Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht

19

Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht C. Schoen, M. Thonissen en C.E.L. Carels

2.1 Inleiding – 20 2.2 Hebben mondziekten een genetische basis? – 21 2.3 Theoretische achtergrond – 21 2.3.1 Gen en genoom – 21 2.3.2 Overerving – 22 2.3.3 Genetische variatie – 23

2.4 Genoomtechnologieën – 24 2.4.1 Genome wide association studies (GWAS) – 24 2.4.2 Next generation sequencing (NGS) – exoom sequencing (ES) – 25

2.5 Cariës als voorbeeld – 26 2.6 Toekomstige klinische toepassingen – 28 Literatuur – 30

J.K.M. Aps et al. (Red.), Het tandheelkundig jaar 2014, DOI 10.1007/978-90-368-0455-4_2, © 2014 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media BV

2

20

Hoofdstuk 2 • Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht

2.1 Inleiding

2

Evidence-based medicine maakt het mogelijk om behandelopties te selecteren op basis van stratificatie (het opsplitsen van de populatie/patiëntengroepen) en de gemiddelde respons op een behandeling. Het is belangrijk om te benadrukken dat de informatie over de respons op een bepaalde behandeloptie verkregen wordt uit onderzoeken die als doel hebben de variabiliteit in respons te minimaliseren of uit onderzoeken met een zeer grote patiëntengroep, zodat voor de variabiliteit in respons gecompenseerd wordt. Er wordt dus gestreefd naar een gemiddelde respons in een bepaalde groep. Door een grote genetische heterogeniteit in patiëntengroepen is er uiteraard wel een individuele variatie in het fenotype van een aandoening en in de respons op een behandeling. Gevolg van deze strategie is wel dat niet iedereen op de individueel meest geschikte manier behandeld wordt. Denk bijvoorbeeld aan het voorschrijven van coumarinederivaten. Aan de hand van klinische gegevens en de stollingstijd wordt de patiënt in een specifieke groep ingedeeld en wordt de dosis voorgeschreven zoals het gemiddelde in deze groep bepaalt. Vervolgens zal de dosis – afhankelijk van de respons van de patiënt – geleidelijk worden aangepast. Men zou het kunnen vergelijken met een bezoek aan een schoenenwinkel waar naar geslacht en lengte een schoenmaat wordt aangeboden op basis van de gemiddelde schoenmaat in de categorie van de klant. Als de klant later toch wat last zou hebben, dan moet de schoenmaat worden herzien. Sinds de voltooiing van het menselijk-genoomproject in 2003 is er een grote sprong voorwaarts gemaakt in het inzicht in de rol van het menselijk genoom in ziekte en gezondheid. De eerste ontdekkingen hebben gezorgd voor verbeteringen in de genetische geneeskunde – het gebruik van kennis over enkele genen om de diagnose en behandeling van ‘monogene’ aandoeningen te verbeteren. Recent hebben nieuwe technologieën echter ook geleid tot de opkomst van de genomische geneeskunde. Hier wordt gebruikgemaakt van de kennis van het hele genoom en van zijn interactie met omgevingsfactoren, om zo de diagnose en behandelopties van complexe ziekten te verbeteren. Het is de verwachting dat de genomische informatie weldra geïntegreerd wordt in de gepersonaliseerde geneeskunde. Preventieve maatregelen en behandelingen worden dan op basis van het eigen genoom en de omgeving afgestemd op het individu. Door de verdere progressie van het wetenschappelijk onderzoek en de toepassing van deze technieken in andere medische specialismen, is het toepassen van genomische technieken ook in de tandheelkunde onvermijdelijk. In de toekomst wordt de tandheelkundige besluitvorming gebaseerd op een analyse van de interactie van de unieke klinische, genomische, gedrags- en omgevingskenmerken van de patiënt. Hoewel de genomische informatie momenteel nog onvoldoende is, is het toch belangrijk dat de tandarts hiervan alvast het één en ander weet, omdat er op termijn concrete klinische toepassingen ontstaan. Met cariës als voorbeeld wordt eerst een antwoord gegeven op de vraag of mondziekten wel een klinisch relevante genetische basis hebben. Het toelichten van andere mondziekten zou verder reiken dan de strekking van dit artikel. Omdat tandartsen tijdens de opleiding slechts een beknopt overzicht krijgen van genetica, worden in deze bijdrage de basisprincipes en de belangrijkste technologische ontwikkelingen toegelicht. Voor de toepassing van deze nieuwe technologieën in de tandheelkunde wordt wederom cariës als voorbeeld bestudeerd. Tot slot wordt een klinisch toekomstperspectief geschetst.

