Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht

19
Genomische tandheelkunde:
cariës doorgelicht
C. Schoen, M. Thonissen en C.E.L. Carels
2.1Inleiding – 20
2.2Hebben mondziekten een genetische basis? – 21
2.3Theoretische achtergrond – 21
2.3.1Gen en genoom – 21
2.3.2Overerving – 22
2.3.3Genetische variatie – 23
2.4Genoomtechnologieën – 24
2.4.1Genome wide association studies (GWAS) – 24
2.4.2Next generation sequencing (NGS) – exoom sequencing (ES) – 25
2.5Cariës als voorbeeld – 26
2.6Toekomstige klinische toepassingen – 28
Literatuur – 30
J.K.M. Aps et al. (Red.), Het tandheelkundig jaar 2014,
DOI 10.1007/978-90-368-0455-4_2, © 2014 Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media BV
2
20
Hoofdstuk 2 • Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht
2.1Inleiding
2
Evidence-based medicine maakt het mogelijk om behandelopties te selecteren op
basis van stratificatie (het opsplitsen van de populatie/patiëntengroepen) en de gemiddelde respons op een behandeling. Het is belangrijk om te benadrukken dat
de informatie over de respons op een bepaalde behandeloptie verkregen wordt uit
onderzoeken die als doel hebben de variabiliteit in respons te minimaliseren of uit
onderzoeken met een zeer grote patiëntengroep, zodat voor de variabiliteit in respons gecompenseerd wordt. Er wordt dus gestreefd naar een gemiddelde respons in
een bepaalde groep. Door een grote genetische heterogeniteit in patiëntengroepen
is er uiteraard wel een individuele variatie in het fenotype van een aandoening en
in de respons op een behandeling. Gevolg van deze strategie is wel dat niet iedereen
op de individueel meest geschikte manier behandeld wordt. Denk bijvoorbeeld aan
het voorschrijven van coumarinederivaten. Aan de hand van klinische gegevens
en de stollingstijd wordt de patiënt in een specifieke groep ingedeeld en wordt de
dosis voorgeschreven zoals het gemiddelde in deze groep bepaalt. Vervolgens zal
de dosis – afhankelijk van de respons van de patiënt – geleidelijk worden aangepast.
Men zou het kunnen vergelijken met een bezoek aan een schoenenwinkel waar naar
geslacht en lengte een schoenmaat wordt aangeboden op basis van de gemiddelde
schoenmaat in de categorie van de klant. Als de klant later toch wat last zou hebben,
dan moet de schoenmaat worden herzien.
Sinds de voltooiing van het menselijk-genoomproject in 2003 is er een grote
sprong voorwaarts gemaakt in het inzicht in de rol van het menselijk genoom in
ziekte en gezondheid. De eerste ontdekkingen hebben gezorgd voor verbeteringen
in de genetische geneeskunde – het gebruik van kennis over enkele genen om de
diagnose en behandeling van ‘monogene’ aandoeningen te verbeteren. Recent hebben nieuwe technologieën echter ook geleid tot de opkomst van de genomische
geneeskunde. Hier wordt gebruikgemaakt van de kennis van het hele genoom en
van zijn interactie met omgevingsfactoren, om zo de diagnose en behandelopties
van complexe ziekten te verbeteren. Het is de verwachting dat de genomische informatie weldra geïntegreerd wordt in de gepersonaliseerde geneeskunde. Preventieve
maatregelen en behandelingen worden dan op basis van het eigen genoom en de
omgeving afgestemd op het individu.
Door de verdere progressie van het wetenschappelijk onderzoek en de toepassing van deze technieken in andere medische specialismen, is het toepassen van genomische technieken ook in de tandheelkunde onvermijdelijk. In de toekomst wordt
de tandheelkundige besluitvorming gebaseerd op een analyse van de interactie van
de unieke klinische, genomische, gedrags- en omgevingskenmerken van de patiënt.
Hoewel de genomische informatie momenteel nog onvoldoende is, is het toch belangrijk dat de tandarts hiervan alvast het één en ander weet, omdat er op termijn
concrete klinische toepassingen ontstaan.
