Erfelijkheid: nieuwe DNA testen en dilemma’s die daarbij horen NVN Nederlandse Nierdag 4 oktober 2014 Nine Knoers Afdeling Medische Genetica
Overzicht presentatie
• Algemene principes genetica • Belang van erfelijkheidsonderzoek bij nierziekten • Nieuwe genetische testen: mogelijkheden en dilemma’s
Zo simpel is het niet........................
Erfelijke eigenschappen opgeslagen in iedere lichaamscel Organisme/lichaam
Orgaan
Cel
Mens heeft 46 chromosomen in iedere cel (23 paren)
Op deze chromosomen liggen ca. 22.000 genen
Gen = stuk van DNA dat code bevat voor eigenschap
* DNA * RNA
X eiwit*
Erfelijkheid algemeen
Erfelijkheid algemeen Ieder mens draagt zijn erfelijk materiaal in 2-voud bij zich
Erfelijke aanleg wordt via chromosomen overgedragen aan kinderen
De ene helft komt van moeder en de andere helft van vader
Verschillende overervingsvormen voor erfelijke ziekten
§
Autosomaal dominant
§
Autosomaal recessief
§
Geslachts-gebonden (X-gebonden)
Autosomaal Dominante overerving
§ Niet aan geslacht gebonden: zowel mannen als vrouwen kunnen de ziekte krijgen § Iemand die eenmaal de erfelijke aanleg voor de ziekte heeft (op één van beide chromosomen van een paar) krijgt de ziekte § Ieder kind van persoon met erfelijke aanleg voor de ziekte heeft 50% kans om deze aanleg te krijgen
Autosomaal dominante overerving
= aangedaan
= chromosoom met
gen-mutatie
Autosomaal dominante nierziekten Dominante polycysteuze nierziekte
Nagel-Patella syndroom § Liddle syndroom § Branchio-oto-renaal syndroom § Tubereuze sclerose
Autosomaal recessieve overerving § Niet aan geslacht gebonden: zowel mannen als vrouwen kunnen de ziekte krijgen § Erfelijke aanleg voor ziekte (ziektegen) ondergeschikt (recessief) aan normale aanleg § Iemand die éénmaal ziektegen heeft en éénmaal normale gen is drager van de ziekte en niet ziek § Iemand die tweemaal ziekteaanleg heeft krijgt de ziekte § Kind kan alleen ziekte krijgen wanneer hij/zij erfelijke aanleg daarvoor van zowel vader als moeder heeft gekregen.
Autosomaal recessieve overerving
= drager
= aangedaan
Autosomaal recessieve nierziekten § Nefrotisch syndroom § Bartter syndroom § Gitelman syndroom § Pseudohypoaldosteronisme § Nefronoftise § e.v.a.
Cystinose
Bron : Gahl et al., NEJM 2002
Recessieve polycysteuze nierziekte
Geslachtsgebonden overerving
§ Ziekteaanleg ligt op één van geslachtschromosomen (Xchromosoom) § Wel aan het geslacht gebonden: mannen met ziekteaanleg krijgen ziekte § Vrouwen met ziekteaanleg zijn draagster voor ziekte en hebben over algemeen (maar niet altijd) geen of slechts milde verschijnselen § Draagster heeft 50% kans om ziekteaanleg door te geven
Geslachtsgebonden overerving
= drager XY
XX
XY
= aangedaan XX
XY
XX
XY
Geslachtsgebonden nierziekten
Alport syndroom
§ Ziekte van Dent § Ziekte van Fabry § Syndroom van Löwe § e.v.a. Nefrogene diabetes insipidus
Somlo & Mundel, 2000
Perry et al., 1967
Dragerschap erfelijke ziekten: autosomaal recessief § Wij zijn allemaal drager van 1-2 recessieve ziekten § Dragers zijn niet ziek § Kans dat je als partners drager bent voor zelfde ziekte is relatief laag, tenzij: § Je familie van elkaar bent § Het gaat om veel voorkomende ziekte § Dragerschap wordt veelal pas duidelijk wanneer je aangedaan kind hebt § Preconceptionele screening dragerschap is in Nederland nog niet geregeld
Dragerschap erfelijke ziekten: geslachts (X-) gebonden
§ Draagsters van X-gebonden aandoeningen zijn over algemeen minder of helemaal niet aangedaan § Draagsterschap wordt meestal pas duidelijk wanneer er een zoon is met de ziekte of wanneer er andere jongens in familie zijn met de ziekte en vrouwen genetisch onderzocht worden
Overzicht presentatie
• Algemene principes genetica • Belang van erfelijkheidsonderzoek bij nierziekten • Nieuwe genetische testen: mogelijkheden en dilemma’s
“ Dokter, is het erfelijk?”