2.3 • Theoretische achtergrond

2.2 Hebben mondziekten een genetische basis?

In de tandheelkunde is een genetische basis voor ontwikkelingsstoornissen van tanden en gelaat algemeen aanvaard. Clinici nemen echter vaak nog een sceptische houding aan wanneer het gaat over de meest voorkomende mondaandoeningen. In de geneeskunde worden observationele en experimentele onderzoeken gebruikt om te bepalen of een aandoening al dan niet een genetische basis heeft. Binnen de observationele onderzoeken zijn er grosso modo vier mogelijkheden: tweelingonderzoek, adoptieonderzoek, segregatiestudies en immigratiestudies. Door het gebruik van dit soort onderzoeksopzetten, is er eigenlijk al relatief lang geleden – en zeer uitvoerig – aangetoond dat de meeste mondziekten, waaronder cariës, een genetische basis hebben. Het klassieke onderzoek van Vipeholm uit 1954, waarin er voor het eerst werd aangetoond dat suiker cariës veroorzaakt, toonde aan dat 20% van de proefpersonen geen cariës had ontwikkeld. Uit een verdere familieaggregatie bleek dat ook de ouders van deze groep een veel lagere cariësprevalentie hadden. Dit deed dus toen al vermoeden dat er een individuele gevoeligheid bestaat voor cariës. Later heeft tweelingonderzoek aangetoond dat de heritabiliteit (= maat voor de genetische bijdrage aan de variabiliteit in het optreden van een bepaald kenmerk) van cariës varieert van 25% tot 80% (Vieira et al., 2012). Deze variatie is afhankelijk van het bestudeerde cariëskenmerk. Waarom ontkennen veel tandartsen de mogelijke rol van erfelijke factoren dan nog bij het ontstaan van orale pathologie? De reden hiervoor is dat deze aandoeningen meestal een multifactoriële oorzaak hebben en dat een specifieke genetische oorzaak en gevolgrelaties niet kunnen worden aangetoond met traditionele genetische testen. Veel klinisch relevante onderzoeken zijn dus alleen gericht op omgevingsfactoren zoals suiker, tandenpoetsen en bacteriën. Zoals verderop in dit hoofdstuk duidelijk wordt, maken de recente technologieën het mogelijk om toekomstige klinisch relevante genomische informatie te verkrijgen en een paradigmaverschuiving naar gepersonaliseerde tandheelkunde te bewerkstelligen. Genetica vormt dus een essentiële basis voor veel mondaandoeningen; bepaalde mensen hebben inherent een groter risico op het ontwikkelen hiervan. 2.3 Theoretische achtergrond 2.3.1 Gen en genoom

Het menselijk DNA bevindt zich in de celkern en bestaat uit 23 paren van chromosomen. Chromosomen zijn georganiseerde structuren van DNA-strengen die opgerold zijn rond eiwitten en een lange arm, q-arm, en een korte arm, p-arm, bevatten. Alle 46 chromosomen samen vormen het genoom van een individu. DNA wordt via transcriptie omgezet in RNA, dat op zijn beurt translatie ondergaat tot een eiwit. Vandaar dat een gen werd gedefinieerd als een bepaalde DNA-sequentie die codeert voor een bepaald eiwit. Aangezien we beschikken over paren van chromosomen, hebben we telkens twee versies van eenzelfde gen (allel), namelijk één van elke ouder. Beide allelen vormen het genotype van een bepaald gen en bepalen welke eiwitvariant er door een bepaald individu geproduceerd wordt. Het is belangrijk te weten dat slechts minder dan 2% van het DNA voor een eiwit codeert, en dit

21

2

22


transcriptie

2

3D-structuur epigenetica

eiwit-DNAinteractie

RNA-DNAinteractie

translatie

mRNA 1

modificatie eiwit 1

mRNA 2

eiwit 2a

mRNA 3

eiwit 3a

eiwit 2b eiwit 3b eiwit 4

niet-coderende RNA’s genoom

transcriptoom

eiwit 5 proteoom

. Figuur 2.1 De complexe regulering van transciptie, translatie en posttranslationele modificatie.

