De complexiteit van familiale Amyotrofische Laterale Sclerose

Auteur: Blitterswijk, M.M. van
Bron: Geneeskunde Proefschriften (2012)
Full tekst: Unavailable
(http://dspace.library.uu.nl/bitstream/handle/1874/240393/vanblitterswijk.pdf?sequence=2 
Publikatie: Utrecht University

Abstract:
Jaarlijks zijn er In Nederland een 400 patiënten die gediagnosticeerd worden met Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS). Deze patiënten zijn gemiddeld 65 jaar op het moment van de diagnose. Ze ontwikkelen progressieve spierzwakte, voornamelijk ter hoogte van de armen, benen en romp maar ook in de spieren betrokken bij de spraak, het slikken en de ademhaling. ALS-patiënten sterven meestal binnen drie jaar ten gevolge van ademhalingsstoornis. Er is geen remedie voor ALS, en enkel Riluzole verlengt de overleving met twee tot drie maanden. De pathogenese van ALS is complex en omvat zowel genetische als omgevingsfactoren. In ongeveer 5 percent van de gevallen is er meer dan één familielid getroffen. Deze patiënten zijn gediagnosticeerd met familiale ALS (fALS). In het eerste deel van de thesis, zullen we elf ALS-geassocieerde genen bespreken. In het volgende deel zullen andere neurodegeneratieve ziekten aanbod komen, zoals progressieve musculaire atrofie (PMA) en de ziekte van Parkinson (PD). Ten slotte zullen we een aantal functionele studies beschrijven, die de effecten van genetische afwijkingen in ALS-geassocieerde genen onderzoeken.

Samenvatting van de Genetische onderzoeken. (deel 1 van de thesis)
Een kleine twintig jaar geleden werd het eerste kandidaat gen voor ALS beschreven: superoxide dismutase-1 (SOD1). Sinds deze veelbelovende ontdekking zijn vele andere genen in verband gebracht met ALS. In het eerste deel van dit proefschrift behandelden we elf kandidaat genen.

In Hoofdstuk 2 en 3 bespraken we paraoxonase (PON), dat betrokken is bij de verwerking van giftige stoffen. Nadat gebleken was dat veteranen uit de Golf Oorlog een verhoogde kans hadden op ALS, werden veelvoorkomende variaties (polymorfismen) in PON nauwkeurig onderzocht. Hoewel enkele studies daadwerkelijk een verband aan konden tonen, werd dit niet bevestigd door een groot internationaal onderzoek. Wij bepaalden daarom of zeldzamere variaties (mutaties) een belangrijkere bijdrage leverden. In Hoofdstuk 2 beschreven we de ontdekking van deze mutaties in ALS-patiënten; het daaropvolgende hoofdstuk (Hoofdstuk 3) werd besteed aan PON variaties in Nederland.
We lieten zien dat PON mutaties aanwezig waren in 1,5% van de Nederlandse ALS-patiënten en 2,5% van controle personen, waaruit voortvloeide dat deze mutaties in Nederland niet geassocieerd zijn met ALS.
Hierna schreven we over drie recent ontdekte genen: optineurine (OPTN), ‘valosincontaining protein’ (VCP) en ubiquiline-2 (UBQLN2). OPTN mutaties werden in 2010 voor het eerst beschreven bij ALS-patiënten. Deze mutaties werden opgespoord door zes Japanse patiënten uit huwelijken tussen bloedverwanten te onderzoeken waarbij gezocht kon worden naar variaties die van beide ouders afkomstig waren (homozygote mutaties).
Wij bestudeerden OPTN mutaties in een grote groep Nederlandse ALS-patiënten en rapporteerden twee nieuwe mutaties in patiënten zonder een duidelijke familiaire component (sporadische ALS; Hoofdstuk 4). In het volgende hoofdstuk (Hoofdstuk 5) stond VCP centraal. VCP mutaties werden in ALS-patiënten aangetoond met een nieuwe techniek, ‘whole-exome sequencing’, waarmee alle coderende gedeeltes van het DNA onderzocht konden worden. Wij troffen VCP mutaties aan in een familiaire en een sporadische ALS-patiënt uit Nederland. Vervolgens gingen we in op UBQLN2 mutaties. Deze mutaties in het X-chromosoom kwamen aan het licht in een ALS-familie waarin geen overdracht van vader op zoon plaatsvond. In Hoofdstuk 6 screenden wij Nederlandse ALS-patiënten op UBQLN2 mutaties en lieten zien dat deze afwezig waren.
Bovenstaande hoofdstukken onderschreven dan ook de lage frequentie van mutaties in OPTN, VCP en UBQLN2.

