwangerschappen en prenatale diagnostiek bij structurele abnormaliteiten die niet geassocieerd worden met bekende chromosomale, biochemische of moleculaire afwijkingen. Het is niet schadelijk voor de moeder en het kind, maar het is wel een dure techniek. Tegenwoordig wordt deze techniek aangeboden aan alle zwangere vrouwen rond de 18^e week voor screening op structurele abnormaliteiten, zoals neurale buis defecten.

Fetoscopie

Bij deze techniek wordt met behulp van een endoscoop een foetus in beeld gebracht. Tegenwoordig wordt er echter in plaats van deze techniek gewerkt met de ultrasonografie. De kans op een miskraam bij deze techniek is tussen de 3-5%. Het wordt alleen nog gebruikt bij hoog gespecialiseerde prenatale centra voor diagnostiek.

Cordocentesis

Met deze techniek kunnen vaten in de navelstreng worden weergegeven, waardoor er een monster uit dat bloed kan worden gehaald. Het bloed wordt routinematig gebruikt bij rhesus iso-immunisatie en kan daarnaast gebruikt worden voor chromosoomanalyse om bepaalde problemen op te lossen.

Radiografie

Met behulp van deze techniek kan vanaf de 10^e week het skelet van de foetus in kaart worden gebracht.

Prenatale screening

Vanaf de jaren ‘70 begon de opmars van de screening. Door de associatie tussen verhoogd maternaal serum α-foetoproteïne en neurale buis defecten kwam de ontwikkeling van de ultrasonografie waarbij er in de jaren ‘80 de identificatie van maternale serum biochemische markers van het Down syndroom naar voren kwamen.

In de 16^e week krijgen alle zwangere vrouwen een maternale serum screening waarbij ze getest worden op NTD’s (neurale buis defecten) en Down Syndroom. Met behulp van deze screening kan 75% van de NTD-gevallen en 60-70% van de gevallen van Down syndroom opgespoord worden. Er zal nu verder ingegaan worden op neurale buis defecten en het Down syndroom.

Neurale buis defecten

In 1972 kwam men er achter dat bij vele zwangerschappen, een baby met een NTD opgespoord kon worden met assay van AFP (α-foetoproteïne) in maternaal serum (in de 16^e week). AFP is het belangrijkste eiwit in foetaal bloed, omdat het de foetale vorm is van albumine. Maternale serum AFO screening voor NTD’s is echter niet 100% sensitief en ook niet 100% specifiek. De niveaus van maternaal serum AFO kunnen overlappen in aangedane- en normale zwangerschappen. Er moet dus sprake zijn van ±2SD voordat er gesteld kan worden dat er een neuraal buis defect aanwezig is. Met behulp van ultrasonografie kan er dan uiteindelijk de diagnose NTD worden gesteld. Andere oorzaken voor een neuraal buis defect zijn tweelingzwangerschappen en bedreigde miskramen.

Down syndroom

Bij de diagnostiek naar dit syndroom kan er gebruikt worden gemaakt van twee verschillende technieken, namelijk:

• De triple test: bij het Down syndroom en andere chromosomale abnormaliteiten kan er gescreend worden met behulp van bepaalde risicofactoren zoals de maternale leeftijd en niveaus van drie biochemische markers in het maternale serum. Dit is gebaseerd op het feit dat het serum AFP en oestradiol-niveau in de 16^e week bij foetussen met het Down syndroom lager zijn dan bij normale zwangerschappen. Hiernaast is het niveau van human choriogonadotrophine (hCG) in het maternale serum verhoogd. Wanneer er een hoge waarschijnlijkheid naar voren komt, wordt er pas gedacht aan invasieve onderzoeken als amniocentesis. Wanneer de leeftijd van de moeder hoger is dan 35 en de waarden van deze drie markers zijn zoals hier wordt gezegd, dan is er een waarschijnlijkheid van 60% dat het kind het Down syndroom heeft. Tegenwoordig is er echter nog een 4^e marker, inhibin-A, die ook verhoogd is in het maternale serum bij Down syndroom. Wanneer deze vierde marker ook in hoge concentratie gezien wordt, is er een kans van 75% dat er bij een amniocentesis geconcludeerd kan worden dat er sprake is van het Down syndroom.

• Ultrasonografie: rond de 12e week van de zwangerschap krijgen alle zwangere vrouwen een “dating”-scan aangeboden. Rond die tijd is er een sterke associatie aanwezig tussen chromosoomabnormaliteiten en de abnormale accumulatie van vloeistof achter de baby’s nek, ook wel verhoogde ‘foetal nuchal translucency’ (verhoogde nekplooidikte) genoemd. Dit wordt gezien bij Down syndroom, Turner syndroom en triploïdie.

