Stotterend DNA en schizofrenie Jacobine Buizer-Voskamp

Stotterend DNA en schizofrenie Jacobine Buizer-Voskamp DNA-LAB DAG 09|03|2012

Neuropsychiatrische aandoeningen • Schizofrenie, autisme, bipolaire stoornis • Grote impact samenleving • Functioneren sterk beïnvloed: – Werk – Relaties – Zelfverzorging

DNA-LAB DAG 09|03|2012

Jacobine Buizer-Voskamp

2

Risico op psychiatrische stoornis? • In Nederland ongeveer 43% – Stemmings- en angsstoornissen

• Kans op schizofrenie? – 1 op de 100 mensen



3

Bekende mensen met ‘schizofrenie’

Heleen van Royen

Eduard Einstein

Isaac Newton

Schrijfster

Zoon van Albert Einstein

Bekende natuurkundige



4

What is schizofrenie NIET • Meerdere persoonlijkheden • Als je schizofreen bent, ben je gek • Schizofrenen zijn agressief en gevaarlijk • Schizofrenie is zeldzaam



6

Symptomen schizofrenie Wanen Hallucinaties Onsamenhangende spraak Chaotisch gedrag

Positieve symptomen

• Vervlakking emoties • Gedachten- of spraakarmoede • Apathie

Negatieve symptomen

• • • •



7

Diagnose en behandeling • Symptomen voor het eerst zichtbaar in vroege volwassenheid • Chronische aandoening • Diagnose: geen biologische marker • Geen genezende behandeling – Medicatie – Psycho-educatie

Onvoldoende inzicht in onderliggende (biologische) mechanismen DNA-LAB DAG 09|03|2012


8

Complexe aandoening • Meerdere genetische factoren in combinatie met omgevingsfactoren • Patiënten kunnen verschillen in symptomen, maar ook in achterliggende genetische- en omgevingsfactoren • Erfelijke componenten ~80%



9



10

Cel met celkern Chromosoom

DNA

Eiwit Gen

Cel met celkern Chromosoom

DNA

Mutatie Gevolgen op eiwitniveau Gen

Genetische achtergrond • Complexe overerving • Vele genen betrokken bij schizofrenie • Interacties tussen genen Slechts weinig genen zijn echt geassocieerd gevonden met schizofrenie



13

Complexe aandoening Polygenetische/complexe ziekte

Gen 1

Gen 2

Gen 3

Gen 4

Genetische Variatie

Abnormale eiwit netwerken

Fenotypische expressie Variabel genetisch risico geassocieerd met omgevingsfactoren



14

Genetische factoren Copy Number Variations (CNVs) – Stukken DNA die verschillen in aantal kopieën • Kopieën missen: deleties • Extra kopieën: duplicaties

– Overgeërfd of spontaan ontstaan in kinderen



16

Stotterend DNA Status

Copy Number

Normaal Normaal Normaal

2

a

Normaal; diploïd

1

b

Deletie

3

c

Duplicatie

4

d

Duplicatie

Verlies Normaal Vermeerdering Vermeerdering Vermeerdering

CNVs • Tijdens DNA replicatie ontstaan CNVs • CNVs zijn belangrijke bron van genetische variatie • Sommige CNVs zijn betrokken bij ontstaan van ziekten DNA-LAB DAG 09|03|2012


18

CNV studies CNV deletie

• Sinds 2006 Genomewide Association Studies (GWAS) detectie CNVs • Meer dan 41% CNVs overlap bekende genen • CNVs mogelijk effect gen-expressie > vorming eiwitten > effect pathway

Veranderd eiwit Effect op biologische pathway



19

Hoe kan je onderzoek doen naar de genetische factoren van schizofrenie?



20

Doel studie 1 • Systematische genoomwijde CNV studie in Nederlandse SZ patiënten versus gezonde controle personen • Deze kennis combineren met resultaten bekend vanuit de literatuur



21

Studie design 834 SZ patiënten

672 controles

1

Analyse DNA

2

Statistische algoritmes voor CNV analyse



Schizofrenie diagnose Nederlandse afkomst Geen familieleden

Quality control Alleen gen-bevattende CNVs

22

1. DNA analyse • Genoomwijde CNV studie in schizofrenie patiënten versus gezonde controles • Analyse met 550,000 SNP markers • Wanneer >10 markers afwijkend intensiteit signaal hebben: CNV Normaal: 2 kopieën

Duplicatie : 3 kopieën

BB

BBB ABB

AB AAB AA



AAA

23

2. CNV analyse



24

Grafische weergave CNVs • Totaal 834 SZ patiënten en 672 controles • Alle gevonden CNVs (deleties & duplicaties) in patiënten en controles (>500 kb) op schaal voor elk chromosoom