Met cariës als voorbeeld wordt eerst een antwoord gegeven op de vraag of mondziekten wel een klinisch relevante genetische basis hebben. Het toelichten van andere
mondziekten zou verder reiken dan de strekking van dit artikel. Omdat tandartsen
tijdens de opleiding slechts een beknopt overzicht krijgen van genetica, worden in
deze bijdrage de basisprincipes en de belangrijkste technologische ontwikkelingen
toegelicht. Voor de toepassing van deze nieuwe technologieën in de tandheelkunde
wordt wederom cariës als voorbeeld bestudeerd. Tot slot wordt een klinisch toekomstperspectief geschetst.
2.3 • Theoretische achtergrond
2.2Hebben mondziekten een genetische basis?
In de tandheelkunde is een genetische basis voor ontwikkelingsstoornissen van tanden en gelaat algemeen aanvaard. Clinici nemen echter vaak nog een sceptische
houding aan wanneer het gaat over de meest voorkomende mondaandoeningen. In
de geneeskunde worden observationele en experimentele onderzoeken gebruikt om
te bepalen of een aandoening al dan niet een genetische basis heeft. Binnen de observationele onderzoeken zijn er grosso modo vier mogelijkheden: tweelingonderzoek,
adoptieonderzoek, segregatiestudies en immigratiestudies. Door het gebruik van dit
soort onderzoeksopzetten, is er eigenlijk al relatief lang geleden – en zeer uitvoerig –
aangetoond dat de meeste mondziekten, waaronder cariës, een genetische basis
hebben.
Het klassieke onderzoek van Vipeholm uit 1954, waarin er voor het eerst werd
aangetoond dat suiker cariës veroorzaakt, toonde aan dat 20% van de proefpersonen
geen cariës had ontwikkeld. Uit een verdere familieaggregatie bleek dat ook de ouders van deze groep een veel lagere cariësprevalentie hadden. Dit deed dus toen al
vermoeden dat er een individuele gevoeligheid bestaat voor cariës. Later heeft tweelingonderzoek aangetoond dat de heritabiliteit (= maat voor de genetische bijdrage
aan de variabiliteit in het optreden van een bepaald kenmerk) van cariës varieert
van 25% tot 80% (Vieira et al., 2012). Deze variatie is afhankelijk van het bestudeerde
cariëskenmerk.
Waarom ontkennen veel tandartsen de mogelijke rol van erfelijke factoren dan
nog bij het ontstaan van orale pathologie? De reden hiervoor is dat deze aandoeningen meestal een multifactoriële oorzaak hebben en dat een specifieke genetische oorzaak en gevolgrelaties niet kunnen worden aangetoond met traditionele genetische
testen. Veel klinisch relevante onderzoeken zijn dus alleen gericht op omgevingsfactoren zoals suiker, tandenpoetsen en bacteriën. Zoals verderop in dit hoofdstuk
duidelijk wordt, maken de recente technologieën het mogelijk om toekomstige klinisch relevante genomische informatie te verkrijgen en een paradigmaverschuiving
naar gepersonaliseerde tandheelkunde te bewerkstelligen. Genetica vormt dus een
essentiële basis voor veel mondaandoeningen; bepaalde mensen hebben inherent
een groter risico op het ontwikkelen hiervan.
2.3Theoretische achtergrond
2.3.1Gen en genoom
Het menselijk DNA bevindt zich in de celkern en bestaat uit 23 paren van chromosomen. Chromosomen zijn georganiseerde structuren van DNA-strengen die
opgerold zijn rond eiwitten en een lange arm, q-arm, en een korte arm, p-arm,
bevatten. Alle 46 chromosomen samen vormen het genoom van een individu. DNA
wordt via transcriptie omgezet in RNA, dat op zijn beurt translatie ondergaat tot
een eiwit. Vandaar dat een gen werd gedefinieerd als een bepaalde DNA-sequentie
die codeert voor een bepaald eiwit. Aangezien we beschikken over paren van chromosomen, hebben we telkens twee versies van eenzelfde gen (allel), namelijk één
van elke ouder. Beide allelen vormen het genotype van een bepaald gen en bepalen
welke eiwitvariant er door een bepaald individu geproduceerd wordt. Het is belangrijk te weten dat slechts minder dan 2% van het DNA voor een eiwit codeert, en dit
21
2
22
Hoofdstuk 2 • Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht
transcriptie
2
3D-structuur epigenetica
eiwit-DNAinteractie
RNA-DNAinteractie
translatie
mRNA 1
modificatie
eiwit 1
mRNA 2
eiwit 2a
mRNA 3
eiwit 3a
eiwit 2b
eiwit 3b
eiwit 4
niet-coderende RNA’s
genoom
transcriptoom
eiwit 5
proteoom
. Figuur 2.1 De complexe regulering van transciptie, translatie en posttranslationele modificatie.
gedeelte wordt het exoom genoemd. De resterende 98% codeert niet voor een eiwit
en zou een regulerende functie hebben, maar de specifieke werking hiervan is nog
voor een groot deel onbekend. Het lijkt logisch om te veronderstellen dat een complexer organisme dus ook meer genen zou hebben (meer eiwitten = meer genen).
