Gene promoter analysis and molecular diagnostics – Application to erythroid-specific gene expression
Karen de Vooght
Lay-out en druk: Gildeprint Drukkerijen, Enschede Tekening omslag: Joyce Beumer
ISBN: 978-90-393-4790-4
Gene promoter analysis and molecular diagnostics – Application to erythroid-specific gene expression Gen promoter onderzoek en moleculaire diagnostiek – Toepassing bij erytroïd-specifieke gen expressie (met een samenvatting in het Nederlands)
Proefschrift
ter verkrijging van de graad van doctor aan de Universiteit Utrecht op gezag van de rector magnificus, prof.dr. J.C. Stoof, ingevolge het besluit van het college voor promoties in het openbaar te verdedigen op woensdag 21 mei 2008 des middags te 4.15 uur
door
Karen Maria Kamiel de Vooght geboren op 12 januari 1975 te Temse (België)
Promotor:
Prof.dr. W.W. van Solinge
Co-promotor: Dr. R. van Wijk
Dit proefschrift werd mede mogelijk gemaakt met financiële steun van Beckman Coulter Nederland BV, Roche Diagnostics Nederland BV, Ortho-Clinical Diagnostics, Diamed Benelux NV, Becton Dickinson BV, INstruchemie BV en E.C. Noyons Stichting ter Bevordering van de Klinische Chemie in Nederland.
Voor papa en mama Voor Bart
Contents Chapter 1
Gene promoter analysis and molecular diagnostics – General introduction and outline of the thesis
Chapter 2
Pyruvate kinase regulatory element 1 (PKR-RE1) mediates hexokinase gene expression in K562 cells Blood Cells Molecules and Diseases 2005;34:186-190
31
Chapter 3
GATA-1 binding sites in exon 1 direct erythroid-specific transcription of PPOX Gene 2008;409:83-91
41
Chapter 4
A family with multiple mutations and sequence variations in the α- and β-globin gene clusters Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 2008;46:165-168
59
Chapter 5
Characterization of the –16C>G sequence variation in the promoters of both HBG1 and HBG2: Convergent evolution of the human γ-globin genes Blood Cells Molecules and Diseases 2007;39:70-4
69
Chapter 6
Characterization of the –148C>T promoter polymorphism in PKLR Haematologica, manuscript in revision
81
Chapter 7
First mutation in the red blood cell-specific promoter of hexokinase combined with a novel missense mutation causes hexokinase deficiency and mild chronic hemolysis
89
Chapter 8
Summary, general discussion, and future prospects
9
107
Samenvatting in het Nederlands
118
Dankwoord
126
Curriculum Vitae
129
List of publications
130
106 | Dankwoord Chapter 6 126 regel 1
Quality-adjusted D ankwoord life-years (QALYs) were calculated by multiplying the time a person
regel 2
remained in a certain health state by the utility associated with that particular health
regel 3
state summing over all health for the health Er states Ik and ben subsequent er! Mijn “boekje” is klaar, maar datstates. heb ikUtility niet inweights mijn eentje gedaan. zijn
regel 4
of disease-free and residual relapsed ovarian cancer– 0.85ze and heel wat mensen aan wie or ik dank verschuldigd ben, omdat op 0.65, de eenrespectively of andere
regel 5
14;15 – were derived from data published in theaan literature. manier een bijdrage hebben geleverd het volbrengen van deze klus.
regel 6 regel 7
Analysis Allereerst wil ik mijn promotor bedanken, Prof. Dr. W.W. van Solinge. Naast mijn
regel 8
For promotor the comparison between hospitaldie settings, we used om equal distributions of patients ook opleider en degene mij overhaalde naar Utrecht te komen. Hij
regel 9
overheeft the mij disease stages for allgegeven hospitalom settings. The fundamental difference between de mogelijkheid dit onderzoek te doen, naast mijn opleiding
regel 10
hospital settings pertainedWouter, to the different of patients overikthe 17 possible tot klinisch chemicus. bedankt distribution voor alles, zonder jou was er never nooit
regel 11
first-line treatment resulting in discussies, differencesjeinnimmer the mean lengthvermogen of (disease-free) gekomen. Dank courses, voor de zeer nuttige aflatend om me
regel 12
survival. The distribution of patients over thecoach first-line wasaangesteld based on te motiveren en voor het feit dat je mijn was.treatment Ik ben blijcourses dat je me
regel 13
thehebt proportions observed in our als klinisch chemicus en study dat ik cohort. ook de komende jaren binnen ons laboratorium
regel 14
Disease-free life-years, life-years (QALYs) and costs were calculated aan onderzoek mag quality-adjusted doen.