25

Resultaten studie 1 MYT1L

NRXN1 CTNND2

DLGAP2

SLC1A3 GSTM1

GJA8

RAPGEF6 ERBB4 CNTNAP2

EFCAB2 KIF26B

ASTN2 CIT

A2BP1 SSTR5 CYFIP1 APBA2 NDNL2 TJP1 CHRNA7

NDE1 NTAN1 DOC2A MAPT

PI4KCA ADORA2A CABIN1 GSTT2

Resultaten studie 1 • •

Vergelijken van deleties en duplicaties in patiënten en controles Deleties komen significant vaker voor in patiënten

•

Voor duplicaties zien we geen verschil tussen patiënten en controles



27

Hoe interpreteren? • Patiënten hebben significant meer deleties dan controles • CNV deleties blijken een risicofactor voor schizofrenie • Dit is in lijn met de literatuur • De rol voor duplicaties is onduidelijker



28

Vergelijk met literatuur

Interpretatie resultaten • Combineren eigen CNV resultaten met resultaten uit literatuur zorgt voor: – Bevestiging bepaalde gebieden voor SZ – Indicatie van mogelijk nieuwe gebieden voor SZ



30

Wat nu bereikt? • Grote groep SZ patiënten vergeleken met grote groep gezonde controle personen • Alleen regio’s aangewezen Geen biologische relevantie



31

Hoe nu verder? • Inzoomen specifieke copy number variations geassocieerd met schizofrenie • Zoeken naar relevante biologische pathways die mogelijk verstoord zijn door deze CNVs



32

Doel studie 2 • Genoomwijde studie naar CNVs in dataset van SZ patiënten met subtype gekenmerkt door ernstige symptomen • CNVs gevonden in deze dataset > opvolgen in grote dataset • Bekijken van genen en biologische pathways binnen CNVs



33

Resultaten studie 2 Ernstig subtype schizofrenie n=54

SZ patiënten n=834

Resultaten studie 2 • Vier specifieke CNVs die vaker gevonden worden in patiënten in vergelijking met controles • Genen binnen deze CNVs: allemaal belangrijk voor functioneren van neuronen in hersenen Dit zou kunnen verklaren waarom juist deze CNVs belangrijk zijn bij ontstaan SZ DNA-LAB DAG 09|03|2012


35

Aansluiting literatuur • Zeldzame, grote CNVs komen meer voor bij SZ patiënten in vergelijking met controles Probleem: de kans is klein dat je meerdere van deze zeldzame varianten vindt binnen een studie



36

Aansluiting literatuur • Omdat merendeel zeldzame, grote CNVs unieke varianten zijn, moeilijk om precies die varianten aan te wijzen die echt risicofactor voor SZ zijn. Oplossing: Grote datasets met voldoende patiënten en controles (statistische power)



37

Doel studie 3 • Grote Europese samenwerking – 4,718 SZ patiënten – 41,201 gezonde controle personen

• Zoeken naar CNVs die spontaan zijn ontstaan en dus niet overgeërfd van ouders



38

Resultaten studie 3 142,000,000

144,000,000

146,000,000

Interpretatie resultaten • 3 Regio’s aangewezen die significant vaker voorkomen bij SZ patiënten in vergelijking met controles Genomische varianten zijn belangrijk voor het ontstaan van schizofrenie Toekomstige studies grote consortia DNA-LAB DAG 09|03|2012


40

Omgevingsfactoren • Naast erfelijke factoren spelen ook omgevingsfactoren belangrijke rol bij ontstaan schizofrenie – Roken van cannabis – Wonen in stad of op platteland –…



41

Leeftijd ouders • Epidemiologische studies suggereren associatie tussen hogere leeftijd van ouders en complexe aandoeningen in de kinderen • Parental age als gedeelde risicofactor voor verschillende psychiatrische diagnoses? DNA-LAB DAG 09|03|2012


42

Epidemiologische trends 4.7 jaar 4.2 jaar



43

Leeftijd ouders als risicofactor • Hogere leeftijd van moeder vooral: – Chromosomale afwijkingen – Syndroom van Down

• Hogere leeftijd van vader: – Autisme – Schizofrenie – Bipolaire stoornis

 Heeft de leeftijd van ouders verschillende effecten op het risico van ASD, SZ, MDD en BPD in de kinderen (algemeen of specifiek)? DNA-LAB DAG 09|03|2012


44

Opzet Studie 4 Nederlandse populatie

Patiënten Register > 175,000 geregistreerden

SCZ N=2,262 ASD N=2,564 MDD N=8,284

1:4 gematchte controles

BPD N=1,121

CBS

Geboortedatum ouders

Leeftijd ouders bij geboorte kind

1 Logistische regressie: leeftijd vader categorische maat

Methoden studie 4 • In totaal 14,231 patiënten en 56,924 controles • Covariaten: – Sociaal Economische Status (SES) – Etniciteit – Absolute leeftijdsverschil tussen ouders

• Leeftijd ouders sterk gecorreleerd – Correlatie coëfficiënten tussen 0.7 en 0.8 – Leeftijd andere ouder, maar ook leeftijdsverschil tussen ouders belangrijke covariabele



