Lokalisatie van het gen voor de adulte vorm van cystenieren op de korte arm van chromosoom 16

Onderzoek
M.H. Breuning
S.T. Reeders
N. Goor
B.L. Hogewind
L.A. van Es
P.L. Pearson
Citeer dit artikel als
Ned Tijdschr Geneeskd. 1986;130:689-92
Abstract
Download PDF

Samenvatting

De autosomaal dominant overervende vorm van hereditaire cystenieren is een veel voorkomende oorzaak van terminale nierinsufficiëntie. Wanneer de cystenieren manifest worden, hebben de meeste patiënten reeds een voltooid gezin. Bij de erfelijkheidsvoorlichting zou men graag beschikken over betrouwbare methoden van vroege diagnostiek.

In vijf families waarin deze ziekte voorkomt, werd een nauwe koppeling gevonden tussen het gen dat cystenieren veroorzaakt en een hypervariabele regio op de korte arm van chromosoom 16. De genetische afstand tussen beide loci is met 90 betrouwbaarheid tussen de 1 en 15 centi-morgan. De lokalisatie van het gen voor deze ziekte op de korte arm van chromosoom 16 is een eerste essentiële stap in de ontwikkeling van diagnostiek op DNA-niveau.

artikel

Inleiding

Inleiding

De adulte vorm van hereditaire cystenieren komt voor bij ongeveer 1 op de 1000 personen.1 De overerving is autosomaal dominant. De ziekte leidt vaak tussen de leeftijd van 30 en 40 jaar tot nierinsufficiëntie. Zowel vroeger als later manifest worden van de ziekte komt echter voor. Ongeveer 5 van de patiënten met terminale nierinsufficiëntie heeft cystenieren.2 Voor de erfelijkheidsvoorlichting is vroege herkenning van de ziekte van groot belang. Veel patiënten hebben wanneer de ziekte herkend wordt, al een gezin gesticht. De kinderen van een patiënt hebben 50 kans het gen voor cystenieren te erven. Met echografie kan men bij asymptomatische familieleden de ziekte in de regel na het 20e levensjaar vaststellen.3 Door de variabiliteit van de aandoening kan dit onderzoek fout-negatief uitvallen. Op deze leeftijd kan de ziekte onmogelijk met zekerheid worden uitgesloten. Juist tussen het 20e en 30e jaar willen familieleden van patiënten weten of zij het gen voor cystenieren bezitten en kunnen doorgeven aan hun kinderen.

Een betrouwbare methode voor prenatale diagnostiek is niet voorhanden. Het is niet bekend welk gen voor het ontstaan van cystenieren verantwoordelijk is. Voor sommige erfelijke ziekten kan door gericht familieonderzoek toch informatie worden verkregen over de overerving van het ziektegen, bijv. bij de spierdystrofie van Duchenne. Het gen van deze X-gebonden aandoening kan men via het overervingspatroon van gekoppelde merkgenen in een familie vervolgen.45 De merkgenen die daarbij worden gebruikt, zijn ontwikkeld met recombinant-DNA-technieken. Tussen verschillende individuen blijken op vele plaatsen variaties in de volgorde van de nucleïnezuren in het DNA te bestaan. Deze variaties kan men zichtbaar maken door de lengte te vergelijken van de fragmenten die men na de vertering van het DNA met een restrictie-enzym verkrijgt.67 De verschillen tussen individuen noemt men restrictie-fragment-lengte-polymorfisme (RFLP). Deze methode is voor het eerst toegepast voor de vroegtijdige herkenning van sikkelcelanemie.8 Dat daarmee het gen voor een autosomaal dominant overervende ziekte met onbekende pathogenese kan worden opgespoord, is onlangs aangetoond door de lokalisatie van het gen voor de chorea van Huntington op chromosoom 4.9 Daardoor zal het in de toekomst mogelijk worden personen die aan deze ziekte zullen gaan lijden op te sporen nog voor enig symptoom optreedt.910

Onlangs werd met deze methode een nauwe koppeling gevonden tussen het gen voor de autosomaal dominante vorm van hereditaire cystenieren en een RFLP op chromosoom 16.11 In dit artikel beschrijven wij onze bevindingen in vijf Nederlandse families met deze nieraandoening.

