Genotype versus fenotype bij autisme spectrum stoornissen

Achtergrond van het onderzoek:
Autisme spectrum stoornissen (ASS) vormen een heterogene groep aandoeningen die
gekenmerkt worden door het voorkomen van kwalitatieve beperkingen op het gebied
van sociale interactie en communicatie, waarbij tevens stereotype patronen van
gedrag en éénzijdige interesses gezien worden. Momenteel wordt de prevalentie
van autisme spectrumstoornissen -hetgeen zowel autisme als aan autisme verwante
stoornissen omvat- geschat op ongeveer 1 / 300. Autisme zou gezien kunnen
worden als het prototype van de ASS en kenmerkt zich door een breed scala aan
symptomen in alle drie de domeinen, waarbij ten minste een deel van de klachten
ontstaan is voor het vierde levensjaar. De aandoening komt opvallend vaak voor
bij jongens (man: vrouw is 4:1) en het grootste deel van de patiënten heeft
blijvend intensive klinische zorg nodig (60%). Behalve autisme vallen onder de
ASS de stoornis van Asperger en de zg. Pervasive Developmental Disorder, not
otherwise specified (PDD-NOS).
Epidemiologische studies tonen aan dat autisme spectrum stoornissen
(ASS) voor een belangrijk deel genetisch bepaald worden: De prevalentie van
autisme bij de broers en zussen van aangedane individuen is 2-8% en de
concordantie bij monozygote tweelingen is zelfs 60-91%. Het inzicht in de
genetica van complex genetische aandoeningen zoals ASS neemt snel toe. Een
opvallende constatering die op grond van genetisch onderzoek over de laatste
tien jaar gedaan kan worden is dat er bij ASS evident sprake is van genetische
heterogeniteit. Met deze term wordt bedoeld dat verschillende genetische
afwijkingen tot eenzelfde ziektebeeld kunnen leiden.
Bij de ASS zijn inmiddels verschillende soorten genetische afwijkingen
gevonden. Zowel afwijkingen aan één gen (denk aan Rett syndrome en MECP2 gen),
als specifieke chromosomale afwijkingen kunnen ASS geven (Freitag CM, 2007).
Daarnaast vermoedt men dat interactie tussen verschillende risicogenen die
algemeen voorkomen in de populatie ASS kan geven.Wanneer men bedenkt dat er ook
nog variatie kan bestaan in gen expressie (Gregg, 2008) zal duidelijk zijn hoe
divers de onderliggende genetische mechanismen bij ASS zijn. We zullen de
zeldzame afwijkingen aan één gen verder buiten beschouwing laten.
Chromosomale afwijkingen komen in een verhoogd percentage voor bij ASS
(zie figuur-1). Een belangrijke ontwikkeling ligt in het steeds fijner
detecteren van zeer kleine chromosomale veranderingen met DNA-chip technologie.
Zo bestond b.v. bij autisme het idee dat 5% van de patiënten een chromosomale
afwijking zou hebben. Nieuwe technologische ontwikkelingen maken echter de
detectie van zeer kleine chromosomale afwijkingen (ter grote van slechts één
tot twee genen) mogelijk. Deze afwijkingen noemt men Copy Number Variations of
CNVs. Deze CNVs kunnen spontaan onstaan (de novo) of van paternale of maternale
origine zijn. Het betreft micro deleties of microduplicaties van één van de
allelen van een chromosoom. Deze komen ook voor in de normale populatie. Het
gaat dus om het zoeken naar CNV*s die niet in de normale populatie voorkomen en
zodoende een specifieke relatie kunnen hebben met de etiologie van ASS. Ook bij
familieleden van patienten met ASS komen deze afwijkingen voor. Het is dus van
groot belang deze CNV*s bij ouders en patienten te bestuderen. Hierdoor zijn
zeer recentelijk afwijkingen aangetoond bij ten minste 10-20% van de ASS
patiënten en het vermoeden bestaat dat met het voortschrijden van de techniek
dit percentage nog verder zal stijgen (Autism Genome Project Consortium, 2007;
Sebath, 2007).
Op dit moment is het al gebruikelijk een array-CGH in te zetten bij de
diagnostiek naar de etiologie van kinderen en volwassenen met een
verstandelijke handicap. Een onderdeel van onze vraagstelling is de waarde van
de screening naar dit soort kleine chromosomale afwijkingen voor de standaard
diagnostiek bij patienten met ASS. Het belangrijke voordeel van deze techniek
is dat het de kans vergroot op het vinden van een klinisch significante
chromosomale afwijking (Ballif et al., 2007). Als de etiologie van een stoornis
door deze techniek duidelijk wordt, voorkomt dat verder belastend diagnostisch
onderzoek voor de patient. Ook leidt deze kennis tot het kunnen voorkomen en
verzachten van complicaties op de korte en lange termijn. Verder biedt het de
mogelijkheid van voorlichting aan ouders en eventueel andere gezinsleden over
de erfelijke risisco*s op de korte en lange termijn. Ook kan de familie
begeleid worden door een klinisch geneticus in het nemen van beslissingen om
risico*s voor de gezondheid te verminderen.
Waarschijnlijk zal screening naar dit soort kleine chromosomale afwijkingen
onderdeel worden van diagnostiek. Het is belangrijk kort het belang van
gen-expressie studies te noemen, met name in relatie tot het CNV onderzoek.
CNVs zijn namelijk alleen relevant als ze ook daadwerkelijk leiden tot een
transcriptie verandering van de betrokken genen (haploinsufficientie). Zo zal
soms een micro deletie kunnen leiden tot verminderde expressie van een gen,
maar niet altijd. D.m.v. gen expressie studies kan men dus differentieren welke
CNVs relevant zijn. Verder kunnen gen expressie studies een idee geven over
biochemische pathways die betrokken zijn bij ASS. Hierbij merken we op dat er
nog verschillende methodologische beperkingen vast zitten aan genexpressie
studies, zoals b.v. de aanname dat gen expressie in perifeer bloed
vergelijkbaar is met gen expressie in het brein. Tot op heden is slecht in zeer
beperkte mate gen expressie onderzocht bij ASS. De hoeveelheid geincludeerde
patiënten en controle proefpersonen was echter zo klein dat een hieruit
eigenlijk geen conclusies kunnen worden getrokken.
Wat betreft het voorkomen van risicogenen voor autisme in de algemene
bevolking is m.n. met linkage en associatie studies onderzoek gedaan. Gegevens
uit deze studies hebben vooralsnog geen eenduidig beeld opgeleverd, ondanks dat
een aantal interessante kandidaat-genen naar voren zijn gekomen (zie tabel
2,3). Dit heeft waarschijnlijk te maken met het feit dat veel van de studies te
kleine steekproeven gebruikt hebben en met de mogelijkheid dat risicogenen voor
ASS slechts een beperkte bijdrage leveren aan het ontwikkelen van de stoornis.
Daarnaast is slechts in een minderheid van de gevallen getracht bevindingen te
repliceren in een onafhankelijk sample. Krachtige studie designs zoals joint
analyses is tot op heden nauwelijks toegepast. Ook *genome-wide association* is
nog niet gedaan voor de ASS.
Concluderend over de genetica studies bij ASS kan gesteld worden dat nu
voorzichtig meer helderheid aan het komen is t.a.v. de verschillende genetische
werkings mechanismen die bij ASS voorkomen is.
De fenotypering zoals die gedefinieerd wordt in de DSM-IV (American
Psychiatric Association, 2000b) zal te beperkt zijn om de fenotypische uiting
van de genetische heterogeniteit te kunnen koppelen. Het wordt daarom steeds
belangrijker om subgroepen van patiënten te definiëren die bepaalde
gemeenschappelijke kenmerken delen. Tot nu toe zijn er een aantal fenotypische
kenmerken veelbelovend gebleken voor genetische studies, namelijk:
taalproblemen, repetitief of rigide gedrag en hoofdomtrek. Sommige van deze
kenmerken bleken sterk familiair bepaald te zijn in ASS (Szatmari et al.,
2007b). Daarom is fenotypische informatie nodig om kenmerken van mensen met ASS
en hun familieleden in kaart te brengen en subgroepen te kunnen maken, zodat
genetische studies daarmee verder geholpen kunnen worden en om de relatie
tussen genetische mechanismen en fenotypische kenmerken te kunnen onderzoeken.