regel 15
over the ten-year time horizon and presented as mean per patient. Incremental cost-
regel 16
effectiveness ratios were defined as the difference costs divided Van by the in Mijn co-promotor Richard, mijn DNA en RNA in“voorbeeld”! joudifference heb ik het
regel 17
QALYs. The geleerd, time preference wasleer accounted forsteeds. by using a 4% rate for costs allemaal en van jou ik het nog Dank voordiscount je aanstekelijke drive
regel 18
12 Both undiscounted andmoment discounted cost-effectiveness andnaar effects. onderzoek en dat ik op elk vanincremental de dag bij je terecht kon. Ik ratios zal je
regel 19
willvoorlopig be presented. To assess uncertainty regarding modeled output, we manuscript performed niet meer bestoken met deadlines en the besprekingen over welk
regel 20
multivariable probabilistic sensitivity analysis using Monte Carlo simulation. Additionally, ook alweer?
regel 21
we evaluated a scenario in which the percentage of adequately staged and optimally
regel 22
debulked patients in beoordelingscommissie, tertiary referral settings Prof. was assumed be 90%Prof. andDr. 70%, De leden van de Dr. T.C.G.toEgberts, M.
regel 23
7;8 respectively. have beenProf. considered settings. Analyses Theobald,These Prof.rates Dr. P.J. Coffer, Dr. F.C.feasible Nielseninenspecialized Dr. J.K. Ploos van Amstel, wil
regel 24
were run 5000 times for beoordelen each relevant using TreeAge software (TreeAge Pro ik bedanken voor het vanscenario, mijn proefschrift.
regel 25
Suite 2007, version 1.5, TreeAge software, Inc., Williamstown, USA).
regel 26
Annet en Brigitte, mijn twee rechterhanden op het lab. Dankjewel voor al jullie hulp
regel 27
en interesse. Ik kon er echt van genieten om samen met jullie op het lab, radiootje
regel 28
op de achtergrond (maar niet te hard hè, Brigitte?), experimenten te doen.
regel 29 regel 30
Gert, ondertussen lid van de Rode Cel Research Groep-af, maar zeker verbonden
regel 31
aan mijn promotie. Dankjewel voor de leuke discussies en je creatieve kijk op
regel 32
mijn onderzoeksproject. Ik mis de maandagmorgen besprekingen, inclusief jouw
regel 33
knisperend boterhamzakje.
regel 34 regel 35 regel 36 regel 37 regel 38 regel 39 regel 40
cost-effectiveness analysis specialized care | 127 107 Dankwoord
RESULTS Al degenen met wie ik binnen mijn onderzoek samengewerkt heb, waaronder Finn
regel 1
Nielsen, Adri Thomas, Hans Kristian Ploos van Amstel, Sabine Kersting, Bas Vastert Cohort en Elles Bruininx, dank voor jullie bijdrage aan mijn onderzoek. De medewerkers Thevan total consisted of 1077Haematologie, patients. We excluded 198 post-docs patients because they hetcohort Speciële Laboratorium de (ex) aio’s, en analisten
regel 2 regel 3 regel 4
could classified intovan onehet of the first-line treatment of the vannot de be research groep Laboratorium Klinischecourses. ChemieThe en majority Haematologie, excluded patients had hulp advanced disease, received get adjuvant bedankt voor jullie en gezelligheid. Eelke, surgery bedanktbut voordid denot metingen die ik
regel 5 regel 6
chemotherapy. A total newly diagnosed ovarian cancer patients were included mocht verrichten opofde879 Veritas. in the cost-effectiveness analysis. TheAyse, mean age of our studyenpopulation was 63collega years; women inkamergenoten. tertiary referral hospitals Maaike Karen, mijn (ex) kcio’s en Heel erg , Helena, tended to be somewhat younger. Patients withen early-stage disease wereom more bedankt voor de vele discussies, jullie humor voor de mogelijkheid mijnoften hart adequately staged moreoverwinningen specialized hospitals general to tertiary Ons referral centers: te luchten over in kleine en aio(from ongemakkelijkheden. “hok” was 22%, 47% and 46% [P =0.002]). Patients with stage III disease were slightly more echt mijn thuisbasis, waar het goed en gezellig toeven