PatiËnten en methoden

Families met de adulte vorm van hereditaire cystenieren

Vijf families, bekend in verschillende nefrologische centra, werden onderzocht. Alle deelnemende familieleden werden uitgebreid voorgelicht over de voor- en nadelen van vroege diagnostiek van cystenieren en het uit te voeren onderzoek. Bij asymptomatische at risk-familieleden werd met behulp van echografie naar cysten gezocht. De aanwezigheid van ten minste één cyste in beide nieren, of van ten minste twee cysten in één nier werd beschouwd als bewijzend voor cystenieren.12 Aan familieleden tussen de 15 en 40 jaar die niet aan deze criteria voldeden, werd een waarschijnlijkheid toegekend voor de kans dat zij toch het gen voor cystenieren hadden geërfd: van 15-20 jaar 0,28, van 20-30 jaar 0,14 en ouder dan 30 jaar 0,05. Dit deden wij om te corrigeren voor de variabiliteit van de aandoening, waardoor ook bij echografisch onderzoek na het 30e jaar nog gevallen gemist kunnen worden.12

Restrictie-fragment-lengte-polymorfisme (RFLP)

DNA werd geëxtraheerd uit leukocyten van zieke en gezonde familieleden volgens standaardmethoden. De DNA-fragmenten, ontstaan na digestie door diverse restrictie-enzymen, werden op lengte gescheiden door elektroforese in 0,7 agarose-gel en overgebracht op nitrocellullose-filters.13 Vervolgens werden de fragmenten gehybridiseerd met een groot aantal verschillende probes, die gekenmerkt waren met 32P-nucleotiden door ‘nick’-translatie.14 De gehybridiseerde fragmenten werden zichtbaar gemaakt door autoradiografie. De 3‘HVR(hypervariabele regio)-probe herkent een DNA-sequentie ongeveer 8 kilobasen (kb) ’stroomafwaarts‘ van het 3’-uiteinde van de ?-globinecluster. In DNA geknipt met het restrictie-enzym Pvu II worden met deze probe bij verschillende individuen zeer vaak verschillende banden zichtbaar. De probe werd beschikbaar gesteld door dr.D.Higgs (Oxford).

Stamboomonderzoek

De waarschijnlijkheid dat het gen voor cystenieren en 3‘HVR gekoppeld zijn, werd berekend met het computerprogramma LIPED.16 Hiermee wordt de ’lod‘-score berekend, dit is de logaritme van de ’odd‘, het getal dat aangeeft hoeveel maal waarschijnlijker het is dat, gegeven een bepaalde recombinatiefrequentie, in een stamboom twee erfelijke kenmerken gekoppeld overerven, dan wel niet gekoppeld zijn.17 Een lod-score van 3 (koppeling is 1000 maal zo waarschijnlijk als niet-koppeling) wordt voldoende geacht om koppeling tussen twee genen te bewijzen.

Resultaten

Met de 3‘HVR-probe werden fragmenten zichtbaar gemaakt tussen 1,8 en 8 kilobasen (fig. 1). Bij elk individu werden twee fragmenten gezien die werden overgeërfd volgens de wetten van Mendel. Om de privacy van de betrokkenen te beschermen, is de stamboom in figuur 1 op enige punten gewijzigd. In de vijf families konden in totaal 67 meiosen worden onderzocht. Er waren vier gevallen waarin het gen voor de ziekte en 3’HVR van elkaar werden gescheiden. Deze vier gevallen zijn als een ‘cross-over’ tijdens de meiose beschouwd, waarbij recombinatie optrad tussen het gen voor cystenieren en 3‘HVR. Hieruit blijkt dat beide kenmerken weliswaar gekoppeld overerven, maar toch op enige afstand van elkaar moeten liggen. De resultaten van het stamboomonderzoek tonen in alle vijf families een positieve lod-score; de maximale lod-score van alle families te zamen bedroeg 10,22 (tabel). De koppeling tussen 3’HVR en hereditaire cystenieren is derhalve 1010 maal zo waarschijnlijk als niet-koppeling. De hoogste lod-score werd verkregen bij een recombinatiefrequentie van 5. Dit is een betrekkelijk onnauwkeurige schatting van de recombinatiefrequentie, die een maat is voor de genetische afstand. Bij een betrouwbaarheid van 90 bedraagt de recombinatiefrequentie ten minste 1 en ten hoogste 15 (zie de tabel).