Het menselijk-genoomproject, waarin de sequentie van het menselijk genoom werd
vastgelegd, bracht aan het licht dat het menselijk genoom slechts ongeveer 23.000
genen bevat. In recent onderzoek is evenwel aangetoond dat de complexiteit van het
genoom ook bepaald wordt door de regulatie van genen, zowel op het niveau van
transcriptie, translatie als door de posttranslationele modificatie (Feero et al., 2010).
Dit houdt in dat een enkel gen, afhankelijk van de omgeving waarin het zich bevindt,
verschillende producten kan afleveren en dat de traditionele definitie van 1 gen = 1
eiwit onjuist is (. figuur 2.1).
2.3.2Overerving
Overerving gebeurt door een fusie van een willekeurige helft van het genoom van
de moeder en die van de vader. Tijdens de meiose vindt ‘crossing-over’ plaats tussen
homologe chromosomen in willekeurige combinaties. De kans dat een nakomeling
één bepaald allel overerft is dus 50%. Het is belangrijk te onthouden – voor verderop in
dit hoofdstuk – dat hoe dichter bij elkaar twee punten (loci) zich op het chromosoom
bevinden, hoe groter de kans is dat ze samen worden doorgegeven in verschillende
generaties. De oorzaak van een bepaalde eigenschap/ziekte (= fenotype) bevindt
zich op een continuüm van enerzijds een zuiver monogene etiologie en anderzijds
een zuiver omgevingsgebonden etiologie. Tussen deze twee uitersten worden fenotypen bepaald door multipele genen of door de interactie van multipele genen en
hun omgevingsfactoren (= complexe multifactoriële fenotypen), waartoe de meeste
mondaandoeningen behoren (. figuur 2.2).
Een erfelijke eigenschap kan dus twee zeer verschillende overervingspatronen
volgen. Een eerste is een monogeen overervingspatroon, waarmee wordt bedoeld
23
2.3 • Theoretische achtergrond
omgevingsfactoren
genetisch
frequent
zelden
monogenetisch
polygenetisch
. Figuur 2.2 Genen versus omgevingsfactoren in het ontstaan van mondaandoeningen
(Van Andersson en Walley, 2010).
dat de eigenschap bepaald wordt door één enkel gen. Dit staat ook wel bekend
als mendeliaanse overerving, omdat dit overervingspatroon beschreven werd door
Gregor Mendel (1822-1884). Wordt een eigenschap bepaald door meerdere genen
en hun interactie met omgevingsfactoren, dan spreekt men van een complexe of
multifactoriële overerving.
Voor de monogene aandoeningen zijn er al veel oorzakelijke genen geïdentificeerd – er zijn op dit ogenblik ongeveer 4000 mendeliaanse aandoeningen bekend
(Online Mendelian Inheritance in Man). Voor complexe aandoeningen is dit tot op
heden alleen nog maar gelukt voor de genen die een hoge penetrantie hebben. Recente technologische ontwikkelingen hebben echter de ontdekking van veel nieuwe
oorzakelijke genen mogelijk gemaakt (zie 7 par. 2.4).
2.3.3Genetische variatie
Mensen stammen allemaal af van dezelfde voorouder, met een bepaalde genoomsequentie. Na verloop van tijd hebben mutaties (veranderingen in deze DNA-sequentie) geleid tot variatie in het genoom. De meeste mutaties zijn ‘goedaardig’ en
resulteren in een toename van de normale variatie, al dan niet met effect op het fenotype. Er zijn echter ook mutaties die geassocieerd zijn met pathogene variatie. Door
mutaties kan er dus op elke plaats in het genoom een nucleotidevariatie ontstaan.
