Etiologie van myopie en introductie van MYopie STudie (MYST)

Nascholing myopie voor oogartsen, 10-02-2011

Etiologie van myopie en introductie van MYopie STudie (MYST)

Virginie Verhoeven, PhD Oogheelkunde/Epidemiologie ErasmusMC Rotterdam

Onderzoeksvragen ErasmusMC  Wat zijn de genetische oorzaken van myopie?  Zijn er gemeenschappelijke pathways?  Bieden deze pathways aanknopingspunten voor behandeling?

Wat is er al bekend over de etiologie van myopie?

Huidige inzichten  Hypothese Groei van het oog wordt getriggered door een visueel opgewekte ‘signaalcascade’, die begint in de retina, door het choroid gaat en tot vervorming van de sclera leidt  Complex  Genetische factoren  Omgevingsfacotren  Educatie  Dichtbijwerk  Buitenactiviteiten

Tweelingstudies MZ>DZ

Ouder-kind studies (familie aggregatie)

Farbrother et al 2004; n = 296 hoog myope probands

Literatuur: bewijzen voor genetische factoren  Linkage  MYP 1-18, 10 andere chromosomale regio’s (Baird et al. 2010)  Kandidaatgenen  TGFβ1, LUM, HGF, TGIF, PAX6, COL1A1, COL2A1, TGFβ2, BMP2, c-MET, UMODL1, CHRM1, MMP-1, -3, -9 (Baird et al. 2010)  GWAS  11q24.1 (Nakanishi et al. 2009)  15q14 (Solouki et al. 2010)  15q25 (Hysi et al. 2010)

Eigen bevindingen: Identificatie van kandidaatgenen GJD2 en ACTC1

Studiepopulatie (n = 15608) Myopie

Emmetropie

Initiële cohort

Hypermetropie

Validatiecohorten

6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Age (yrs)

RS-I

RS-II

RS-III

ERF

TwinsUK

55+

55+

45+

18+

18+

Methoden: GWAS  Oogheelkundig onderzoek 

o.a. auto-refractie, best gecorrigeerde visus, keratometrie, oogdruk, perimetrie, fundusfoto’s, HRA, HRT, OCT

• Genotypering •

RS-I: Illumina Infinium II HumanHap550chip v3.0

•

RS-II: HumanHap 550 Duo Array/Illumina Human 610 Quad Array

•

RS-III: Illumina Infinium II HumanHap550chip v3.0

•

ERF: Illumina 6k, Illumina 318K, Illumina 370K and Affymetrix 250K

•

TwinsUK: Illumina’s HumanHap 300k duo chip/Illumina’s HumanHap610 Quad

• Imputatie • Rotterdam: MACH 1.0.15, Hapmap #22 • TwinsUK: IMPUTE 2, HapMap #22

• Analyse • 2,5 miljoen SNPs met MAF > 0.01 • Uitkomst: spherisch equivalent als continue trait

Resultaten: Manhattan plot discovery cohort RS-I Genome wide significante P waarde

chrom 15q14

Validatie in replicatie cohorten

SNP

Discovery Cohort RS-1

Meta-analyse

N=5328

N=15608

MA

MAF

Beta

P

Beta

P

rs688220

A

0.45

-0.27

1.76 x10-8

-0.20

2.79x10-11

rs580839

A

0.44

-0.27

1.89x10-8

-0.20

2.53 x10-11

rs619788

A

0.44

-0.27

1.92 x10-8

-0.20

2.53 x10-11

rs4924134

G

0.44

-0.27

2.04 x10-8

-0.21

1.36 x10-12

rsrs560766

A

0.44

-0.26

4.27 x10-8

-0.20

7.46 x10-12

rs7176510

T

0.45

-0.26

5.16 x10-8

-0.20

2.49 x10-11

rs7163001

A

0.44

-0.26

5.23 x10-8

-0.21

5.61 x10-12

rs11073060

A

0.44

-0.26

5.76 x10-8

-0.21

3.65 x10-12

rs8032019

G

0.40

-0.26

6.09 x10-8

-0.19

2.97 x10-10

rs685352

G

0.44

-0.25

8.80 x10-8

-0.21

4.19 x10-12

rs524952

A

0.47

-0.25

1.03 x10-7

-0.23

3.18 x10-14

rs634990

C

0.47

-0.25

1.03 x10-7

-0.23

2.21 x10-14

rs11073059

A

0.44

-0.25

1.20 x10-7

-0.20

8.45 x10-12

rs11073058

T

0.44

-0.25

1.30 x10-7

-0.20

8.45 x10-12

Risico op myopie voor top-SNP  rs634990 T>C  myopie (SE<= -3D) versus hypermetropie (SE >= +3D) Risico in heterozygoten (TC)