gedeelte wordt het exoom genoemd. De resterende 98% codeert niet voor een eiwit en zou een regulerende functie hebben, maar de specifieke werking hiervan is nog voor een groot deel onbekend. Het lijkt logisch om te veronderstellen dat een complexer organisme dus ook meer genen zou hebben (meer eiwitten = meer genen). Het menselijk-genoomproject, waarin de sequentie van het menselijk genoom werd vastgelegd, bracht aan het licht dat het menselijk genoom slechts ongeveer 23.000 genen bevat. In recent onderzoek is evenwel aangetoond dat de complexiteit van het genoom ook bepaald wordt door de regulatie van genen, zowel op het niveau van transcriptie, translatie als door de posttranslationele modificatie (Feero et al., 2010). Dit houdt in dat een enkel gen, afhankelijk van de omgeving waarin het zich bevindt, verschillende producten kan afleveren en dat de traditionele definitie van 1 gen = 1 eiwit onjuist is (. figuur 2.1). 2.3.2 Overerving

Overerving gebeurt door een fusie van een willekeurige helft van het genoom van de moeder en die van de vader. Tijdens de meiose vindt ‘crossing-over’ plaats tussen homologe chromosomen in willekeurige combinaties. De kans dat een nakomeling één bepaald allel overerft is dus 50%. Het is belangrijk te onthouden – voor verderop in dit hoofdstuk – dat hoe dichter bij elkaar twee punten (loci) zich op het chromosoom bevinden, hoe groter de kans is dat ze samen worden doorgegeven in verschillende generaties. De oorzaak van een bepaalde eigenschap/ziekte (= fenotype) bevindt zich op een continuüm van enerzijds een zuiver monogene etiologie en anderzijds een zuiver omgevingsgebonden etiologie. Tussen deze twee uitersten worden fenotypen bepaald door multipele genen of door de interactie van multipele genen en hun omgevingsfactoren (= complexe multifactoriële fenotypen), waartoe de meeste mondaandoeningen behoren (. figuur 2.2). Een erfelijke eigenschap kan dus twee zeer verschillende overervingspatronen volgen. Een eerste is een monogeen overervingspatroon, waarmee wordt bedoeld

23

2.3 • Theoretische achtergrond

omgevingsfactoren

genetisch frequent

zelden monogenetisch polygenetisch

. Figuur 2.2 Genen versus omgevingsfactoren in het ontstaan van mondaandoeningen (Van Andersson en Walley, 2010).

dat de eigenschap bepaald wordt door één enkel gen. Dit staat ook wel bekend als mendeliaanse overerving, omdat dit overervingspatroon beschreven werd door Gregor Mendel (1822-1884). Wordt een eigenschap bepaald door meerdere genen en hun interactie met omgevingsfactoren, dan spreekt men van een complexe of multifactoriële overerving. Voor de monogene aandoeningen zijn er al veel oorzakelijke genen geïdentificeerd – er zijn op dit ogenblik ongeveer 4000 mendeliaanse aandoeningen bekend (Online Mendelian Inheritance in Man). Voor complexe aandoeningen is dit tot op heden alleen nog maar gelukt voor de genen die een hoge penetrantie hebben. Recente technologische ontwikkelingen hebben echter de ontdekking van veel nieuwe oorzakelijke genen mogelijk gemaakt (zie 7 par. 2.4). 2.3.3 Genetische variatie

Mensen stammen allemaal af van dezelfde voorouder, met een bepaalde genoomsequentie. Na verloop van tijd hebben mutaties (veranderingen in deze DNA-sequentie) geleid tot variatie in het genoom. De meeste mutaties zijn ‘goedaardig’ en resulteren in een toename van de normale variatie, al dan niet met effect op het fenotype. Er zijn echter ook mutaties die geassocieerd zijn met pathogene variatie. Door mutaties kan er dus op elke plaats in het genoom een nucleotidevariatie ontstaan. Wanneer menselijke genomen met elkaar worden vergeleken, dan ziet men dat de meeste nucleotiden bij de meeste mensen precies hetzelfde zijn (dit betekent dat het allel een frequentie heeft van minstens 99% in de populatie) en dat er slechts ‘enkele’ posities zijn waar variatie vaak voorkomt (ongeveer 1 op de 300 nucleotiden). De posities waar variatie wel vaak voorkomt staan bekend als polymorfismen, waarbij de frequentie van het zeldzame allel een frequentie van meer dan 1% in de populatie heeft. Een belangrijk soort polymorfisme is het zogenoemde ‘single nucleotide polymorfisme’ (SNP), waarbij slechts één nucleotide verschillend is en die als merker gebruikt wordt bij een belangrijke genoomtechnologie. Dankzij het HapMap-project, waarbij de menselijke variatie in kaart is gebracht, zijn er nu veel single nucleotide polymorfismes bekend.