Erfelijkheidsonderzoek is belangrijk omdat...... § het kan helpen bij de diagnostiek van ziekte § wij dragers van ziekten kunnen opsporen § wij patiënt/familieleden erfelijkheidsadvies kunnen geven § patiënt/familie op basis daarvan bepaalde keuzes kan
maken § Via onderzoek van betrokken genen (nieuwe) ideeën
kunnen ontstaan over behandeling van ziekte
Erfelijkheidsadvies = counseling
§
Bespreken uitslagen aanvullend onderzoek
§
Bespreken herhalingsrisico
§
Hulp bieden om met geboden informatie om te kunnen gaan en gedragslijn te kiezen
Counseling: reproductieve keuzes § Risico nemen § Afzien van verdere eigen kinderen § Adoptie/Pleegkinderen § Eicel- , zaadceldonatie § Prenatale diagnostiek § Preïmplantatie genetische diagnostiek en alleen niet aangedane embryo’s terugplaatsen
Prenatale diagnostiek: onderzoek tijdens zwangerschap Verhoogd risico op een met DNA-onderzoek aantoonbare ernstige erfelijke aandoening
Vlokkentest: ~ 11e week zwangerschap
Vlokken bevatten DNA van foetus dat in laboratorium kan worden onderzocht Uitslag uiterlijk 2 weken
Preïmplantatie Genetische Diagnostiek (PGD) § In combinatie met IVF § Indicaties: ernstige met DNA-onderzoek aantoonbare erfelijke aandoeningen § Alleen in Maastricht § Transport PGD: UMCU, UMCG, AMC
Biopsie op dag 3
Preïmplantatie Genetische Diagnostiek (PGD) § Voordeel: Vanaf begin van zwangerschap duidelijk dat foetus niet is aangedaan § Nadeel: aantal geslaagde zwangerschappen laag § Voor erfelijke nierziekten: dominante en recessieve polycysteuze nierziekten, congenitaal nefrotisch syndroom, Alport syndroom, ziekte van Fabry
Overzicht presentatie
• Algemene principes genetica • Belang van erfelijkheidsonderzoek bij nierziekten • Nieuwe genetische testen: mogelijkheden en dilemma’s
Behoefte betere, snelle, niet-invasieve, goedkopere techniek in diagnostiek Mutatie in DNA ?
OF
Verkeerd aantal chromosomen?
Ø Geen diagnostische test voor vele monogene aandoeningen Ø Geen diagnostische test voor de meest complexe aandoeningen
Nieuwe mogelijkheden DNA onderzoek/ diagnostiek 1953 2003
1953
3 miljard dollar
Next Generation Sequencing (NGS)technologie: genomen heel snel lezen
DNA
? Alle DNA varianten
Interpretatie complex: veel puzzelwerk Supercomputers en Bioinformatische expertise!
De eerste volledige genomen James Watson
Craig Venter
PloS Biology 2007
Marjolein Kriek
Nature 2008
Nature 2008
Nature 2008
Op zoek naar speld in een hooiberg § Humane genoom bestaat uit ~3 miljard nucleotiden
§ Mutatie op één positie kan al tot ernstige ziekte leiden
§ Hoe vinden we ziekteveroorzakende mutatie en onderscheiden we die van onschuldige varianten?