Risico in homozygoten (CC)

15q14 locus

GOLGA8B GJD2 ACTC1

Genfunctie  GOLGA8B (Golgi Autoantigen Golgin-67)  Golgi-complex, Golgi auto-antigen  Geen specifieke functie in de retina beschreven  Nauwelijks expressie in de retina  ACTC1 (Cardiac Muscle Alpha Actin 1)  Smooth muscle actin-1  Functionele rol in oog onduidelijk  Verhoogde concentratie actines aanwezig in myope ogen (Jobling et al. 2009)  Expressie in de retina  GJD2 (Gap Junction Protein Delta 2)  Connexin36, gap junction protein  Aanwezig in fotoreceptoren  Speelt een belangrijke rol in de signaaloverdracht in de retina (Kihara et al. 2009, Deans et al. 2002, Striedinger et al. 2005, Guldenagel et al. 2001)

 Hoge expressie in de retina

Vervolgexperimenten GJD2 en ACTC1  Sequencen van GJD2 en ACTC1  47 vs. 95 samples met risicogenotype  OCT oogmetingen  3 GJD2 knockout muizen, 4 wild type muizen

 Electroretinografie (ERG)  11 deelnemers met risicogenotype

 Regulatoire eenheden

Vervolgexperimenten GJD2 en ACTC1  Sequencen van GJD2 en ACTC1  47 vs. 95 samples met risicogenotype  OCT oogmetingen  3 GJD2 knockout muizen, 4 wild type muizen

 Electroretinografie (ERG)  11 deelnemers met risicogenotype

 Regulatoire eenheden

Regulatoire elementen op 15q14 locus  7 DNase I hypersensitivity sites  6 enhancers obv chromatine/histon modificatie  20 pieken die wijzen op conservering van dit gebied  1 insulator

 Varianten of mutaties in regulatoire elementen op 15q14 zouden kunnen leiden tot veranderde transcriptie van genen in de 15q14 regio

Enhancers en insulatoren

Heintzman et al. 2009

15q25 locus  Kandidaatgen RASGRF1  Komt tot expressie in neuronen en retina, speelt rol in fotoreceptoren  RASGRF1 knockout muizen hebben zwaardere lens

Kandidaatgenen  Kandidaatgenen 15q14 en 15q25  Signaaloverdracht  Modulatie sclera GJD2, RASGRF1

ACTC1

Myopie loci 15q14 en 15q25

Sept 2010

Vervolg  Next-generation sequencing van de gehele geassocieerde regio 15q14  Meta-analyse: 14 internationale studies (n = 30000) bereid gevonden om 15q14 en 15q25 te repliceren  Functionele studies  MYopie Studie

MYopie STudie Case-controle studie naar hoge myopie

MYopie Studie (MYST)  600 cases met hoge myopie  Brilsterkte ≤ -6 dpt  Leeftijd ≥ 25 jaar  Cataractextractie of refractiechirurgie geen bezwaar

 600 emmetrope controles  Brilsterkte -1,5 dpt tot +1,5 dpt  Leeftijd ≥ 25 jaar  Cataractextractie geen bezwaar (mits daarvoor emmetroop)  Leesbril geen bezwaar

 Exclusie: myopie bij syndroom

Onderzoeksprotocol MYST (1) Deel 1  Autorefractor met keratometrie

 Best gecorrigeerde visus

 IOP

 Aslengte van voor- en achtersegment, corneadikte en lensdikte (Lenstar/Ascan)

Onderzoeksprotocol MYST (2)  Deel 2: na toedienen mydriatica  Fundusfoto’s macula/papil

 Beoordeling pigmentepitheel (autofluorescentie, HRA)

 Perifeer oogspiegelen

Onderzoeksprotocol MYST (3)  Dikte van de zenuwvezellaag (HRT)

 Vragenlijst  Omgevingsfactoren  Familiegeschiedenis  Bloedafname voor DNAonderzoek

 Anatomie van de retina (OCT)

Planning  Start: januari 2010, looptijd: +/- 2 jaar  1 uur per deelnemer  Onderzoeksdagen: maandag en vrijdag  Locatie  ERGO onderzoekscentrum, Rotterdam Ommoord  Doel  Kandidaatgenstudie, GWAS, exome sequencing, whole genome sequencing?