2

24


ziekte met genetische component

2

familiestudies

populatiestudies

linkage analyse

exome sequencing

1

2

associatieanalyse

genome-wide

enkele genen

variatie

zeldzaam

3

1

frequent

2 3 monogenetisch

polygenetisch

. Figuur 2.3 De mogelijkheden voor het bestuderen van de genetische oorzaken van ziekten met een genetische component.

2.4 Genoomtechnologieën

In het pregenomische tijdperk (vóór het menselijk-genoomproject) was het identificeren van genen voor erfelijke aandoeningen een zeer moeilijke en langdurige aangelegenheid. In de meeste gevallen werden aandoeningen in families bestudeerd om de chromosomale locatie te bepalen (linkage onderzoek). Voor monogene aandoeningen bleek deze linkage analyse zeer succesvol, maar voor multifactoriële aandoeningen werd met deze methode onvoldoende resultaat bereikt. Doordat multipele genen betrokken zijn, bleken linkage onderzoeken bij multifactoriële aandoeningen niet krachtig genoeg. Recente technologische ontwikkelingen hebben het bestuderen van multifactoriële aandoeningen mogelijk gemaakt, met name ‘exoom sequencing’ en associatieonderzoeken (zie . figuur 2.3). Sequencing is het bepalen van de sequentie van een stuk DNA en dit kan variëren van het bepalen van een klein fragment tot het gehele genoom. 2.4.1 Genome wide association studies (GWAS)

Hoewel het bepalen van de sequentie van het menselijk genoom een grote stap voorwaarts was en nog steeds is, kon het niet aan alle initiële verwachtingen voldoen.

2.4 • Genoomtechnologieën

Er was vooral maar weinig vooruitgang geboekt met betrekking tot de genetische basis van complexe ziekten, omdat de betekenis van de sequentie op eiwitniveau nog niet duidelijk was. Aangezien het proteoom (de verzameling van alle eiwitten) het fenotype bepaalt, waren verbanden tussen genotype en fenotype beperkt. Bijvoorbeeld, het vergelijken van de sequentiedata van een patiënt met agressieve parodontitis met die van een gezond individu bracht de genetische basis van agressieve parodontitis niet aan het licht. Dit heeft aanvankelijk geleid tot het opzetten van genoom-breed associatieonderzoek met als doel een bepaald fenotype met bepaalde genomische locaties te associëren (Kim et al., 2012). Zoals eerder vermeld, als twee loci dicht bij elkaar liggen op een chromosoom, is er een grotere kans dat ze samen overgeërfd worden. De loci waarvan onderzoekers gebruikmaken bij een genoom-breed associatieonderzoek zijn single nucleotide polymorfismes. Met behulp van next generation sequencing (NGS) of een andere, niet in dit artikel besproken methode, worden alle single nucleotide polymorfismes van een bepaalde patiëntengroep met die van een gezonde controlegroep bepaald (casecontrolstudie). Als een bepaald single nucleotide polymorfisme statistisch gezien meer voorkomt in de patiëntengroep dan in de controlegroep, dan kan dit komen doordat het single nucleotide polymorfisme zelf een rol speelt of – meestal – doordat het single nucleotide polymorfisme in de buurt ligt van een gen dat iemand vatbaar maakt voor die bepaalde aandoening. Bij het uitvoeren van een genoom-breed associatieonderzoek wordt dus een lijst met single nucleotide polymorfismes verkregen die dicht bij een vatbaarheidsgen voor een bepaalde aandoening zouden kunnen liggen. Zulke single nucleotide polymorfismen noemt men geassocieerde single nucleotide polymorfismes, die genoom-breed (p-waarde kleiner dan 10E-7 of 10E-8) of suggestief (p-waarde kleiner dan 10E-5) kunnen zijn. Met behulp van deze data is een begin mogelijk van het ontcijferen van de genetische mechanismen van de complexe ziekte. Het is belangrijk dat deze bevindingen wel gevalideerd worden door verder onderzoek, dat gericht wordt op de gevonden kandidaat-genen. Er is reeds een aantal genoom-brede associatieonderzoeken uitgevoerd in het toepassingsgebied van de tandheelkunde, onder andere voor cariës, parodontitis, mondkanker en schisis (Hindorff et al., 2013). 2.4.2 Next generation sequencing (NGS) – exoom sequencing