46

Resultaten studie 4 – BPD geen significante associatie



47

Resultaten studie 4 – ASD: oudere vaders >40 jaar 3.3 verhoogde odds ratio – Lineaire associatie: oudere vaders meer kans op kind ASD



48

Resultaten studie 4 – SCZ: oudere vaders >35 jaar significant verhoogde odds – Ook lineair verband, maar minder sterk dan voor ASD



49

Resultaten studie 4 – MDD: U-vormige relatie i.p.v. lineaire relatie – Zowel jonge als oude vaders geassocieerd met ziekte



50

Interpretatie resultaten • Lineaire associatie hogere leeftijd vader en ASD en SCZ – Ook vaak beschreven in literatuur

• Duidelijk andere associatie voor affectieve stoornissen: – U-vormige associatie voor MDD – Geen associatie voor BPD  Leeftijd van vader heeft mogelijk verschillende effecten op het risico van psychiatrische stoornissen bij de kinderen



51

Mechanismen Verschillende types associaties kunnen wijzen op verschillende biologische of psychosociale mechanismen 1) Vaders met persoonlijkheidskenmerken (o.a. schizotypische of autistiforme) • •

Moeilijkheden relaties → latere leeftijd kinderen Erfelijkheid zorgt voor verhoogd risico kinderen

2) Biologische factoren: • •

De novo mutaties in spermacellen Epigenetische veranderingen



52

Hypothese literatuur • Spermacellen gevoelig voor mutaties, vanwege vele celdelingen

Veel celdelingen

– Elke 16 dagen nieuwe celcyclus – Aantal celdelingen dus leeftijdsafhankelijk – Fouten door DNA replicatie en herstel vinden hierdoor relatief vaker plaats



53

Doel studie 5 Is er een direct verband tussen genetische varianten in kinderen en verhoogde leeftijd ouders bij geboorte van het kind? Wanneer kinderen oudere ouders meer genetische varianten > verklaring associatie verhoogde leeftijd ouders en psychiatrische ziekten in kind DNA-LAB DAG 09|03|2012


54

Methoden studie 5 • Meer dan 6,500 gezonde Nederlandse personen • Gegevens over leeftijd ouders bij geboorte kind • CNV gegevens kinderen • Lineaire regressie: is er een verschil in CNV belasting van kinderen van jonge vs. oude vaders/moeders? – Totaal aantal CNVs – Aantal deleties en duplicaties – Gen-bevattende CNV deleties en duplicaties



55

Dataset studie 5



56

Resultaten studie 5



57

Resultaten studie 5



58

3.5

3

Alle CNVs Leeftijd vader

3

Deleties Leeftijd vader

2.5

Duplicaties Leeftijd vader

1.9

1.7

gemiddelde

2.5

2 1.5

2

1.5

95% CI

1.5

1.3

1.1

1 <20

20 24

25 29

30 34

35 - 40 39 44

45 49

<20

50+

3.5

20 24

25 - 30 29 34

35 - 40 39 44

45 49

3

Alle CNVs Leeftijd moeder

3

Deleties Leeftijd moeder

2.5

<20

50+

20 24

2

25 29

30 34

35 - 40 39 44

45 49

50+

Duplicaties Leeftijd moeder

1.8

1.6 2.5

Gemiddelde over alle groepen

2 1.4

2

1.5 1.2

1.5

1

1 <20

20 24

25 29

30 34

35 39

40 44

45+

<20

20 24

25 29

30 34

35 39

40 44

45+

<20

20 24

25 29

30 34

35 39

40 44

45+

Interpretatie resultaten • Geen associatie tussen CNV belasting bij het kind en verhoogde leeftijd van ouders • Resultaten niet in lijn met hypothese van meer mutaties in ‘ouder’ sperma

Ondanks dat ASD en SZ zijn geassocieerd met verhoogde leeftijd ouders, geen bewijs dat leeftijd ouders zou leiden tot toegenomen CNV belasting bij het kind DNA-LAB DAG 09|03|2012


60

Conclusies • Copy Number Variations zijn geassocieerd met psychiatrische aandoeningen (stotterend DNA) • Leeftijd van ouders is geassocieerd met ASD en SZ CNVs en leeftijd van ouders lijken een gescheiden rol te spelen in het ontstaan ziekten



61

Toekomstige studies • Verder ophelderen risicofactoren voor SZ – CNVs (en andere genetische variaties) – Omgevingsfactoren als leeftijd van ouders

• Verder zoeken naar achterliggende mechanismen



62

Samenwerkingen UMC Utrecht:

Stanford University School of

Afdeling Psychiatrie

Medicine

Afdeling Medische genetica Julius Centrum

Chiara Sabatti UCLA:

Afdeling Klinische Genetica

Roel A. Ophoff

GROUP Consortium

Thomas Zhangzy

UMC St. Radboud:

deCODE genetics:

Jan-Willem Muntjewerff



Hreinn Stefansson

63

Vragen?

Stotterend DNA en schizofrenie Jacobine Buizer-Voskamp

Recommend Documents