Werving  Opticiens, perifere oogartsen, refractieklinieken in Rotterdam en omstreken worden actief benaderd  Myopen uit eigen kliniek  Cases wordt gevraagd een niet-verwante controle mee te nemen  Website: www.myopiestudie.nl

Resultaten tot nu toe  493 deelnemers geïncludeerd  336 cases (313 probands, 23 familieleden), 157 controles

Aantal Leeftijd (jr) % ♂ Aslengte (mm)

Refractie (D)

SE (D)

Cases

336

47,0

36

27,02

-9,49

-10,10

Controles

157

48,4

42

23,44

+0,27

-0,02

Oculaire complicaties bij hoog myopen >40 jr vs. controles

Cases (%)

Controles (%)

Slechtziendheid (VA <0.3; ≥0.05)

3.2

0.6

P<0.0001

Blindheid (VA <0.05)

3.6

1.3

P<0.0001

Cataract of pseudofakie

22.8

11

P=0.021

Glaucoom

4.4

1

P=0.027

Ablatio retinae

4.8

0

P<0.0001

Macula afwijkingen

16.3

-

-

Papilafwijkingen

67.8

-

-

Degeneratieve afwijkingen periferie

11.7

-

-

MYST TEAM

Caroline Klaver Oogarts Projektleider

Virginie Verhoeven Arts Promovenda

Corina Brussee

Riet Bernaerts

Verpleegkundige

Secretaresse

Onderzoeksassistente

Planning

Martine Snabel

Ada Hooghart

Optometrist

Verpleegkundige

Onderzoeksassistente

Onderzoeksassistente

Robert Kuijpers Oogarts Adviseur

Hans Vingerling Oogarts Adviseur

Conclusie 

Myopie is complex genetische aandoening met een hoge morbiditeit



Eerste genetische hits voor myopie in de algemene bevolking: associatie met loci op chromosoom 15q14 en 15q25. Risico op myopie is licht verhoogd voor de risico allelen



Verklaring associatie 15q14: probleem met aansturing van kandidaatgenen GJD2 en ACTC1? 

Varianten of mutaties in regulatoire elementen op 15q14 locus



Causale varianten in kandidaatgenen op 15q14 locus



Confirmatie, meta-analyse en opsporen van functionele varianten cruciale vervolgstappen



Overig 

Omgevingsfactoren: accomodatiestudies



Kinderen - Generation R

Dankwoord Erasmus MC Millad Solouki Kamran Ikram Dominiek Despriet Leonieke van Koolwijk Lintje Ho Wishal Ramdas Monika Czudowska Gabriel van Rij Ada Hooghart Corina Brussee Riet Bernaerts-Biskop Robert Kuijpers Chris de Zeeuw Paulus de Jong Albert Hofman Ben Oostra Cornelia van Duijn André Uitterlinden Johannes Vingerling Caroline Klaver

Bartiméus Frans Riemslag NIN/KNAW Theo G.M.F. Gorgels Arthur A.B. Bergen LUMC Gré Luyten Focuskliniek/OZR Annette Geerards King’s College Pirro Hysi Christopher J. Hammond Overig Rogier Kramer Jaqueline Willemse-Assink Terri Young David Mackey

Fondsen NWO Erasmus MC/Erasmus Universiteit ZonMw RIDE Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschappen Ministerie van Volksgezondheid, Welzijn en Sport Europese Commissie (DG XII) Gemeente Rotterdam Netherlands Genomics Initiative (NGI) Lijf en Leven MD Fonds Henkes Stichting Oogfonds Nederland Stichting Nederlands Oogheelkundig Onderzoek Swart van Essen Bevordering van Volkskracht Blindenhulp LSBS Rotterdamse Vereniging voor Blindenbelangen OOG ANVVB Stichting Talent Rotterdam Eye Hospital Research Foundation Laméris Ootech BV Topcon Europe BV Heidelberg Engineering

Alle deelnemers

Oproep: MYST deelnemers gevraagd 

Patiënten met myopie gelijk of hoger dan -6D



Controle personen refractie – 1.5D en +1.5D



Aanmelden via [email protected] of [email protected]



Aanmelden via website www.myopiestudie.nl



Folder MYST meegeven

Gene expression in the retina  Expression arrays on macula tissue of postmortem human donor eyes  Expressed proteins were ranked from low to high, and calculated as a percentile

Gene

Photoreceptors

RPE

Choroid

Mean percentile (SD)

Mean percentile (SD)

Mean percentile (SD)

GOLGA8B

17 (5.0)

14 (5.6)

9 (3.3)

ACTC1

85 (8.8)

85 (10.2)

90 (4.0)

GJD2

30 (2.9)

30 (9.3)

36 (10.3)

Ingenuity analysis  GJD2 and the interaction with eye development genes

Ingenuity analysis  GJD2 and the interaction with eye development genes  Functional links between GJD2 and different proteins which are known to be involved in eye growth and development

Ingenuity analysis  GJD2 interactions with other membrane-bound and connexin proteins

Ingenuity analysis  GJD2 interactions with other membrane-bound and connexin proteins  GJD2 plays a role in eye growth regulation and lens fiber maturation in knock-out animals (Rong P. et al. 2002; White W. et al. 1998)