(ES)

Het vastleggen van de volledige sequentie van het menselijk genoom heeft dertien jaar geduurd en heeft ongeveer drie miljard dollar gekost. Dat had verschillende redenen. Het menselijk genoom bevat ongeveer 3,2 × 109 nucleotiden en men kon in die tijd slechts 500-1000 nucleotiden per keer sequensen. Bovendien nam het analyseren en in de juiste volgorde zetten van de fragmenten ook veel tijd in beslag. Om fouten te vermijden, diende elk fragment overigens meermaals gesequenced te worden. Het menselijk-genoomproject heeft de ontwikkeling van nieuwere sequencingtechnieken gestimuleerd; hierdoor kan een volledig genoom nu in één dag gesequenced worden en dat voor de laboratorium-technische kostprijs van ongeveer 1000 dollar. De nieuwe technieken maken een massale parallelle sequencing (miljoenen fragmenten tegelijk) van 50-100 nucleotidefragmenten in enkele uren mogelijk. Dit betekent dat elke sequencing informatie over 100 miljard nucleotiden kan verschaffen.

25

2

26

2


Deze grote hoeveelheid data kan bovendien, met de huidige computers, automatisch worden samengesteld. Zoals eerder vermeld, bevat maar 2% van het genoom eiwitcoderende sequenties en weet men vandaag de dag nog steeds maar weinig over de functionele significantie van de resterende 98%. Nu de kennis over het fenotypische gevolg van het coderend gedeelte iets is toegenomen, is men parallel aan genoom-brede associatieonderzoeken begonnen met het sequensen van de coderende sequenties (exoom sequencing). Het grote voordeel hiervan is dat zo ook zeldzame varianten gedetecteerd kunnen worden, hetgeen niet het geval is bij genoom-brede associatieonderzoeken. Na het bepalen van de coderende sequentie maakt men, op basis van toenemende biologische kennis, met behulp van bio-informatica een rangschikking van mogelijk betrokken pathogene variaties. Er zijn momenteel nog geen gepubliceerde exoom sequencing data voor mondziekten beschikbaar. 2.5 Cariës als voorbeeld

Aangezien cariës geen klassieke mendeliaanse overervingspatronen kent en het gemodificeerde linkage onderzoek zeer zwak is voor multifactoriële ziekten, hebben er nauwelijks klassieke genetische identificatieonderzoeken plaatsgevonden. Er is maar één linkage onderzoek over cariës bekend, uitgevoerd bij Filippijnse families (Vieira et al., 2008). Dit onderzoek suggereerde een koppeling tussen chromosoompositie 5q13.3, 14q11.2 en Xq27.1 met een lage cariësprevalentie en tussen 13q31.1 en 14q24.3 met een hoge cariësprevalentie. Aangezien bij linkage analyses de gekoppelde chromosomale regio’s zeer groot zijn, konden de onderzoekers de oorzakelijke genen niet met zekerheid identificeren. Wel hebben ze aangetoond dat er op deze locaties genen gelegen zijn die de speekselsecretie reguleren en genen die de voorkeur voor een bepaald dieet bepalen. Ook muizenonderzoek is gebruikt om kandidaat-genen voor cariës op te sporen (Nariyama et al., 2004). De methode hiervoor is, zeer eenvoudig uitgelegd, het kruisen van muizenstammen die zeer cariësgevoelig zijn met muizenstammen die cariësresistent zijn. Zo is aangetoond dat loci op de chromosomen 1, 2, 7, 8 en 17 invloed hebben op vatbaarheid voor cariës. De oorzakelijke genen zijn ook bij deze studies niet ontdekt. Door de eerder uitgelegde vorderingen in genoomtechnologieën werd het mogelijk om associatieonderzoeken bij cariës- en controlegroepen uit te voeren. Eerst werden kandidaat-genassociaties uitgevoerd, waarbij de kandidaten gekozen werden op basis van biofunctionele overwegingen (Werneck et al., 2010). Genen werden gekozen omdat ze deel uitmaakten van biologische processen die logisch gezien verbonden zouden moeten zijn met de ontwikkeling van cariës. Deze onderzoeken hebben wel een aantal mogelijk cariësgeassocieerde genen geïdentificeerd (zie . tabel 2.1). Het probleem is echter: 55 dat deze genen geen genomische significantie bereikt hebben in latere genoombrede associatieonderzoeken; 55 dat er zeer weinig onafhankelijke replicatieonderzoeken zijn; 55 dat de onderzoekspopulaties klein waren; 55 dat vele slechts een suggestieve associatie hadden (lage statistische significantie).