Wanneer menselijke genomen met elkaar worden vergeleken, dan ziet men dat de
meeste nucleotiden bij de meeste mensen precies hetzelfde zijn (dit betekent dat het
allel een frequentie heeft van minstens 99% in de populatie) en dat er slechts ‘enkele’
posities zijn waar variatie vaak voorkomt (ongeveer 1 op de 300 nucleotiden). De
posities waar variatie wel vaak voorkomt staan bekend als polymorfismen, waarbij
de frequentie van het zeldzame allel een frequentie van meer dan 1% in de populatie
heeft. Een belangrijk soort polymorfisme is het zogenoemde ‘single nucleotide polymorfisme’ (SNP), waarbij slechts één nucleotide verschillend is en die als merker gebruikt wordt bij een belangrijke genoomtechnologie. Dankzij het HapMap-project,
waarbij de menselijke variatie in kaart is gebracht, zijn er nu veel single nucleotide
polymorfismes bekend.
2
24
Hoofdstuk 2 • Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht
ziekte met genetische component
2
familiestudies
populatiestudies
linkage analyse
exome sequencing
1
2
associatieanalyse
genome-wide
enkele genen
variatie
zeldzaam
3
1
frequent
2
3
monogenetisch
polygenetisch
. Figuur 2.3 De mogelijkheden voor het bestuderen van de genetische oorzaken van ziekten
met een genetische component.
2.4Genoomtechnologieën
In het pregenomische tijdperk (vóór het menselijk-genoomproject) was het identificeren van genen voor erfelijke aandoeningen een zeer moeilijke en langdurige aangelegenheid. In de meeste gevallen werden aandoeningen in families bestudeerd om
de chromosomale locatie te bepalen (linkage onderzoek). Voor monogene aandoeningen bleek deze linkage analyse zeer succesvol, maar voor multifactoriële aandoeningen werd met deze methode onvoldoende resultaat bereikt. Doordat multipele
genen betrokken zijn, bleken linkage onderzoeken bij multifactoriële aandoeningen
niet krachtig genoeg.
Recente technologische ontwikkelingen hebben het bestuderen van multifactoriële aandoeningen mogelijk gemaakt, met name ‘exoom sequencing’ en associatieonderzoeken (zie . figuur 2.3). Sequencing is het bepalen van de sequentie van een
stuk DNA en dit kan variëren van het bepalen van een klein fragment tot het gehele
genoom.
2.4.1Genome wide association studies (GWAS)
Hoewel het bepalen van de sequentie van het menselijk genoom een grote stap voorwaarts was en nog steeds is, kon het niet aan alle initiële verwachtingen voldoen.
2.4 • Genoomtechnologieën
Er was vooral maar weinig vooruitgang geboekt met betrekking tot de genetische
basis van complexe ziekten, omdat de betekenis van de sequentie op eiwitniveau
nog niet duidelijk was. Aangezien het proteoom (de verzameling van alle eiwitten) het fenotype bepaalt, waren verbanden tussen genotype en fenotype beperkt.
Bijvoorbeeld, het vergelijken van de sequentiedata van een patiënt met agressieve
parodontitis met die van een gezond individu bracht de genetische basis van agressieve parodontitis niet aan het licht. Dit heeft aanvankelijk geleid tot het opzetten van
genoom-breed associatieonderzoek met als doel een bepaald fenotype met bepaalde
genomische locaties te associëren (Kim et al., 2012).
Zoals eerder vermeld, als twee loci dicht bij elkaar liggen op een chromosoom, is
er een grotere kans dat ze samen overgeërfd worden. De loci waarvan onderzoekers
gebruikmaken bij een genoom-breed associatieonderzoek zijn single nucleotide polymorfismes. Met behulp van next generation sequencing (NGS) of een andere, niet
in dit artikel besproken methode, worden alle single nucleotide polymorfismes van
een bepaalde patiëntengroep met die van een gezonde controlegroep bepaald (casecontrolstudie). Als een bepaald single nucleotide polymorfisme statistisch gezien
meer voorkomt in de patiëntengroep dan in de controlegroep, dan kan dit komen
doordat het single nucleotide polymorfisme zelf een rol speelt of – meestal – doordat
het single nucleotide polymorfisme in de buurt ligt van een gen dat iemand vatbaar
maakt voor die bepaalde aandoening. Bij het uitvoeren van een genoom-breed associatieonderzoek wordt dus een lijst met single nucleotide polymorfismes verkregen
die dicht bij een vatbaarheidsgen voor een bepaalde aandoening zouden kunnen
liggen. Zulke single nucleotide polymorfismen noemt men geassocieerde single nucleotide polymorfismes, die genoom-breed (p-waarde kleiner dan 10E-7 of 10E-8) of
suggestief (p-waarde kleiner dan 10E-5) kunnen zijn.