Beschouwing

In vijf families werd, evenals in vier Britse families,11 een nauwe koppeling gevonden tussen hereditaire cystenieren en 3‘HVR, een hypervariabele regio op chromosoom 16. De 3’HVR-probe werd geïsoleerd uit een DNA-sequentie dichtbij de genen voor de ?-keten van het hemoglobine.15 Deze genen liggen op het distale deel van de korte arm van chromosoom 16 (fig. 2). Aldaar ligt ook het gen voor het polymorfe enzym fosfoglycolaatfosfatase (PGP), dat eveneens nauwe koppeling met het gen voor cystenieren vertoont.19 Het familieonderzoek in Oxford en in Leiden heeft tot op heden nog geen informatie opgeleverd over de volgorde van het gen voor ?-globine (HBA), PGP en hereditaire cystenieren onderling en de oriëntering van deze groep gekoppelde genen ten opzichte van het centromeer van chromosoom 16 (zie fig. 2).

We mogen hieruit concluderen dat in de tot nu toe onderzochte families een gen op de korte arm van chromosoom 16 voor het ontstaan van cystenieren verantwoordelijk is. Voor men deze kennis echter in de praktijk van de erfelijkheidsvoorlichting kan toepassen, moet een aantal problemen opgelost worden. Zo kan men zich afvragen of hereditaire cystenieren in verschillende families steeds worden veroorzaakt door defecten van één en hetzelfde gen. Men kan in principe drie vormen van genetische heterogeniteit onderscheiden. Ten eerste zou hetzelfde fenotype (hereditaire cystenieren) kunnen worden veroorzaakt door defecten van verschillende genen, gelegen op verschillende chromosomen. Ten tweede zijn defecten van verschillende genen op hetzelfde chromosoom mogelijk. Ten derde kan men verschillende defecten van één en hetzelfde gen veronderstellen, die alle leiden tot cystenieren. Dat in alle tot nu toe onderzochte families koppeling met hetzelfde locus op chromosoom 16 werd gevonden, pleit tegen de eerstgenoemde vorm van heterogeniteit. Om meer zekerheid te verkrijgen is uitbreiding van het aantal onderzochte families nodig. Onderzoek naar de tweede vorm van heterogeniteit vergt zeer uitgebreide families, die elk voor zich een betrouwbare schatting van de recombinatiefrequentie opleveren. Grote interfamiliale verschillen in recombinatiefrequentie wijzen dan op de rol van verschillende genen op hetzelfde chromosoom. Over de derde mogelijke vorm van heterogeniteit kan men door koppelingsonderzoek geen informatie verkrijgen, doch bij de diagnostiek in één familie geeft dit geen probleem.

De recombinatiefrequentie tussen 3‘HVR en hereditaire cystenieren ligt tussen i en 15. Dit betekent dat een voorspelling over de overerving van het gen voor cystenieren die alleen op de overerving van 3’HVR is gebaseerd foutief kan zijn. Wanneer men voorspelt dat de persoon in kwestie gezond is, zal hij in 1 tot 15 van de gevallen toch ziek zijn, terwijl omgekeerd, als de ziekte wordt voorspeld, 1 tot 15 van de personen toch gezond is. Een dergelijk percentage foute uitspraken is voor erfelijkheidsvoorlichting of prenatale diagnostiek niet acceptabel. Men zal over ten minste één merkgen moeten beschikken voorbij het gen voor cystenieren, gezien vanaf 3‘HVR, zodat men een eventuele recombinatie zichtbaar kan maken (fig. 3). Heeft men een tweede merkgen aan de andere kant van het gen voor cystenieren, dan zal men alleen een foute uitspraak doen indien tussen beide merkgenen en het gen voor cystenieren tegelijkertijd recombinatie optreedt. De kans hierop is gelijk aan het produkt van de twee recombinatiefrequenties. Wanneer beide merkgenen 5 recombinatie vertonen, zal men in slechts 0,25 van de gevallen een foute uitspraak over de overerving van het gen voor cystenieren doen (zie fig. 3). Deze situatie is reeds bereikt voor de spierdystrofie van Duchenne, waar het gen voor de ziekte wordt geflankeerd door een hele serie merkgenen, zodat in bijna alle gevallen betrouwbaar dragerschapsonderzoek of prenatale diagnostiek mogelijk is.5 Voor families met hereditaire cystenieren worden nu meer RFLP's op de korte arm van chromosoom 16 ontwikkeld. Wanneer men vervolgens met een uitgebreide set merkgenen de vraag of de adulte vorm van hereditaire cystenieren heterogeen is, heeft beantwoord, kan men overgaan tot toepassing van de gekoppelde merkgenen in de praktijk van de erfelijkheidsvoorlichting.

Het onderzoek werd gefinancierd door de Nier Stichting Nederland.