Indicaties voor prenatale diagnostiek

Er zijn verschillende indicaties om voor prenatale diagnostiek te kiezen. Er zullen een paar besproken worden:

• Verhoogde maternale leeftijd: hoe ouder de moeder is, hoe hoger de kans wordt op het Down syndroom en andere trisomale syndromen. De meeste centra bieden amniocentesis of CVS (vruchtwaterpunctie) aan vrouwen boven de 37 jaar aan.

• Een vorig kind met een chromosoomabnormaliteit: wanneer één van de ouders een chromosomale translocatie of pericentrische inversie bezit in zijn genetische profiel, waardoor een kind is geboren met serieuze problemen door een ongebalanceerde chromosoomabnormaliteit, zal het herhalingsrisico tussen de 1-2% en de 15-20% liggen.

• Familiaire geschiedenis van een chromosoomabnormaliteit

• Familiaire geschiedenis van een single-gen disorder of neuraal buis defect

• Abnormaliteit tijdens de zwangerschap

• Andere hoge-kans factoren als maternale ziekte of 3 of meer miskramen.

Speciale problemen bij de prenatale diagnostiek

Er kunnen zich verschillende problemen voordoen bij de prenatale diagnostiek. Hierbij kun je denken aan:

1. Een onverwacht chromosoomresultaat: er kan een structurele chromosomale rearrangement plaats hebben gevonden of een trisomie zijn ontstaan.

2. Een ambigu chromosoom resultaat: Er kunnen cellen voorkomen met een andere chromosoominhoud. Het kan door verschillende redenen ontstaan:

3. De sample kan besmet zijn door maternale cellen.

4. Er is een ware foetale mosaicisme

5. Het mosaicisme is gelimiteerd tot een deel van de placenta en ontstaat door een error in de mitose tijdens de formatie en ontwikkeling van de trofoblast

Er zijn verschillende niveaus van mosaicisme te onderscheiden:

1. Level 1 of pseudomosaicisme: hierbij is er één abnormale cel gezien in één celcultuur

2. Level 2: in twee of meer cellen in één celcultuur

3. Level 3: in twee of meer cellen in twee of meer culturen.

Assisterende conceptie en implicaties voor een genetische ziekte

Er zijn nog andere manieren om een baby te krijgen. Zo is er IVF, in vitro fertilisatie, donor inseminatie en intracytoplasmatische sperma injecties (ICSI).

Wat is het doel van risicoberekening bij overerving? - Chapter 22

Wanneer bij iemand in de familie een autosomaal dominante ziekte heerst, is er 50% kans dat kinderen van die ouders deze ziekte ook krijgen. Om deze kans goed te berekenen moet er een duidelijke familiegeschiedenis bekend zijn, er moet bekend zijn of er een volledige penetrantie is en er moet betrouwbare informatie zijn over de diagnose van heterozygoten. Het is namelijk belangrijk om te weten of de zieke van een ouder is overgeërfd of dat deze is ontstaan door een mutatie. Als er bepaalde dingen niet bekend zijn, of niet juist bekend zijn, wordt de berekening van de kans moeilijker.

Penetrantie wordt meestal weergeven in de vorm van een percentage. 80% penetrantie wil zeggen dat bij 80% van alle mensen met ten minste één mutant allel de ziekte tot expressie komt. Dit kan ook worden weergeven als P=0.8. Mensen zijn die wel het mutante allel hebben, maar bij wie dit niet tot uiting komt, heet gereduceerde penetrantie. Voorbeeld uit het boek: een vrouw heeft dominante ziekte, met een penetrantie van 0.8. Het risico dat een kind van deze vrouw de ziekte zal ontwikkelen is: ½ x 0.8 = 0.4.

Het wordt echter lastiger als er een berekening gemaakt moet worden voor toekomstige kinderen van bepaalde mensen, diegene zelf is gezond maar de ouders waren ziek. Deze kans kan als volgt berekend worden:

Er worden 10 kinderen verwekt, de penetrantie is 0.8. 5 van de 10 kinderen zullen de ziekte waarschijnlijk krijgen. Maar omdat de penetrantie 0.8 is zullen maar bij 4 van de 5 kinderen de ziekte tot uiting komen. Hierdoor zullen 6 van de 10 kinderen de ziekte niet hebben. Dat kans dat een niet zieke kind wel de drager is van de ziekte 1/8. De kans dat deze persoon een kind krijgt dat ziek wordt is dus 1/8 x ½ x 4/5.

Autosomale recessieve aandoening

Omdat autosomale ziektes vaak op latere leeftijd tot uiting komen is het belangrijk voor dragers te weten of ze de ziekte nog krijgen of door kunnen geven aan hun kinderen. Het is belangrijk dit dus ook te kunnen berekenen, hierbij wordt de Hardy-Weinberg formule gebruikt.