Met behulp van deze data is een begin mogelijk van het ontcijferen van de genetische mechanismen van de complexe ziekte. Het is belangrijk dat deze bevindingen
wel gevalideerd worden door verder onderzoek, dat gericht wordt op de gevonden
kandidaat-genen. Er is reeds een aantal genoom-brede associatieonderzoeken uitgevoerd in het toepassingsgebied van de tandheelkunde, onder andere voor cariës,
parodontitis, mondkanker en schisis (Hindorff et al., 2013).
2.4.2Next generation sequencing (NGS) – exoom sequencing
(ES)
Het vastleggen van de volledige sequentie van het menselijk genoom heeft dertien
jaar geduurd en heeft ongeveer drie miljard dollar gekost. Dat had verschillende
redenen. Het menselijk genoom bevat ongeveer 3,2 × 109 nucleotiden en men kon
in die tijd slechts 500-1000 nucleotiden per keer sequensen. Bovendien nam het
analyseren en in de juiste volgorde zetten van de fragmenten ook veel tijd in beslag.
Om fouten te vermijden, diende elk fragment overigens meermaals gesequenced
te worden. Het menselijk-genoomproject heeft de ontwikkeling van nieuwere sequencingtechnieken gestimuleerd; hierdoor kan een volledig genoom nu in één dag
gesequenced worden en dat voor de laboratorium-technische kostprijs van ongeveer
1000 dollar.
De nieuwe technieken maken een massale parallelle sequencing (miljoenen fragmenten tegelijk) van 50-100 nucleotidefragmenten in enkele uren mogelijk. Dit betekent dat elke sequencing informatie over 100 miljard nucleotiden kan verschaffen.
25
2
26
2
Hoofdstuk 2 • Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht
Deze grote hoeveelheid data kan bovendien, met de huidige computers, automatisch
worden samengesteld.
Zoals eerder vermeld, bevat maar 2% van het genoom eiwitcoderende sequenties
en weet men vandaag de dag nog steeds maar weinig over de functionele significantie van de resterende 98%. Nu de kennis over het fenotypische gevolg van het
coderend gedeelte iets is toegenomen, is men parallel aan genoom-brede associatieonderzoeken begonnen met het sequensen van de coderende sequenties (exoom sequencing). Het grote voordeel hiervan is dat zo ook zeldzame varianten gedetecteerd
kunnen worden, hetgeen niet het geval is bij genoom-brede associatieonderzoeken.
Na het bepalen van de coderende sequentie maakt men, op basis van toenemende
biologische kennis, met behulp van bio-informatica een rangschikking van mogelijk
betrokken pathogene variaties. Er zijn momenteel nog geen gepubliceerde exoom
sequencing data voor mondziekten beschikbaar.
2.5Cariës als voorbeeld
Aangezien cariës geen klassieke mendeliaanse overervingspatronen kent en het gemodificeerde linkage onderzoek zeer zwak is voor multifactoriële ziekten, hebben er
nauwelijks klassieke genetische identificatieonderzoeken plaatsgevonden. Er is maar
één linkage onderzoek over cariës bekend, uitgevoerd bij Filippijnse families (Vieira
et al., 2008). Dit onderzoek suggereerde een koppeling tussen chromosoompositie
5q13.3, 14q11.2 en Xq27.1 met een lage cariësprevalentie en tussen 13q31.1 en 14q24.3
met een hoge cariësprevalentie. Aangezien bij linkage analyses de gekoppelde chromosomale regio’s zeer groot zijn, konden de onderzoekers de oorzakelijke genen
niet met zekerheid identificeren. Wel hebben ze aangetoond dat er op deze locaties
genen gelegen zijn die de speekselsecretie reguleren en genen die de voorkeur voor
een bepaald dieet bepalen.
Ook muizenonderzoek is gebruikt om kandidaat-genen voor cariës op te sporen (Nariyama et al., 2004). De methode hiervoor is, zeer eenvoudig uitgelegd, het
kruisen van muizenstammen die zeer cariësgevoelig zijn met muizenstammen die
cariësresistent zijn. Zo is aangetoond dat loci op de chromosomen 1, 2, 7, 8 en 17
invloed hebben op vatbaarheid voor cariës. De oorzakelijke genen zijn ook bij deze
studies niet ontdekt.