was. Maarten, collega aio often in more specialized (from tertiary eetreferral bij optimally Farmacie debulked en (ex) buurman, dank voorhospitals alle “tips and general tricks” to (inclusief en centers: 37%, 41% anddelen 46% van [P =aio 0.3]). Although length ofzedisease-free was feestadresjes) en het stress (wat verzinnen nu weer bij interval de faculteit notFarmacie?). associated with hospital specialization, overall survival was better in patients treated in tertiary referral centers (data not shown). De stafleden van het Laboratorium Klinische Chemie en Haematologie, eerst degenen Treatment effectiveness van wie and ik “het vak” leerde, nu mijn collega’s. Dankjewel voor jullie interesse in Theen proportion of patients in each theonderzoek 17 first-linebesognes. treatmentJullie courses shown Table het rekening houden met of mijn zijnis voor mijin in alle 2. Patients with stage klankbord. disease in the low-risk group were less often adequately opzichten eenearly belangrijk staged in general hospitals, but were also less frequently operated twice than in semispecialized tertiarystafmedewerkers, referral hospitals.analisten Also in the high-risk group, were less Toeziendand analisten, en medewerkers vanpatients het Laboratorium often adequately staged in general hospitals. with advanced disease most Klinische Chemie en Haematologie. Jullie Patients gaven (en geven) mij een fijne were werkplek! often optimally in referral wereonderzoek. also more frequently operated Dank voor dedebulked gezelligheid en alle centers, interessebut in mijn twice in these centers. Furthermore, slightly more oftenmijn refrained from Carin en Irma, bedankt voor julliegeneral hulp bijhospitals het “regelwerk” rondom promotie. therapy in this group of patients. TheLinda, differences in treatment between hospitalmijn settings resulted in differences Leontien, Remke, Ellen, Evelyn the en Suzan, allerbeste farmavriendinnen. in disease-free and overall survival(op (Table 5). The rij!) mean disease-free survival time en of Vanaf het eerste jaar Farmacie de voorste altijd beschikbaar voor hulp patients in en general hospitals was 2.01 years survival was(en 3.00 years. adviestreated bij kleine grote beren op de weg. Maar ookoverall voor farmafriends partners) Mean disease-free and overall survival increased as theen level of hospital specialization kerstdiners, weekenden, verjaardagen, huwelijken geboortes. Dank voor jullie
regel 7 regel 8 regel 9
1 2 3 4 5 6 7 8
4
regel 10 regel 11 regel 12 regel 13 regel 14 regel 15 regel 16 regel 17 regel 18 regel 19 regel 20 regel 21 regel 22 regel 23 regel 24 regel 25 regel 26 regel 27 regel 28 regel 29 regel 30
increased. steun, interesse en afleiding. Linda, dat jij mijn paranimf bent ligt geheel in de lijn der
regel 31
verwachtingen. Samen met jou heb ik de basis gelegd voor mijn wetenschappelijke
regel 32
“uitspattingen”. Je was mijn practicum maatje bij Farmacie en je was mijn reis- en
regel 33
bijvak-genootje in Londen. Samenwerken met jou is een feest, alles gaat als vanzelf.
regel 34
Nu ben ik blij dat jij op het “momènt suprème” achter me staat.
regel 35 regel 36 regel 37 regel 38 regel 39 regel 40
106 | Dankwoord Chapter 6 128 regel 1
Quality-adjusted were calculated the time person Joyce, vriendinlife-years van het(QALYs) (bijna) eerste uur. Dankby datmultiplying je zo geduldig naara al mijn
regel 2
remained in a certain state by the utility associated withJijthat particular health (soms toch wel erg health wetenschappelijke) avonturen luisterde. wakkert het weinige
regel 3
state and subsequent health states. Utility weights for van the health states creatieve talent datsumming ik in meover heball aan. Dankjewel voor het maken de tekening
regel 4
of disease-free or relapsed ovarian cancer– 0.85 and 0.65, respectively op de omslagand vanresidual dit boekje.
