Next-generation sequencing bij heterogene netvliesaandoeningen

Ellen De Meester
 Erfelijke aandoeningen worden veroorzaakt door een fout in ons genetisch materiaal, ons DNA. Het DNA kan onderverdeeld worden in kleinere eenheden, de genen. Door een goede orkestratie van genen bepaalt het DNA de werking van al onze cellen en bevat het informatie over onze kenmerken, zoals bijvoorbeeld de kleur van onze ogen. Een fout in het DNA, een mutatie genoemd, kan aanleiding geven tot ernstige afwijkingen. De schoolvoorbeelden van genetische aandoeningen zijn het Down syndroom, mucoviscidose en erfelijke borstkanker.

Next-generation sequencing bij heterogene netvliesaandoeningen

 Erfelijke aandoeningen worden veroorzaakt door een fout in ons genetisch materiaal, ons DNA. Het DNA kan onderverdeeld worden in kleinere eenheden, de genen. Door een goede orkestratie van genen bepaalt het DNA de werking van al onze cellen en bevat het informatie over onze kenmerken, zoals bijvoorbeeld de kleur van onze ogen. Een fout in het DNA, een mutatie genoemd, kan aanleiding geven tot ernstige afwijkingen. De schoolvoorbeelden van genetische aandoeningen zijn het Down syndroom, mucoviscidose en erfelijke borstkanker. Er bestaat echter een brede waaier aan genetische aandoeningen met verschillende kenmerken en een grote variatie in ernst. Bij deze aandoeningen kunnen de mutaties in het DNA overgeërfd worden van de ouders of spontaan ontstaan.

 

Erfelijke aandoeningen van het netvlies tasten naar schatting 1 op 3.000 individuen in de Westerse wereld aan. Ze worden gekenmerkt door een aftakeling van de lichtgevoelige binnenzijde van het oog, het netvlies. Hierdoor verliest men het zicht. Dit verlies kan op kinderleeftijd optreden, maar ook op volwassen leeftijd. De genetische oorzaak is velerlei: één mutatie kan zich in verschillende vormen uiten, terwijl verschillende mutaties ook aanleiding kunnen geven tot eenzelfde type afwijking. Deze grote genetische en klinische variatie van deze erfelijke aandoeningen zorgt voor een grote uitdaging op gebied van genidentificatie, mutatie-analyse en het ontwikkelen van genspecifieke therapieën. De huidige behandelingen van erfelijke netvliesaandoeningen zijn gericht op het vertragen van de aftakeling van het netvlies. Er bestaat tot op heden geen genezende behandeling. Sinds 2008 zijn er bij de mens echter veelbelovende klinische studies van gentherapie voor erfelijke blindheid lopend.

 

Genetisch onderzoek bij erfelijke aandoeningen is belangrijk om de klinische diagnose te bevestigen. In sommige gevallen laat dit toe om de patiënt een accuratere prognose te geven. Er is bovendien een meer gerichte opvolging van de patiënt mogelijk. Genetisch testen biedt ook mogelijkheden voor reproductieve beslissingen, zoals prenatale diagnostiek. Bij de vormen met een aanvang op volwassen leeftijd kan het ook een leidraad bieden voor ondermeer beroepskeuze en visuele begeleiding.

Genetisch testen is mogelijk op verschillende manieren. Sommige testen zijn ontwikkeld om snel gekende mutaties te onderzoeken, bij andere testen wordt het coderende deel van één of meerdere genen onder de loep genomen. Dit biedt de mogelijkheid om nog niet eerder beschreven ziekteveroorzakende mutaties op te sporen, maar is duurder en arbeidsintensiever. Hierdoor worden vaak niet alle gekende mutaties onderzocht en blijft de oorzaak bij vele patiënten ongekend.

 

Sinds 2005 is er echter een nieuwe groep detectiemethoden op de markt, next-generation sequencing of NGS. Vijf platformen zijn momenteel beschikbaar. Deze platformen maken gebruik van verschillende biochemische reacties, maar worden allen gekenmerkt door een verlaagde kostprijs en een hogere capaciteit. Het brede spectrum van mogelijkheden, de verschillende NGS platformen en de snelle evolutie van deze technologie laten het toe om de juiste techniek voor een specifieke toepassing te vinden. Ondanks deze voordelen werden ze nog maar weinig gebruikt voor diagnostiek van genetische aandoeningen. Over de juiste behandeling van de patiëntenstalen is nog weinig geweten.