Door de eerder uitgelegde vorderingen in genoomtechnologieën werd het
mogelijk om associatieonderzoeken bij cariës- en controlegroepen uit te voeren.
Eerst werden kandidaat-genassociaties uitgevoerd, waarbij de kandidaten gekozen
werden op basis van biofunctionele overwegingen (Werneck et al., 2010). Genen
werden gekozen omdat ze deel uitmaakten van biologische processen die logisch
gezien verbonden zouden moeten zijn met de ontwikkeling van cariës. Deze onderzoeken hebben wel een aantal mogelijk cariësgeassocieerde genen geïdentificeerd
(zie . tabel 2.1). Het probleem is echter:
55 dat deze genen geen genomische significantie bereikt hebben in latere genoombrede associatieonderzoeken;
55 dat er zeer weinig onafhankelijke replicatieonderzoeken zijn;
55 dat de onderzoekspopulaties klein waren;
55 dat vele slechts een suggestieve associatie hadden (lage statistische significantie).
27
2.5 • Cariës als voorbeeld
. Tabel 2.1 Lijst van vatbaarheidsgenen voor cariës.
biologische functie
geassocieerde genen
ontwikkeling (tand
en/of orofaciaal)
AMELX, AMBN, TUFT1, ENAM, TFIP11, KLK4, FAM83H, WDR72, MMP20,
TFIP11, ACTN2, EPHA7, MTR, EDARADD, ZMPSTE24*, ADMTS3*,
ISL1*, RHOU*, FZD1*, ABCG2+, IFT88+, NKX2-3+, SMAD7+, PKD2+,
dentine/bot SCPP sub familie +, EDNRA+, NKX2-3+, TWSG1+, BCOR-,
INHBA-
speekselfunctie
PRH1, CAB6, LPO
smaak
TAS2R38, TAS1R2, GNAT3
immuniteit
DEFB1, HLADRB1, CD14, MPPED2, RPS6KA2*, PTK2B*, TLR2*, IL17D+,
CXCR1-, CXCR2-
De cursief gezette genen komen uit kandidaat-genstudies, de vetgedrukte uit het eerste genoom-brede associatieonderzoek, de genen met een * zijn afkomstig uit het
tweede genoom-brede associatieonderzoek, de genen met een + komen uit het derde
genoom-brede associatieonderzoek en de genen met een – uit het vierde genoom-brede
associatieonderzoek.
Vier genoom-brede associatieonderzoeken werden tot dusver gepubliceerd, één voor
melkdentitie en drie voor de blijvende dentitie. Het eerste genoom-brede associatieonderzoek betreffende cariës op melkelementen vond geen genoom-brede associaties maar wel vijf single nucleotide polymorfismen op de chromosomen 1 en 11 en
17, met een suggestieve associatie in de nabijheid van vijf kandidaat-genen met een
plausibele biologische rol (Shaffer et al., 2011) (zie . tabel 2.1). De onderzoeksgroep
heeft het onderzoek verder onderverdeeld in een lage en hoge fluoride-inname met
drie extra suggestieve kandidaat-genen (zie . tabel 2.1). Een bijkomend onderzoek
heeft deze suggestieve associaties echter niet kunnen repliceren, behalve dan in beperkte mate voor TFIP11. TFIP11 codeert voor een eiwit dat interacteert met TUFT1.
TUFT1 codeert voor een glycoproteïne in glazuur en is, in andere onderzoeken,
in aanwezigheid van grote aantallen Streptococcus mutans mogelijk geassocieeerd
met cariës. Alleen AMBN, GNAT3 en TAS1R2 van eerdere kandidaat-genassociaties
lieten single nucleotide polymorfismes zien met een nominale significantie (0,05 >
p > 0,001).
Een tweede genoom-breed associatieonderzoek, betreffende cariës op definitieve gebitselementen, vond evenmin genoom-brede significante associaties
(Wang et al., 2012). Weer waren er wel zeven kandidaat-genen met een zeer plausibele biologische rol die suggestieve significantie bereikten (zie . tabel 2.1). Belangrijk
is, dat geen enkel kandidaat-gen van het vorige genoom-brede associatieonderzoek
werd gerepliceerd in dit tweede genoom-brede associatieonderzoek. Vermoedelijk is
dit deels te verklaren doordat een verschillende dentitie bestudeerd werd (melkdentitie versus blijvende dentitie).