Een autosomale recessieve ziekte is een ziekte waarbij de ouders van een kind niet ziek zijn, maar beide heterozygoot zijn (of 1 van de ouders is heterozygoot en er vindt een mutatie plaats). Hun kind is echter wel ziek. De ziekte wordt vaak ook niet verder doorgegeven en komt maar in 1 generatie voor. Een kind heeft ¼ kans om de ziekte ‘volledig’ te krijgen. De kans om een drager van een autosomale recessieve te zijn, is ⅔ omdat 2 van de 3 gezonde kinderen wel het gen bevatten.

Een van de belangrijkste aspecten van genetische counseling is het maken van een risico figuur, ook wel het recurrence risico genoemd. Dit risico wordt berekend door rekening te houden met: 1) de diagnose en diens manier van overerven, 2) een analyse van de stamboom van de familie en 3) het resultaat van testen met DNA markers.

Als gekeken wordt naar de kans om iets te hebben, moet er als eerste worden gekeken of het iets is dat elkaar kan uitsluiten, of iets dat onafhankelijk is. Als het iets is wat elkaar kan uitsluiten, is de kans dat de één of de ander tot uiting komt, de som van de kansen van beiden. Dit heet de wet van additie. Als er twee of meerdere uitkomsten zijn die onafhankelijk van elkaar zijn, is de kans dat ze beide tot uiting komen het product van de twee kansen, dit heet de wet van vermenigvuldiging. Een voorbeeld hierbij: als ouders een kindje willen krijgen, is de kans dat het kindje een jongetje of een meisje is 1 (namelijk ½ + ½ = 1, hierbij geldt de wet van additie). Bayes’ regel combineert de kans dat iets wel gebeurt met de kans dat iets niet gebeurt. De beginkans heet de prior probability, dat gebaseerd is op kennis van de familie en voorouders. De observaties die deze prior probability kunnen veranderen zorgen voor conditional probabilities en hiermee kan de uiteindelijke posterior information worden bepaald.

Iemand met een autosomaal dominante aandoening, heeft een risico van ½ dat zijn of haar kinderen het aangedane gen erven. Deze aandoening heeft meestal een volledige penetrantie. Hiermee kan heel makkelijk de kans berekend worden, tenzij:

• Verminderde penetrantie: iemand die na een stamboom analyse eigenlijk de ziekte zou moeten hebben, vertoont geen kenmerken van de ziekte. Bij zo’n berekening moet je de kans dat iemand de ziekte heeft vermenigvuldigen met de penetrantie (bijvoorbeeld; een penetrantie van 80% geeft ½ * 0.8 = 0.4)

• Ziekte komt op latere leeftijd tot uiting: hier wordt gerekend met Bayes’ regel.

Twee personen met een autosomale recessieve aandoening die heterozygoot zijn, hebben een kans van ¼ dat ze een kind krijgen die twee recessieve allelen heeft. 2/4 kinderen zijn dragers en ¼ van de kinderen is compleet gezond. Daarom is de kans dat een gezonde broer of zus van iemand met de ziekte de ziekte ook heeft 2/3. Bij deze berekeningen moet gekeken worden naar de kans dat de ouders drager zijn, die kansen vermenigvuldigen en dan vervolgens nog een keer met ¼ vermenigvuldigen (omdat de kans ¼ is dat beide ouders het recessieve gen doorgeven en het kind de ziekte krijgt).

X-gebonden recessieve aandoeningen zijn lastig te berekenen. Vaak is een aangedane man niet in staat om kinderen te krijgen, dus de aandoening wordt vaak door een vrouwelijke drager overgegeven. Als een aangedane man wel kinderen krijgt, zijn de zonen niet ziek (die krijgen het Y-chromosoom) en alle dochters zijn draagsters (die krijgen de aangedane X). Er zijn bepaalde testen die aan kunnen tonen of een vrouw draagster is. Het enige nadeel is dat als de test een negatieve uitkomst geeft, dus de vrouw is geen draagster, dan is er alsnog een kans dat de vrouw wel draagster is en dat dit is gemist. Als de test positief is, is hij dat ook altijd positief (er zijn geen fout-positieven), maar er zijn wel meer fout-negatieven.

Multifactoriële overerving is een vorm van overerving waarbij er op meerdere genen zijn met een specifieke eigenschap die een invloed hebben op één kenmerk, bijvoorbeeld lengte.

De kans op overerving van een multifactoriële aandoening in broers/zussen of kinderen kan worden berekend door de wortel te nemen van de incidentie van de ziekte in de hele populatie. Als de incidentie in de populatie 1/1000 is, dan is de kans bij een broer/zus of kind van de aangedane persoon 1/32 of 3%. De wortel van de incidentie wordt genoteerd als: P ½. Voor tweede en derde generatie nakomelingen geldt P ¾ en P7/8.