Verminderen complexiteit NGS Verrijking voor deel genoom voorafgaand aan sequencing
Voordelen: § Slechts deel van genoom hoeft te worden gesequenced § Hogere sequentiedekking
Verminderen complexiteit NGS
Ø Volledige exoom: coderende delen van alle 22.000 genen Ø Deel van genoom dat we het beste begrijpen Ø Waar we mutaties voor monogeen erfelijke ziekten verwachten Ø 1/6 van kosten, 1/15 van hoeveelheid data i.v.m. volledige genoomananalyse Ø Specifieke set genen in context van ziekte van patiënt (bij zgn.heterogene ziekten, zoals nefrotisch syndoom, nefronoftise)
Volledige exoom sequencing: alle EXonen van het genOOM 180.000 exonen, 1-2% van volledige genoom
Hybridize genomic DNA to a sequence capture array
Amplify enriched exome DNA
Elute hybridized DNA from the array slide (thus only containing the exome)
Uitdaging Interpretatie DNA varianten: hoe vind ik de oorzakelijke mutatie? Sequentie-analyse 22.000 genen! 50.000 varianten "! 1 oorzakelijke mutatie
Stapsgewijs filteren data
Biesecker et al., Nature Genet 2010
Informatie over ‘gewone’ variatie essentieel
§ NCBI dbSNP § Exomes HapMap db § 1000 Genomes project § Genoom van Nederland § In –house databases
E. Pennisi, Science 2010
Veel oorzaken genetische aandoeningen gevonden met exoom sequencing
Exoom sequencing: Ontbrekende genen vinden bij heterogene ziekten Nefronoftise § Groep van erfelijke cysteuze nierziekten § Zeldzaam ( ~1 in 1.000.000) § Maar: meest voorkomende genetische oorzaak van nierfalen in kinderen/jong volwassenen Stafrace & Stafrace &Khan Khan2010 Pediatr Radiol 2010
§ Eindstadium nierfalen: meestal vroege tienerjaren
Hildebrandt et al., JASN 2007 , 2009
Exoom sequencing: Ontbrekende genen Nephronophthisis (NPHP) Usher syndroom vinden bij heterogene ziekten Nefronoftise
CEP164, ZNF423, Chaki et al., Cell 2012 SLC41A1, Hurd et al., JASN 2013 IFT172, Halbritter et al., AJHG 2013 WDR34, Schmidt et al., AJHG 2013 …………………….
Aangepast naar Halbritter J. et al. 2013
Klinisch nut exoom sequencing § Diagnose stellen: einde diagnostische odyssee § Brengt rust patient/familie § Voorkomt verdere (dure) onderzoeken § Exoom eerst; geen noodzaak nierbiopsie? § Voorspellende waarde: § Effectiviteit plasmaferese in aHUS § Reactie immunosuppressieve behandeling & risico terugkeer ziekte na transplantatie bij bepaalde vormen nefrotisch syndroom …….. § …………….
Klinisch nut exoom sequencing § Basis voor genetische counseling en preventieve maatregelen § Voordelen testen dragerschap (AR ziekten) • Preconceptioneel: reproductieve keuzes § Toename screeningsmogelijkheden • Prenataal (niet-invasieve prenatale diagnostiek?) • Neonataal
Maar ……………………
Biologisch probleem: bewijs dat mutatie ook echt oorzaak is Ethische problemen: “bij-vangst”, niet alleen de mutaties worden opgespoord voor de ziekte waar je naar zoekt maar ook andere (mogelijk schadelijke) mutaties Juridische problemen: Wie is eigenaar gegevens, hoe slaan we gegevens op, wie mag gegevens inzien?
De volgende stap: Volledige Genoom Sequencing
en Personal Genomics
Prof dr Edwin Cuppen Humane Genetica, UMC Utrecht Hubrecht Institute
§ Alle 3 miljard nucleotiden gesequenced in één experiment Een genenpaspoort Wat is dat eigenlijk?
§ Enorme hoeveelheid data: uitdaging m.n. in interpretatie
§ Ethische dilemma’s gelden des te meer § Verwachting is dat dit binnen enkele jaren alle andere methoden van sequencing in onderzoek & diagnostiek zal vervangen