regel 5
– were derived from data published in the literature.14;15
regel 6
Familie van Ewijk, “thuis” van Bart, jullie hebben het moeten doen met een veel te
regel 7
Analysis drukke zoon/broer en bijpassende vriendin. Het was fijn om (al was het maar af en
regel 8
For toe) the bij comparison between hospital we used equal distributions of patients jullie te zijn. Dank voor julliesettings, interesse.
regel 9
over the disease stages for all hospital settings. The fundamental difference between
regel 10
hospital settings pertained to theDe different of Dank patients over the 17 possible Familie Valkenburg en familie Vooght,distribution de achterban. voor jullie interesse (ook
regel 11
first-line treatment courses, resulting differences in the (disease-free) al is het soms wat “duister” wat ikinuitvoer op het lab).mean Onzelength familieofbijeenkomsten
regel 12
survival. Thewaren distribution of patients over the in first-line treatment courses was based on en uitjes een welkome afwisseling mijn drukke agenda.
regel 13
the proportions observed in our study cohort.
regel 14
Disease-free life-years, quality-adjusted life-yearsPeter. (QALYs) and costs calculated Lieve zussen, Els en Marjolein, en “aanhang” Dankjewel voorwere het meeleven,
regel 15
overvoor thede ten-year time horizon presented as mean per patient. Marjolein, Incremental gezelligheid thuis in and Voerendaal en voor de ontspanning. nacosteen
regel 16
effectiveness ratios defiisned the difference divided(volgens by the difference in overvolle dag opwere het lab het as heerlijk om met jeintecosts tennissen mij staat het
regel 17
QALYs. time preference was dus accounted bykeer!). using a 4% discount rate for costs nog The steeds gelijk, we moeten nog welfor een
regel 18
and effects.12 Both undiscounted and discounted incremental cost-effectiveness ratios
regel 19
willLieve be presented. To assess regarding the ik modeled output, we performed papa en mama, alsuncertainty er twee mensen zijn die het meest dankbaar ben voor
regel 20
multivariable probabilistic sensitivity Monte Carlo simulation. wat ze voor me gedaan hebben analysis zijn jullieusing dat wel! Jullie waren (en zijnAdditionally, nog steeds)
regel 21
we supporter, evaluated acoach, scenario in whichvertrouwenspersoon, the percentage of adequately staged and optimally klankbord, eerste hulp bij ongelukken en
regel 22
debulked patients in tertiary referral settingsbent, was past assumed to be 90% bij. andJe70%, verwenhotel in één. Papa, dat jij paranimf daar dus volledig mag
regel 23
7;8 respectively. rates have been considered feasible specialized settings. Analyses dan wel These niet helpen bij het beantwoorden van deinvragen tijdens de verdediging,
regel 24
were runje5000 forgeval each wél relevant scenario, using maar magtimes in ieder dat rokkostuum aan!TreeAge software (TreeAge Pro
regel 25
Suite 2007, version 1.5, TreeAge software, Inc., Williamstown, USA).
regel 26
Lieve Bart, ik vind het meer dan bijzonder dat wij nu samen mogen promoveren.
regel 27
Samen in de promotie stress, nu samen genieten. Dankjewel voor het zijn van mijn
regel 28
“thuis”, voor het delen van al mijn lief en leed.