Hoe werkt de behandeling van genetische ziekten? - Chapter 23

Chromosoomafwijkingen behandelen

Veel chromosoomafwijkingen kunnen niet behandeld worden, omdat er nog maar weinig bekend is over welk gen precies voor de afwijking zorgt. Als dit wel bekend is kan soms een dieet helpen, hormoon vervanging of suppletie van vitaminen of co-enzymen.

• Eiwit vervanging: als het gevolg van een genetische aandoening is dat er een bepaald eiwit of enzym niet wordt gemaakt, kan dit worden vervangen door een vorm van gen therapie. De nieuwste techniek is recombinant DNA dat codeert voor dat enzym dat afgelezen kan worden en waardoor het enzym wel gevormd kan worden in het lichaam.

• Behandeling met medicatie: statines kunnen worden gebruikt om het cholesterol niveau te verlagen (bij bijvoorbeeld familiaire hypercholesterolemie) door in te grijpen op een bepaald enzym.

• Orgaan transplantatie: als een orgaan dermate is aangedaan door de ziekte dat het niet meer kan functioneren, moet er worden gekozen voor orgaantransplantatie (bijvoorbeeld longtransplantatie bij een persoon met cystische fibrose).

Gen sequenties die gebruikt worden voor recombinant DNA kunnen geen intronen bevatten. Er vindt dus geen splicing van het mRNA plaats na de transcriptie. Voordat iemand behandeld kan worden met gen therapie, moet er met een aantal dingen rekening gehouden worden:

• Gen karakter: niet alleen het structurele gen moet worden gekopieerd, maar ook het DNA dat betrekking heeft op de expressie en regulatie van dat gen.

• Doel weefsel en orgaan: het orgaan of cel waarin het DNA in wordt gebracht, moet in staat zijn iets met dit DNA te kunnen doen.

• Bij effecten: het ingebrachte DNA moet geen bij effecten hebben, zoals het zorgen voor en maligniteit. Als er wel een fout optreedt in het DNA als gevolg van het inbrengen van recombinant DNA, noemt men dit insertional mutagenesis.

De ‘gen transfer’ kan ex vivo of in vivo plaats vinden. De transfer vindt ex vivo plaats bij cellen die uit het lichaam kunnen worden gehaald, behandeld worden en vervolgend weer terug kunnen worden verplaatst. De in vivo transfer is de meest directe strategie en wordt dan ook het meest gebruikt.

Er zijn verschillende soorten virussen die gebruikt kunnen worden om genetisch materiaal in cellen te transporteren:

• Lentivirussen (waaronder HIV): vallen macrofagen en lymfocyten aan, kunnen niet-delende cellen integreren en worden gebruikt om neurologische aandoeningen te behandelen

• Adenovirussen: kunnen niet-delende cellen infecteren en hebben een groot effect op cellen van het ademhalingssysteem. Deze virussen gaan niet het genoom van de gastheercel in, waardoor insertional mutagenesis wordt voorkomen.

• Adeno-geassocieerde virussen: hebben co-infectie nodig van een adenovirus of een virus van de herpes familie. Als er geen helper virus is, gaat het adeno-geassocieerde virus het DNA binnen op de lange arm van chromosoom 19.

Er zijn ook non-virale methodes van gen therapie, waarvan de belangrijkste liposoom-gemedieerde-DNA transfer is. Hiermee kan een relatief grotere hoeveelheid DNA in de cel worden geplaatst en wordt er meestal geen immuunreactie opgewekt. Het kan soms wel langer duren en dan moet de behandeling een aantal keer herhaald worden.

RNA modificatie:

• Antisense oligonucleotides: deze manier wordt gebruikt om gen expressie te inhiberen. Er is een sequentie-specifieke binding die bindt aan het doel mRNA waardoor het de gen expressie inhibeert.

• RNA interferentie: deze manier wordt gebruikt om het mRNA te splitsen waardoor het actiever wordt.

Stamcellen zijn ongespecialiseerde cellen die worden gekenmerkt door hun vermogen van zelfvernieuwing en hun vermogen om te differentiëren naar elke gespecialiseerde cel die mogelijk is. Somatische stamcellen kunnen alleen differentiëren in celtypes die gelegen zijn in het orgaan waar ze vandaan komen (ook wel induced pluripotent stem cell, iPS, genoemd). Beenmerg transplantatie is een vorm van somatische stamcel therapie.

Mesenchymale stamcellen kunnen worden gebruikt om hartspierweefsel of bot te herstellen. MSCs hebben geen MHC II expressie of T-cel co-stimulatoire signaal expressie, waardoor ze niet worden herkend door het immuunsysteem.

Stamceltherapie is nu niet meer alleen dierproef experiment, maar het wordt nu ook getest op mensen.