27

2.5 • Cariës als voorbeeld

. Tabel 2.1 Lijst van vatbaarheidsgenen voor cariës. biologische functie

geassocieerde genen

ontwikkeling (tand en/of orofaciaal)

AMELX, AMBN, TUFT1, ENAM, TFIP11, KLK4, FAM83H, WDR72, MMP20, TFIP11, ACTN2, EPHA7, MTR, EDARADD, ZMPSTE24*, ADMTS3*, ISL1*, RHOU*, FZD1*, ABCG2+, IFT88+, NKX2-3+, SMAD7+, PKD2+, dentine/bot SCPP sub familie +, EDNRA+, NKX2-3+, TWSG1+, BCOR-, INHBA-

speekselfunctie

PRH1, CAB6, LPO

smaak

TAS2R38, TAS1R2, GNAT3

immuniteit

DEFB1, HLADRB1, CD14, MPPED2, RPS6KA2*, PTK2B*, TLR2*, IL17D+, CXCR1-, CXCR2-

De cursief gezette genen komen uit kandidaat-genstudies, de vetgedrukte uit het eerste genoom-brede associatieonderzoek, de genen met een * zijn afkomstig uit het tweede genoom-brede associatieonderzoek, de genen met een + komen uit het derde genoom-brede associatieonderzoek en de genen met een – uit het vierde genoom-brede associatieonderzoek.

Vier genoom-brede associatieonderzoeken werden tot dusver gepubliceerd, één voor melkdentitie en drie voor de blijvende dentitie. Het eerste genoom-brede associatieonderzoek betreffende cariës op melkelementen vond geen genoom-brede associaties maar wel vijf single nucleotide polymorfismen op de chromosomen 1 en 11 en 17, met een suggestieve associatie in de nabijheid van vijf kandidaat-genen met een plausibele biologische rol (Shaffer et al., 2011) (zie . tabel 2.1). De onderzoeksgroep heeft het onderzoek verder onderverdeeld in een lage en hoge fluoride-inname met drie extra suggestieve kandidaat-genen (zie . tabel 2.1). Een bijkomend onderzoek heeft deze suggestieve associaties echter niet kunnen repliceren, behalve dan in beperkte mate voor TFIP11. TFIP11 codeert voor een eiwit dat interacteert met TUFT1. TUFT1 codeert voor een glycoproteïne in glazuur en is, in andere onderzoeken, in aanwezigheid van grote aantallen Streptococcus mutans mogelijk geassocieeerd met cariës. Alleen AMBN, GNAT3 en TAS1R2 van eerdere kandidaat-genassociaties lieten single nucleotide polymorfismes zien met een nominale significantie (0,05 > p > 0,001). Een tweede genoom-breed associatieonderzoek, betreffende cariës op definitieve gebitselementen, vond evenmin genoom-brede significante associaties (Wang et al., 2012). Weer waren er wel zeven kandidaat-genen met een zeer plausibele biologische rol die suggestieve significantie bereikten (zie . tabel 2.1). Belangrijk is, dat geen enkel kandidaat-gen van het vorige genoom-brede associatieonderzoek werd gerepliceerd in dit tweede genoom-brede associatieonderzoek. Vermoedelijk is dit deels te verklaren doordat een verschillende dentitie bestudeerd werd (melkdentitie versus blijvende dentitie). Een veelgebruikte manier om de kracht van een genoom-breed associatieonderzoek te vergroten is het bestudeerde fenotype specifieker te definiëren. De gebruikte criteria voor cariës waren divers, maar het minimumcriterium was radiologisch bewijs van cariës op één (melk)element. Onderzoek heeft echter aangetoond dat oppervlakken van verschillende gebitselementen en gebitslocaties een verschillende genetische vatbaarheid hebben en dat risicofactoren dus een variabele invloed