Een veelgebruikte manier om de kracht van een genoom-breed associatieonderzoek te vergroten is het bestudeerde fenotype specifieker te definiëren. De gebruikte
criteria voor cariës waren divers, maar het minimumcriterium was radiologisch
bewijs van cariës op één (melk)element. Onderzoek heeft echter aangetoond dat
oppervlakken van verschillende gebitselementen en gebitslocaties een verschillende genetische vatbaarheid hebben en dat risicofactoren dus een variabele invloed
2
28
2
Hoofdstuk 2 • Genomische tandheelkunde: cariës doorgelicht
uitoefenen op verschillende groepen op basis van de locatie (Shaffer et al., 2013).
Daarom zijn er nog twee extra genoom-brede associatieonderzoeken uitgevoerd met
een specifiekere definitie van het cariës fenotype om zo significantere associaties te
ontdekken.
Het derde genoom-brede associatieonderzoek, betreffende pit/fissuurcariës en
cariës van gladde oppervlakken van de blijvende dentitie vond ook geen genoombrede associaties, maar wel bijkomende suggestieve associaties (Zeng et al., 2013)
(zie . tabel 2.1). Voor pit/fissuurcariës waren er twee kandidaat-genen op chromosoom 7 en X. Voor cariës op de gladde oppervlakken waren er drie kandidaat-genen
op chromosoom 2 en X. Interessant is dat twee homologe en nauw gerelateerde genen
op twee verschillende locaties suggestief zijn gevonden en dat deze zich in de buurt
van locus Xq27.1 bevinden die in een eerder onderzoek al is geassocieerd met cariës.
In het tot nu toe laatst uitgevoerde genoom-brede associatieonderzoek zijn twee
genoom-brede significante associaties geïdentificeerd, met name LYZL2 voor cariës
in het onderfront en AJAP1 voor cariës ter hoogte van de premolaren en cuspidaten
in de maxilla (Shaffer et al., 2013). LYZL2 codeert voor een bacteriolytisch agens
en AJAP1 speelt mogelijk een rol in de tandontwikkeling. Er werden verder tien
kandidaat-genen geïdentificeerd met een plausibele biologische rol die suggestieve
significantie bereikte (zie . tabel 2.1).
De conclusie kan zijn dat er voor cariës waarschijnlijk zeer veel vatbaarheidsgenen zijn, waarvan elk gen maar een klein individueel effect heeft. Het gezamenlijk
effect heeft wel een belangrijke klinische relevantie, aangezien dit verantwoordelijk
bleek voor 25-80% van de variatie in optreden van cariës. Als men de betrokken
biologische processen bekijkt, dan is te zien dat genetische achtergrond zowel een
directe als indirecte invloed kan hebben op de ontwikkeling van cariës. Bijvoorbeeld,
de betrokken smaakreceptoren leiden niet direct tot cariës, maar kunnen wel leiden
tot een hoge suikerinname. Verder blijkt dat niet elk gebitselement of elementvlak
hetzelfde genetische risico vertoont.
2.6Toekomstige klinische toepassingen
Tot op heden hebben onderzoeken zich gericht op het verkrijgen van de nu beschikbare kennis, vooral op wat we nu weten over de coderende sequentie van eiwitten.
Met behulp van de nieuwe genoomtechnologieën ontstaan er lijsten van single nucleotide polymorfismes die gekoppeld zijn aan mogelijke vatbaarheidsgenen. Hoewel in dit hoofdstuk alleen cariës werd toegelicht, vindt deze evolutie ook voor
andere mondziekten plaats (Eng et al., 2012). Hierbij gelden echter enkele restricties
en is belangrijk om voor ogen te houden:
55 dat voor vele associaties replicatie in onafhankelijke groepen nog moeten worden aangetoond;
55 dat replicatie niet voldoende is om met zekerheid te stellen dat een bepaald gen
betrokken is bij een aandoening. Er is immers een verschil tussen een associatie
en een causaliteit: een functioneel verband tussen het gen en de aandoening
moet worden aangetoond door middel van functioneel en experimenteel werk;
55 dat de lijsten die momenteel beschikbaar zijn nog maar een klein deel van de
volledige erfelijkheid verklaren en dat de meeste individuele associaties slechts
een zeer laag relatief risico vertonen;
http://www.springer.com/978-90-368-0454-7