 

In het Centrum voor Medische Genetica Gent werd hiertoe een onderzoek opgestart, waarvan deze masterproef een onderdeel uitmaakt. Verschillende protocollen werden getest op één van deze vijf NGS platformen, de Illumina Genome AnalyzerIIe. Hiertoe werd DNA gebruikt van patiënten met vier verschillende groepen erfelijke netvliesaandoeningen: LCA, RP, maculaire distrofieën en Usher syndroom type IIA. In totaal zijn 21 genen betrokken bij deze aandoeningen. Het uiteindelijk gekozen protocol bestaat uit drie grote stappen voorafgaand aan de eigenlijke NGS en de resultaten zijn veelbelovend.

 

NGS baant zich steeds meer een weg zowel in het onderzoek als in de diagnostiek. Deze trend zal zich in de toekomst enkel versterken aangezien meer ziektegenen geïdentificeerd worden, en een diagnose van een aandoening belangrijk is voor het inschatten van de prognose, voor reproductieve beslissingen, en niet in het minst voor toekomstige gentherapie. Naast de reeds ontwikkelde testen zullen diagnostische NGS-testen voor genetische aandoeningen snel volgen en ook de reeds bestaande NGS-platformen zullen zich meer aan diagnostiek aanpassen. Met de ontwikkeling van het 454 Genome Sequencer Junior systeem door de firma Roche, is deze trend reeds gestart.

Bibliografie

Smith AJ, Bainbridge JW, Ali RR (2009). Prospects for retinal gene replacement therapy. Trends in Genetics: 25(4):156-65.

Drack AV, Lambert SR, Stone EM (2010). From the laboratory to the clinic: Molecular genetic testing in Pediatric Ophthalmology. American jounal of Ophtalmology 149(1):10-17.

Maguire AM, High KA, Auricchio A, Wright JF, Pierce EA, Testa F, Mingozzi F, Bennicelli JL, Ying GS, Rossi S, Fulton A, Marshall KA, Banfi S, Chung DC, Morgan JI, Hauck B, Zelenaia O, Zhu X, Raffini L, Coppieters F, De Baere E, Shindler KS, Volpe NJ, Surace EM, Acerra C, Lyubarsky A, Redmond TM, Stone E, Sun J, McDonnell JW, Leroy BP, Simonelli F, Bennett J (2009). Age-dependent effects of RPE65 gene therapy for Leber’s congenital amaurosis: a phase 1 dose-escalation trial. Lancet 374(9701):1597-1605.

Bainbridge JW, Smith AJ, Barker SS, Robbie S, Henderson R, Balaggan K, Viswanathan A, Holder GE, Stockman A, Tyler N, Petersen-Jones S, Bhattacharya SS, Thrasher AJ, Fitzke FW, Carter BJ, Rubin GS, Moore AT, Ali RR (2008). Effect of gene therapy on visual function in Leber’s Congenital Amaurosis. New England Journal of Medicine 358(21):2231-2239.

Maguire AM, Simonelli F, Pierce EA, Pugh EN, Mingozzi F, Bennicelli J, Banfi S, Marshall KA, Testa F, Surace EM, Rossi S, Lyubarsky A, Arruda VR, Konkle B, Stone E, Sun J, Jacobs J, Dell’Osso L, Hertle R, Ma JX, Redmond TM, Zhu X, Hauck B, Zelenaia O, Shindler KS, Maguire MG, Wright JF, Volpe NJ, McDonnell JW, Auricchio A, High KA, Bennett J (2008). Safety and efficiency of gene transfer for Leber’s Congenital Amaurosis. New England Journal of Medicine 358(21):2240-2248.

Hauswirth WW, Aleman TS, Kaushal S, Cideciyan AV, Schwartz SB, Wang L, Conlon, TJ, Boye SL, Flotte TR, Byrne BJ, Jacobson SG (2008). Phase I trial of Leber Congenital Amaurosis due to RPE65 mutations by ocular subretinal injection of adeno-associated virus gene vector: short term results. Human Gene Therapy 19(10):979-990.

Universiteit of Hogeschool
Master Biomedische Wetenschappen
Publicatiejaar
2010
Kernwoorden
Share this on: