Genetica en erfelijkheid van Alport syndroom

26 september 2015
Genetica en erfelijkheid van Alport
syndroom
Arthur van den Wijngaard
Afdeling Klinische Genetica, unit genoom diagnostiek
26 september 2015
Arthur Cecil Alport
(1880 – 1959)
Zuid-Afrikaanse arts beschreef voor het eerst “Alport” syndroom bij een
Britse family in 1927
26 september 2015
Ziekte kenmerken
Nieren: stadia van ziekte progressie
• hematurie (bloed in urine)
• proteïnurie (eiwit in urine)
• hypertensie (hoge bloeddruk)
• nierinsufficiëntie (verminderde nierfunctie)
• nierfalen
Gehoor:
• bilateraal (beide zijden) hoge tonen gehoorverlies
Ogen:
• anterieur (voorzijde) lenticonus (vervorming lens)
• perimaculaire (rond de gele vlek v/h netvlies) stippeling
• Herhaaldelijk cornea erosies (hoornvlies beschadiging)
26 september 2015
Differentiaal diagnostiek
26 september 2015
Differentiaal diagnostiek
Andere oorzaken van hematurie:
• Verworven
• IgA nefropathie (antistoffen neerslag en
ontsteking in de nieren)
• membranoproliferatieve glomerulonefritis
(complement afweerstoffen neerslag en
nierfilterontsteking)
• Erfelijk
• MYH9-gerelateerde Alport gelijkende ziekte
• Epstein syndroom
• Fechtner syndroom
26 september 2015
Diagnostiek
Urine analyse (nefroloog)
Audiologie (KNO arts)
Oogonderzoek (oogarts)
Familie historie (klinisch geneticus)
Nier biopsy (nefroloog)
26 september 2015
Diagnostisch onderzoek
26 september 2015
DNA diagnostiek
26 september 2015
Waarom DNA diagnostiek
• Sluitende diagnose
• Klinische prognose voorspelling
• Klinische/lab screening
• Genetische counseling
⎯ Familie diagnostiek/ planning
⎯ Prenatale/ preïmplantatie genetische diagnostiek
• Fenotype verklaring
⎯ Therapeutisch ingrijpen
26 september 2015
Overerving Alport syndroom
Alport
• 80% X-gebonden
• 15% Autosomaal recessief
• 5% Autosomaal dominant
Dunne basaal membraan nefropathie
(TBMN) / benigne familiaire hematurie
(BFH)
• AD
26 september 2015
Hoe vaak komt het voor
Alport: 1:50.000
TBMN: 1:100
26 september 2015
Therapie
• Bloeddruk verlagende medicijnen
• Dialyse
• Transplantatie
26 september 2015
Overerving Alport syndroom
26 september 2015
X-gebonden overervende ziekte
1 mutatie in man = ziekte
26 september 2015
Recessief overervende ziekte
2 mutaties = ziekte
25% kans
26 september 2015
Dominant overervende ziekte
1 mutatie = ziekte
50% kans
Het humane genoom
 3 miljard bouwstenen
 23 paar chromosomen
 20.000 genen
AGCCACTACACCTGACCCACT
CAGAAGTGGCTATTGGGCAGCTCATGGATGGCTGGGGACCTCCTTTCTCC
TCCCCTTTCTTGACACTTCTA
TGCCCCATCTGTCCTCCTGGGAAGTTCATGTCATCAGCTGCCCCTACTCC
CTTGACTTGGCTTTTCTGACA
GTCACTCACCAACCCTGCCATTCCCCTCTCTCAGGAATGACCTCACACCT
CAGCTGACTGATTTCTCTCTC
CTCCGGTTCATCCCTTCCTGGGCACCATTCCTAGAGGCTTCCACTCAACA
CCTCTCTGGCCCTAGTCTCAG
GTCTGCACAACACTCTATCTGCCTCCAGTGATCTCCTCCTACCCTTAGCT
CTGCCTTTGCTAGCTCTTCCT
GTAGTCATATCCTTGACCTTGACCTTCATCAACATCCAAATCCCTGCTGA
CCTCTACTTGGTGAGACCCAG
TCACATCCCAACCTCAAGCCACCCTCTCCTCACCTTCCAGCTCCCTCTCT
CCTCACTCTCCTGACTATATA
CTCCAGCAAACCCTCAACCTCTCCCAGACCCTGACCCACTGACCCAAACA
CCCTCCCTCCATGACCTCATG
CTCATCCGTCCCCCTACCCTGTCCTCAATTCCTCCCTACCCAGCCTACAC
GTTCCGTGGCTTTAAACACTG
GCATGAAACCCCCTGAGCTCCTCAGCCCCTCTCCTCCTCTCTTCCTCCAT
TCTATATGCTAATCACTCTCA
AACCAATAAACCCAGTGAAACCCAGCCACCCCCACTCCATGCTGGCTCCT
ATCCATGTATCAACCCTGACC
AGGTCACTAGGTAACACACACACACACACACACACACACACACACACACA
TCTCCCCAGAATTCCAGGCCT
CTGACTGGTCTCACTTTGAGGTCCCAATCTCAAGCTCCAAATGGCTTAAA
ACATCTAACTGTGTCCTTGGC
CTCACCTTCCCCTGTTTAAGCTGATTACCTTGTGTCTTGGTCTGTTCGGG
ACTTCCGGGGGGAGATCTAAT
AAATACCACAGACTGAGTGGCGTATAAATAAATCACAGAAATTTATTTCT
TGGCAACTCCACCCTAAAATG
AAGGCTGCAAAGTCCAACATCGAGGTGCTGGTGGATTTGGTGTCTGGTGA
GCCAATACAGAACTCTTAATT
GCTTGTTCACAGACAGCCATCTTCTGGCTGTGTCCTCACTTGTTAGAAGG
TCTGCCCACTGAACTTCCCAA
CTCTCCAGGGTCTCCTTTAGAAGCACACTAATCCCATTCATAAGGGCTCC
TCTGTTCCTCCTCTCATCTTC
CCTAATCACCTCCCAAAGGCCCCACTTCCTAAAACCCTTGCCTTGGGGCT
TCCTTCCTAGTAAATGGCACA
ACCTATAAATTTGTTGGGCAGCAGGACCAAATATTGAGACCATAGCACCT
AGCAGCTTCACTGTTGTTCAA
TTTGATAAGAAAATAGATTTGGACAGAAATGCCCTCGCCTTGTCACCCAC
GTACAAAATATCGAGTTGTCC
TCTGTCTCACCTGGACATCCAGCTCTGCCTTCTCTCTGTTAGAAGGACCC
ATAAATTCATCCCACTTCCTT
TCGCCAAAGGCTGCCCTGCCATGCGTGCTGGTGCACGCCACATGGACCCC
TCAACTCCACCTCCAAAATAT
ACTTATTGAAGACATCACTCCTGAAATCGCCCCTTCCTGCTTACATCCTT
ATTCCCAGCCCACGCATCCTC
CTCTCTTGGGACCTTTCCCAACAGGTACAAATGTGCCACCATCATTGCCT
TCCATCTCACCTATGACCGTC
AGAACAAAACCAAAAGCAAAGCCTTCCCTTGACCACTACCCAGCCCCCTA
TGCAGCAACCTCCTAACTGAT
CCCCTTCCTAGCAAAGCTTGAAAGAGTAGATTTCTGGTTGCTGATTTTAC
CTCCCTGGCTCCACTCTGCTC
CACATTTTCTCCTCCATCCTCCTCACGTCAACATTCCAACCTCACCCTCC
TGTGCCCAGCCCCATGATCCA
TTCTGGCAAGATCATGGGTGACCTCCATGTCACTGAATCAGAAAGTCACT
TCCTCCAC
TCACTGGCTTGACTTCTGGGCTGCATCTGACCAGGCTAACCACTTCCTCT
TTCTTTCTTTTTATTTTTTATTTATTTATTTTTTTTGAGACATAGTCTTA
CACACTGGAGTGCAGTGGCATGATCACAGCTCACTGCCACCTTGACCTCA
CAATCCTCCCACCTCAGCCTCCTGGGTAGCCAGGACCACCCGCATGTGCC
CCAGTTTTTGTGTATTTTGTAGAGGTGGGGTTTTGCTATGTTGCTCAGGC
CTCCTGGACTCAAGAGATCCACCCGCCTCAGCCTTCCAAAGTGCTGGGAT
AGCCACTACACCTGACCCACTTCCCCTTTCTTGACACTTCTACTTGACTT
ACACAGCTGACTGATTTCTCTCTCCCTCTCTGGCCCTAGTCTCAGCTGCC
CTTCCTCCTCTACTTGGTGAGACCCAGCCTCACTCTCCTGACTATATACC
GACCTCATGGTTCCGTGGCTTTAAACACTGTCTATATGCTAATCACTCTC
AGCCACTACACCTGACCCACT
TCAACCCTGACCTCTCCCCAGAATTCCAGGCCTACATCTAACTGTGTCCT
TCCCCTTTCTTGACACTTCTA
GGGGGGAGATCTAATTGGCAACTCCACCCTAAAATGGCCAATACAGAACT
CTTGACTTGGCTTTTCTGACA
GCCCACTGAACTTCCCAATCTGTTCCTCCTCTCATCTTCTCCTTCCTAGT
CAGCTGACTGATTTCTCTCTC
AGCAGCTTCACTGTTGTTCAAGTACAAAATATCGAGTTGTCCATAAATTC
CCTCTCTGGCCCTAGTCTCAG
CTTTCAACTCCACCTCCAAAATATATTCCCAGCCCACGCATCCTCTCCAT
CTGCCTTTGCTAGCTCTTCCT
ACCGTCTGCAGCAACCTCCTAACTGATCTCCCTGGCTCCACTCTGCTCTG
CCTCTACTTGGTGAGACCCAG
26 september 2015
Op zoek naar een mutatie
Gezond
...ACTGGTAACTGATTCG...
Patiënt
...ACTGGTATCTGATTCG...
1 letterverandering zoeken tussen 3 miljard andere
26 september 2015
Systematisch zoeken
26 september 2015
Geschiedenis
Alport et al. BJM 1927: familial deafness, nephropathy in males, not
females
Stanton et al. Austr Ann Med 1958: Goodpasture’s syndrome,
pulmonary-renal immune disorder, anti-COL4
 connection (McCoy et al. Kidney Int 1982): In Alport patients: no
staining with Ab’s from Goodpasture patients
Barker et al. Science 1990: COL4A5 mutations in Alport syndrome
Mochizuki et al. Nat Gen 1994: COL4A3/A4 mutations in AR-Alport
Lemmink et al. JCI 1996: COL4A3/A4 mutations in TBMN
26 september 2015
Kliniek wijst de weg naar genmutatie
• Alport geassocieerd met COL4A5, COL4A3 en
COL4A4 mutaties
• Kliniek belangrijk voor differentiaal diagnose
• Familie historie geeft aanwijzingen over
overervingsvorm:
• X-gebonden
• Autosomaal recessief
• Autosomaal dominant
• Spontaan ontstane mutatie
26 september 2015
Mutatie detectie moeilijkheden
• Welke van de 3 genen?
• Grote genen bemoeilijkt zoeken
• mutatie kan overal in gen liggen
• soms verstopt, kan met gebruikte technieken niet
worden gevonden
waar is Wally??
26 september 2015
Pathogenese; wat gaat er mis?
Collageen-type IV mutaties
• Component van de basale membranen
• Nier: dunner worden en neiging van het basale membraan te
scheuren, later verdikkingen
• Oog: anterieur deel van de lens kapsel verliest sterkte om de lens
zijn vorm te laten behouden
• Oor: basaal membraan in cochlea (=slakkenhuis)
26 september 2015
Nier anatomie
26 september 2015
bloed
Bowman’s capsule
pre-urine
bloed
Basale membraan (zeef): nr 1
pre-urine
26 september 2015
Nier anatomie
Bowman’s capsule
1: Basement membrane
26 september 2015
Nierfilter (zeef) functie kapot
26 september 2015
Nierfilter netwerk
26 september 2015
collageen netwerk
4
3
5
verder assemblage in netwerk
26 september 2015
1 collageen mutatie; geen netwerk
eiwit-shredder
mutatie
4
3
5
defect eiwit
26 september 2015
COL4A5 mutatie; collageen
netwerk afwezig
•
Detectie COL4A5 eiwit (en netwerk waar het onderdeel van
uitmaakt) met specifieke aankleuringstechniek
(immunohistochemie)
•
Diagnostische optie, huidbiopt (huidponsje): COL4A5 niet
alleen in nier (samen in keten met COL4A3/COL4A4) maar
ook basale laag opperhuid (in keten met COL4A6)
•
Geen aankleuring: bevestiging X-gebonden Alport syndroom
26 september 2015
Aankleuring normaal huidbiopt
rode COL4A2 kleuring (controle)
Normale COL4A5 aankleuring
groene COL4A5 kleuring
gele COL4A2/COL4A5 dubbelkleuring
26 september 2015
Aankleuring huidbiopt X-gebonden
Alport man
*
*
*
*
*
*
COL4A2 kleuring (controle)
* geen COL4A5 aankleuring
COL4A5 kleuring
COL4A2/COL4A5 dubbelkleuring
26 september 2015
Aankleuring huidbiopt X-gebonden
Alport vrouw
*
*
*
*
*
*
COL4A2 kleuring (controle)
Mozaïek COL4A5 aankleuring
* COL4A5 aankleuring afwezig
COL4A5 kleuring
COL4A2/COL4A5 dubbelkleuring
26 september 2015
weefselaankleuring niet waterdicht
• Geen aankleuring in ongeveer 70 % van X-gebonden Alport;
rest toch een mutatie in COL4A5
• Met nierbiopt-aankleuring kan onderscheid gemaakt worden
tussen X-gebonden en autosomaal recessief Alport.
• In 80% recessief Alport geen aankleuring COL4A3/COL4A4
• In dominant Alport aankleuring altijd aanwezig
• Met DNA diagnostiek >95% van mutaties gevonden
• Weefselkleuring kan diagnose stellen, vaak wederzijds
aanvullend aan DNA analyse
26 september 2015
Mildere kliniek bij vrouw in X-gebonden
Alport
• Ongeveer helft van COL4A5 keten nog aanwezig (Xchromosoom met mutatie/ normaal X-chromosoom)
• in >90% hematurie (soms met onderbrekingen) zonder verdere
klachten. In ~ 12% leidt het tot nierfalen < 40jr en ~ 40% < 80jr)
• Minder frequent gehoorverlies later in het leven
• Oog afwijkingen %?
26 september 2015
Autosomaal recessief Alport syndroom
•
Twee COL4A3/A4 mutaties op verschillende kopieën van
het chromosoom:
• kliniek zelfde als ♂ XLAS, proteïnurie in late kinderjaren/
vroege adolescentie, nierfalen <30 jr
• Gehoorverlies en oogafwijkingen gelijk aan ♂ XLAS
Dragers één mutatie:
• 50% microscopische hematurie
26 september 2015
Autosomaal dominant Alport syndroom
•
Één COL4A3/A4 mutatie:
• late aanschakeling van nierproblemen (langzaam
ontwikkelend)
• late aanschakeling gehoorverlies
• oogafwijkingen relatief ongewoon
26 september 2015
Digenische Alport syndroom
•
Één COL4A3 mutatie en één COL4A4 mutatie of één
mutatie in COL4A5 en één in COL4A3 of COL4A4:
• Ernst van kliniek afhankelijk van mutaties en genen:
correlatie met % aangedaan netwerk?
1 mutatie
1 gen
2 mutaties
2 genen
2 mutaties
1 gen
• Complexe overerving
26 september 2015
DNA diagnostiek Alport syndroom
totaal aantal aantal patiënten
onderzoeken
met variant
COL4A5 (2006-2015)
COL4A5 (2000-2005)
COL4A3 (2008-2015)
COL4A4 (2008-2015)
Aanvragen voor COL4A3, COL4A4 en
COL4A5
Afwijking in COL4A3
Afwijking in COL4A4
Afwijking in COL4A5
Afwijking in COL4A3 en COL4A4
Afwijking in COL4A3, COL4A4 en COL4A5
Afwijking in COL4A3 en COL4A5
Afwijking in COL4A4 en COL4A5
geen mutatie
Totaal
330
65
238
243
41
37
10
11
1
2
6
67
130
32
109
105
Alport met onbekende overerving
175
In ongeveer 60% van de ingestuurde patiënten wordt “iets” gevonden
X-gebonden Alport
AR/AD Alport
26 september 2015
Familie met Alport syndroom
?
•
•
•
•
mutatie in COL4A5; X-gebonden Alport
nierbiopt geen aankleuring van COL4A3 en COL4A5
jongens al op jonge leeftijd progressieve ziekte
vrouwen met mutatie milde kliniek
26 september 2015
Familie met Alport syndroom
•
•
•
•
•
dubbele mutatie in COL4A3; AR Alport
veel familieband (consanguïniteit) tussen
individuen
meisjes op jonge leeftijd al kliniek
dubbele mutatie leidt bij allen tot Alport
enkele mutatie; geen kliniek, maar wel bij
jonge kinderen
26 september 2015
Familie met Alport syndroom
hematurie
hele milde hematurie
Ex30 WT
Ex 47 c.4788G>A
Ex30 c.2690G>A
Ex 47 WT
Verdenking AR Alport
Ex30 en 47 WT
•
•
•
10-12-2003
Ex30 WT
Ex 47 c.4788G>A
dubbele verschillende mutatie in COL4A4: meisje met AR Alport
beide enkele mutaties veroorzaken hematurie: ouders met benigne familiaire hematurie
gaat broertje op latere leeftijd nog hematurie ontwikkelen?
26 september 2015
Verder verbeteren diagnostiek van Alport
syndroom
• Nieuwe technologieën implementeren voor betere
snellere en goedkopere diagnostiek
• Opbrengst mutaties verhogen tot nagenoeg 100%
• Interpretatie genetische varianten door functionele
testen
26 september 2015
Met dank aan:
Michel van Geel
Nicole Coolen