regel 29 regel 30 regel 31 regel 32 regel 33 regel 34 regel 35 regel 36 regel 37 regel 38 regel 39 regel 40
cost-effectiveness analysisCurriculum specializedvitae care | 129 107
Rurriculum ESULTS C Vitae
regel 1 regel 2
Cohort De schrijfster van dit proefschrift werd op 12 januari 1975 geboren te Temse (België). TheNa total consisted of 1077 patients. excluded 198Bernardinus patients because they hetcohort cum laude behalen van het VWO We diploma aan het College te
regel 3 regel 4
could not beinclassifi intoinone of the fijaar rst-line treatment TheFarmacie majorityaan of the Heerlen 1993,ed werd datzelfde begonnen metcourses. de studie de excluded patients had advanced disease, had received surgery did notand gettreatment adjuvant Universiteit Utrecht. Haar bijvakstage als titel “The but diagnosis
regel 5 regel 6
chemotherapy. A totalApplication of 879 newly ovarian cancer patients included of osteoporosis: of diagnosed bone marker measurements and were appendicular in the cost-effectiveness analysis. bone densitometry” en werd gedaan onder begeleiding van Dr. A. Fairney, aan het The“Imperial mean ageCollege of our study population was 63 women tertiary referral hospitals School of Medicine” in years; het “St. Mary’sinHospital, Department of tended to be Medicine” somewhat te younger. with early-stage were more often Metabolic Londen Patients (UK). Haar scriptie met alsdisease titel “The bioanalysis of adequately in more specialized hospitals (from general to tertiary referral centers: heroin” staged werd geschreven bij de afdeling Analytische Farmacie, Faculteit Farmacie, 22%, and 46% Utrecht, [P =0.002]). Patients with stage disease were slightly more van47% de Universiteit in samenwerking met deIII afdeling Klinische Farmacie often debulked in more specialized hospitals general to tertiary referral vanoptimally het Slotervaartziekenhuis te Amsterdam (Prof.(from Dr. J.H. Beijnen). In december centers: 41%laude and 46% [P = 0.3]).diploma Although length behaald of disease-free interval was 1997 37%, werd cum het doctoraal Farmacie en in datzelfde jaar notwerd associated with hospital specialization,opleiding overall survival was betteraan in patients treated gestart met de post-doctorale tot apotheker de Universiteit in tertiary not shown). plaats in: Theriak Apotheek de Hesselle te Utrecht.referral Stagescenters vonden(data achtereenvolgens Heerlen, Ziekenhuisapotheek Atrium MC te Heerlen en Theriak Apotheek Waubach Treatment and effectiveness te Landgraaf. In 1998 werd de schrijfster van dit proefschrift onderscheiden met de TheKNMP-prijs proportion 1998, of patients in eachtijdens of thede 17 Maatschappelijke first-line treatmentDag courses shown in Table uitgereikt van ishet Congres van 2. Patients with early stage disease in the low-risk group were less often adequately de Koninklijke Nederlandse Maatschappij ter bevordering der Pharmacie (KNMP). In staged in general hospitals, also less frequently twice than in seminovember 1999 behaaldebut ze were haar apothekers diplomaoperated en in hetzelfde jaar werd ze specialized and tertiary referral hospitals. Also in the high-risk group, patients were less als tweede apotheker aangesteld bij Theriak Apotheek Aarveld te Heerlen. Daarnaast often adequately staged in general voor hospitals. Patientsorganisatie with advanced disease were most was ze werkzaam als apotheker de “baxter” Kapindis BV te Heerlen. often optimally referral centers, but were also more frequently operated In april 2001 debulked volgde deinbenoeming tot beherend apotheker van Theriak Apotheek twice in these Furthermore, general hospitalsvan slightly more ofteneen refrained from Aarveld. In centers. september 2001 kreeg de schrijfster dit proefschrift aanstelling therapy in this group of patients. als Assistent in Opleiding bij het Centraal Diagnostisch Laboratorium van het TheUniversitair differencesMedisch in treatment between hospital resulted in van differences Centrum Utrecht.the Onder leidingsettings van Prof. Dr. W.W. Solinge in disease-free and overall survival (Table mean 2007 disease-free survival verricht time of werd in de periode van september 20015). tot The december het onderzoek patients in general hospitals was 2.01 years2003 overall survival was gestart 3.00 years. dat intreated dit proefschrift is beschreven. In september werd daarnaast met Mean disease-free overall survival as Diagnostisch the level of hospital specialization de opleiding tot and klinisch chemicus bij increased het Centraal Laboratorium van het
regel 7 regel 8 regel 9
1 2 3 4 5 6 7 8
4
regel 10 regel 11 regel 12 regel 13 regel 14 regel 15 regel 16 regel 17 regel 18 regel 19 regel 20 regel 21 regel 22 regel 23 regel 24 regel 25 regel 26 regel 27 regel 28 regel 29 regel 30
increased. Universitair Medisch Centrum Utrecht (opleider: Prof. Dr. W.W. van Solinge), welke
regel 31
in september 2007 werd afgerond. Momenteel is de schrijfster van dit proefschrift
regel 32
werkzaam als staflid klinisch chemicus bij het Laboratorium Klinische Chemie en
regel 33
Haematologie van het Universitair Medisch Centrum Utrecht.