2

28

2


uitoefenen op verschillende groepen op basis van de locatie (Shaffer et al., 2013). Daarom zijn er nog twee extra genoom-brede associatieonderzoeken uitgevoerd met een specifiekere definitie van het cariës fenotype om zo significantere associaties te ontdekken. Het derde genoom-brede associatieonderzoek, betreffende pit/fissuurcariës en cariës van gladde oppervlakken van de blijvende dentitie vond ook geen genoombrede associaties, maar wel bijkomende suggestieve associaties (Zeng et al., 2013) (zie . tabel 2.1). Voor pit/fissuurcariës waren er twee kandidaat-genen op chromosoom 7 en X. Voor cariës op de gladde oppervlakken waren er drie kandidaat-genen op chromosoom 2 en X. Interessant is dat twee homologe en nauw gerelateerde genen op twee verschillende locaties suggestief zijn gevonden en dat deze zich in de buurt van locus Xq27.1 bevinden die in een eerder onderzoek al is geassocieerd met cariës. In het tot nu toe laatst uitgevoerde genoom-brede associatieonderzoek zijn twee genoom-brede significante associaties geïdentificeerd, met name LYZL2 voor cariës in het onderfront en AJAP1 voor cariës ter hoogte van de premolaren en cuspidaten in de maxilla (Shaffer et al., 2013). LYZL2 codeert voor een bacteriolytisch agens en AJAP1 speelt mogelijk een rol in de tandontwikkeling. Er werden verder tien kandidaat-genen geïdentificeerd met een plausibele biologische rol die suggestieve significantie bereikte (zie . tabel 2.1). De conclusie kan zijn dat er voor cariës waarschijnlijk zeer veel vatbaarheidsgenen zijn, waarvan elk gen maar een klein individueel effect heeft. Het gezamenlijk effect heeft wel een belangrijke klinische relevantie, aangezien dit verantwoordelijk bleek voor 25-80% van de variatie in optreden van cariës. Als men de betrokken biologische processen bekijkt, dan is te zien dat genetische achtergrond zowel een directe als indirecte invloed kan hebben op de ontwikkeling van cariës. Bijvoorbeeld, de betrokken smaakreceptoren leiden niet direct tot cariës, maar kunnen wel leiden tot een hoge suikerinname. Verder blijkt dat niet elk gebitselement of elementvlak hetzelfde genetische risico vertoont. 2.6 Toekomstige klinische toepassingen

Tot op heden hebben onderzoeken zich gericht op het verkrijgen van de nu beschikbare kennis, vooral op wat we nu weten over de coderende sequentie van eiwitten. Met behulp van de nieuwe genoomtechnologieën ontstaan er lijsten van single nucleotide polymorfismes die gekoppeld zijn aan mogelijke vatbaarheidsgenen. Hoewel in dit hoofdstuk alleen cariës werd toegelicht, vindt deze evolutie ook voor andere mondziekten plaats (Eng et al., 2012). Hierbij gelden echter enkele restricties en is belangrijk om voor ogen te houden: 55 dat voor vele associaties replicatie in onafhankelijke groepen nog moeten worden aangetoond; 55 dat replicatie niet voldoende is om met zekerheid te stellen dat een bepaald gen betrokken is bij een aandoening. Er is immers een verschil tussen een associatie en een causaliteit: een functioneel verband tussen het gen en de aandoening moet worden aangetoond door middel van functioneel en experimenteel werk; 55 dat de lijsten die momenteel beschikbaar zijn nog maar een klein deel van de volledige erfelijkheid verklaren en dat de meeste individuele associaties slechts een zeer laag relatief risico vertonen;

http://www.springer.com/978-90-368-0454-7

Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht

Recommend Documents