Omschrijving en inschatting van belasting en risico (indien van toepassing): Er
zijn geen risico*s verbonden aan de gebruikte methoden. Wij schatten daarom in
dat de impact op deelnemers minimaal zal zijn. Onderzoek naar de genetische
basis van de neurobiologische afwijkingen bij ASS zal het inzicht in de
pathofysiologie van deze aandoeningen vergroten. Studies van de neurobiologie
van ASS zullen uiteindelijk de ontwikkeling van nieuwe en effectieve
behandelingen hiervoor faciliteren.

Doel van het onderzoek: Het doel van dit onderzoek is om de invloed van
verschillende genetische mechanismen (risico genen, CNV, genexpressie patronen)
te onderzoeken bij ASS, en om de relatie te onderzoeken tussen genetische
variatie en specifieke klinische kenmerken van de stoornis. Evaluatie van de
gebruikte genetische techniek CGH-array voor het doel van betere counselling
aan patient en diens familie, voorkomen en verzachten van complicaties en
voorkomen van verder belastend medisch onderzoek gericht op het vinden van de
oorzaak van de aandoening.

Onderzoeksopzet: Alle deelnemers zijn minimaal 4 jaar oud. De ouders van de
kinderen met ASS wordt gevraagd deel te nemen aan een gestructureerd interview
over de (vroege) ontwikkeling, en de persoon met ASS wordt gevraagd voor een
gestandaardiseerde (spel)observatie om de klinische diagnose te bevestigen.
Ouders (of de persoon met ASS zelf als dat van toepassing is) wordt gevraagd
enkele vragenlijsten in te vullen en om deel te nemen aan enkele korte
neuropsychologische taken om cognitieve flexibiliteit en detailwaarneming te
meten. Neuropsychologische taken bieden de gelegenheid om rigiditeit op een
meer objectieve manier te meten dan zelf-rapportage vragenlijsten en cognitief
functioneren is waarschijnlijk directer gerelateerd aan de ontwikkeling van het
brein onder genetische invloed, dan gedrag in dagelijkse situaties. Tenslotte
worden deelnemers (en hun eerste graads familieleden nl hun ouders en niet
aangedane broers/zusters) gevraagd om een monster te leveren voor genetische
analyses, via bloed of speeksel. Informatie uit medische dossiers wordt
opgevraagd en hoofdomtrek en lichaamslengte.

Tijdsinvestering patiënten ouders/ voogden/ familieleden en gezonde
proefpersonen:
6) Patienten: 150 minuten
7) Ouders/ voogden van patiënten: 270 minuten
8) Gezonde controles: 105 minuten

Er zijn geen risico's verbonden aan de gebruikte methoden. Wij schatten daarom
in dat de impact op deelnemers minimaal zal zijn. Onderzoek naar de genetische
basis van de neurobiologische afwijkingen bij ASS zal het inzicht in de
pathofysiologie van deze aandoeningen vergroten. De CGH-array techniek kan
leiden tot betere counselling aan patient en diens familie, voorkomen en
verzachten van complicaties en voorkomen van verder belastend medisch onderzoek
gericht op het vinden van de oorzaak van de aandoening.