A.van Haeringen, E.de Zwart en J.ten Kate danken wij voor hun hulp bij het extraheren van DNA en het maken van Pvu II-filters. Tevens danken wij de vele collegae die met hun hulp het onderzoek mogelijk maakten.

Literatuur
  1. Anonymus. Adult polycystic disease of the kidneys. Br MedJ 1981; 282: 1097-8.

  2. Hogewind BL. Hereditary renal diseases in a hemodialysisand renal transplantation unit. Leiden: 1981. Proefschrift.

  3. Hogewind BL, Veltkamp JJ, Koch CW, Graeff J de. Geneticcounselling for adult polycystic kidney disease. Ultrasound a useful tool inpresymptomatic diagnosis? Clin Genet 1980; 18: 168-72.

  4. Veenema H, Leschot NJ, Ommen G-JB van, Pearson PL. Hetbelang van recombinant-DNA-onderzoek voor de opsporing van draagsters van despierdystrofie van Duchenne. NedTijdschr Geneeskd 1985; 129: 1137-41.

  5. Bakker E, Hofker MH, Goor N, et al. Prenatal diagnosis andcarrier detection of Duchenne muscular dystrophy with closely linkedRFLP's. Lancet 1985; i: 655-8.

  6. Borst P. Gespleten genen, hemoglobine en prenatalediagnostiek. Ned Tijdschr Geneeskd1978; 122: 1448-53.

  7. Bolhuis PA, Baas F, Ommen G-JB van, Pearson PL, Visser Mde. DNA-onderzoek en erfelijkheidsadviezen.Ned Tijdschr Geneeskd 1985; 129:1134-7.

  8. Kan YW, Dozy AM. Antenatal diagnosis of sickle-cellanaemia by DNA analysis of amniotic fluid cells. Lancet 1978; ii:910-1.

  9. Gusella JF, Wexler NS, Conneally PM, et al. A polymorphicmarker genetically linked to Huntington's disease. Nature 1983; 306:234-8.

  10. Went L. Een doorbraak in het onderzoek naar de chorea vanHuntington. Ned Tijdschr Geneeskd1984; 128: 1719-21.

  11. Reeders ST, Breuning MH, Davies KE, et al. A highlypolymorphic DNA marker linked to adult polycystic kidney disease onchromosome 16. Nature 1985; 317: 542-4.

  12. Bear JC, McMannon P, Morgan J, et al. Age at clinicalonset and at ultrasonographic detection of adult polycystic kidney disease.Am J Med Genet 1984; 18: 45-53.

  13. Southern EM. Detection of specific sequences among DNAfragments separated by gel electrophoresis. J Mol Biol 1975; 98:503-17.

  14. Kelly RB, Cozzarelli NR, Deutscher MP, Lehman I, KornbergA. Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acid XXXII. Replication of duplexdeoxyribonucleic acid by polymerase at a single strand break. J Biol Chem1970; 245: 39-45.

  15. Nicholls RD, Hill AVS, Clegg JB, Higgs DR. Direct cloningof specific genomic DNA sequences in plasmid libraries following fragmentenrichment. Nucl Acid Res 1985; 13: 7569-78.

  16. Ott J. Estimation of the recombination fraction in humanpedigrees: efficient computation of the likelihood for human linkage studies.Am J Hum Genet 1974; 26: 588-97.

  17. Pronk JC, Westerveld A. Genlokalisatie en -koppeling. In:Pronk JC, et al., eds. Medische genetica. Utrecht: Bunge, 1984:226-39.

  18. Cox DR, Gedde-Dahl T. Report of the committee on thegenetic constitution of chromosomes 13-16, Human Gene Mapping 8. CytogenetCell Genet 1984; 40: 206-41.

  19. Reeders ST, Breuning MH, Meera Khan P, et al. Geneticlinkage relationships of PG Pase, alfa-globin, and the adult polycysticdisease locus. Brit Med J. Ter perse.

Auteursinformatie

Rijksuniversiteit, Instituut voor Anthropogenetica, Postbus 9503, 2300 RA Leiden.

Dr.M.H.Breuning; N.Goor, analiste.

Prof.dr.P.L.Pearson, antropogeneticus.

Academisch Ziekenhuis, afd. Nefrologie, Leiden.

Dr.B.L.Hogewind en prof.dr.L.A.van Es, internisten.

S.T.Reeders, clinical lecturer.

Contact John Radcliff Hospital, Nuffield Department of Medicine, Oxford

Verbeteringen

Gerelateerde artikelen

Reacties