Zowel in Hoofdstuk 7 als 8, bespraken we genen waarvoor herhalingen van een stuk DNA kenmerkend zijn: ataxine-2 (ATXN2) en ‘chromosome 9 open reading frame 72’ (C9orf72). Bij ATXN2 betreft het een verlenging van een reeks glutamines (CAG). Gezonde personen hebben meestal 22 glutamines; ALS-patiënten lijken vaker een hoger aantal glutamines te hebben. In Hoofdstuk 7 bestudeerden wij deze aantallen in ALS-patiënten uit Nederland en België. Ons onderzoek liet inderdaad een associatie zien tussen ALS en een verhoogd aantal glutamines, zo kwamen we bij 1,1% van de familiaire ALS-patiënten verhoogde aantallen tegen. Hierna bekeken we herhalingen in C9orf72, deze herhalingen bevinden zich in een deel van het DNA dat niet codeert voor eiwitten en wel dertig tot honderden GGGGCC’s kan beslaan. Wij bepaalden deze herhalingen in Nederlandse ALS-patiënten (Hoofdstuk 9). In meer dan 35% van de ALS-families vonden we een verhoogd aantal GGGGCC’s, waarmee C9orf72 in Nederland de belangrijkste oorzaak van ALS op zijn conto mag schrijven.
In Hoofdstuk 9 lag de nadruk op de complexe pathogenese van ALS. Omdat wij in veel van onze stambomen familieleden aantroffen zonder klachten maar met genetische afwijkingen, vermoedden we een combinatie van genetische factoren. Het zou bijvoorbeeld kunnen dat een specifieke mutatie alleen ALS veroorzaakt wanneer deze samengaat met een andere mutatie. Indien deze hypothese correct is, kan dit verklaren waarom familieleden met slechts één bepaalde mutatie geen ALS ontwikkelen, terwijl hun familieleden met meerdere mutaties dit wel doen. Bovendien volgt uit deze combinatie van mutaties waarom er zo veel verschillen worden waargenomen in de klachten en het ziekteverloop van patiënten. We besloten hierom 97 ALS-families te screenen op het gelijktijdig voorkomen van mutaties in de voornaamste ALS-genen: ‘TAR DNA-binding protein’ (TARDBP), ‘fused in sarcoma / translated in liposarcoma’ (FUS/ TLS), SOD1, angiogenine (ANG), en C9orf72. In vijf families vonden we meerdere mutaties (5,2%), wat significant meer is dan op basis van kans verwacht mag worden (p-waarde 1,77 x 10-7), waarmee onze hypothese bevestigd werd. In Hoofdstuk 10 probeerden we meer bewijs te leveren voor onze hypothese en screenden we dezelfde groep patiënten ook op zeldzamere mutaties in ‘vesicle-associated membrane protein B’ (VAPB). We ontdekten een nieuwe VAPB mutatie, die bovendien aanwezig was in een patiënt met een verhoogd aantal herhalingen in C9orf72. Onze bevindingen ondersteunden daarmee de polygenetische hypothese.
Bovenstaande hoofdstukken beschreven elf genen, die verantwoordelijk bleken te zijn voor meer dan de helft van de ALS-families in Nederland (Figuur S.1). In Hoofdstuk 20 werden de klinische kenmerken van geïdentificeerde patiënten gedemonstreerd. We vergeleken patiënten met mutaties in C9orf72, TARDBP en FUS/TLS, met de overige familiaire ALS-patiënten. Hieruit kwam naar voren dat patiënten met FUS/TLS mutaties eerder klachten ontwikkelden en tevens een kortere levensduur vertoonden. Ook lieten we zien dat dementie vaker aangetroffen werd in families met een verhoogd aantal GGGGCC’s in C9orf72. 

Eindbeschouwing:
We hebben, in Hoofdstuk 20, onze bevindingen samengevat en bediscussieerd. Daarmee hebben we de Nederlandse ALS-populatie kunnen karakteriseren en tevens een uitvoerig overzicht geboden van de genetische afwijkingen die kunnen leiden tot ALS.
Verder hebben we getracht verlichting te verschaffen door verbanden aan te dragen. Zo beschreven we hoe mutaties in OPTN, VCP, UBQLN2 en VAPB de afbraak van eiwitten verstoren, waardoor eiwitten zich ophopen. Ook verwoordden we hoe herhalingen in ATXN2 en C9orf72 kunnen zorgen voor een samenklontering van misvormd RNA dat allerlei RNA-bindende eiwitten aantrekt. Eveneens gaven we aan hoe mutaties in SOD1 en PON oxidatieve stress veroorzaken, en dat SOD1 ook gevoelig is voor samenklontering. Daarnaast schreven we hoe TDP-43 en FUS/TLS aangetoond kunnen worden in een behoorlijk percentage van deze ophopingen, en hoe gemuteerde vormen van deze eiwitten de verwerking van RNA ontwrichten. ANG, op zijn beurt, lijkt met name de kwetsbaarheid van neuronen te vergroten, waardoor ze gevoeliger zijn voor ALS. Dit zeer complexe samenspel zorgt voor een cruciale samenklontering van eiwitten, waardoor fundamentele cellulaire processen verstoord raken. Uiteindelijk resulteert dit in het afsterven van motorische neuronen en dientengevolge in het ontstaan van ALS.

Vertaling: ALS Liga: Karla

Bron: Universiteit Utrecht