regel 34 regel 35 regel 36 regel 37 regel 38 regel 39 regel 40
106 | List Chapter 6 130 of publications regel 1
life-years (QALYs) were calculated by multiplying the time a person LQuality-adjusted ist of publications
regel 2
remained in a certain health state by the utility associated with that particular health
regel 3
state and subsequent summing all healthE. states. Utility the health states P.A. Kyd, K.M.K. de Vooght,over F. Kerkhoff, Thomas, A.weights Fairney.for Clinical usefulness
regel 4
of disease-free and residual or relapsed ovarian cancer– 0.85 0.65,Biochemistry respectively of bone alkaline phosphatase in osteoporosis. Annals of and Clinical
regel 5
– were derived from data published in the literature.14;15 1998;35:717-725
regel 6 regel 7
Analysis P.A. Kyd, K.M.K. de Vooght, F. Kerkhoff, E. Thomas, A. Fairney. Clinical usefulness
regel 8
For of thebiochemical comparisonresorption between hospital we usedAnnals equal distributions of patients markers settings, in osteoporosis. of Clinical Biochemistry
regel 9
over1999;36:483-491 the disease stages for all hospital settings. The fundamental difference between
regel 10
hospital settings pertained to the different distribution of patients over the 17 possible
regel 11
first-line treatment courses, resulting differences in the mean of (disease-free) K.M.K. de Vooght, R. van Wijk,inH.K. Nieuwenhuis, J.K. length Ploos van Amstel, G.
regel 12
survival. TheW.W. distribution of patients overgene the fito rst-line treatment courses was based on Rijksen, van Solinge. [From disease; hereditary non-spherocytic
regel 13
thehemolytic proportions observed in our study cohort. anemia caused by pyruvate kinase deficiency]. Nederlands Tijdschrift voor
regel 14
Disease-free life-years, quality-adjusted life-years (QALYs) and costs were calculated Geneeskunde 2002;146:1828-1831
regel 15
over the ten-year time horizon and presented as mean per patient. Incremental cost-
regel 16
effectiveness were as the in costs the difference in K.M.K. deratios Vooght, R.defi vanned Wijk, B.A.difference van Oirschot, G. divided Rijksen, by W.W. van Solinge.
regel 17
QALYs. The kinase time preference accounted for bymediates using a hexokinase 4% discount rateexpression for costs Pyruvate regulatorywas element 1 (PKR-RE1) gene
regel 18
12 Both undiscounted and discounted incremental cost-effectiveness ratios andineffects. K562 cells. Blood Cells Molecules and Diseases 2005;34:186-190
regel 19
will be presented. To assess uncertainty regarding the modeled output, we performed
regel 20
multivariable sensitivity analysis Monte simulation. Additionally, K.M.K. deprobabilistic Vooght, R. van Wijk, H.K.using Ploos van Carlo Amstel, W.W. van Solinge.
regel 21
we Characterization evaluated a scenario in which the sequence percentagevariation of adequately and optimally of the –16C>G in thestaged promoters of both
regel 22
debulked patients in Convergent tertiary referral settings washuman assumed to begenes. 90% Blood and 70%, HBG1 and HBG2: evolution of the γ-globin Cells
regel 23
respectively. rates have2007;39:70-74 been considered feasible in specialized settings.7;8 Analyses MoleculesThese and Diseases
regel 24
were run 5000 times for each relevant scenario, using TreeAge software (TreeAge Pro
regel 25
Suite 2007,deversion 1.5, Inc., Williamstown, K.M.K. Vooght, R.TreeAge van Wijk,software, G. Rijksen, W.W. van Solinge.USA). A family with multiple
regel 26
mutations and sequence variations in the α- and β-globin gene clusters. Clinical
regel 27
Chemistry and Laboratory Medicine 2008;46:165-168
regel 28 regel 29
K.M.K. de Vooght, R. van Wijk, W.W. van Solinge. GATA-1 binding sites in exon 1
regel 30
direct erythroid-specific transcription of PPOX. Gene 2008;409:83-91
regel 31 regel 32 regel 33 regel 34 regel 35 regel 36 regel 37 regel 38 regel 39 regel 40
