Promoties Geneeskunde

Korte samenvatting:

Het Sotos-syndroom is een aangeboren aandoening met als belangrijkste kenmerk een versnelde lengtegroei op jonge leeftijd. Promovenda Lonneke de Boer heeft de mogelijke oorzaken van het syndroom bestudeerd en klinische en psychologische kenmerken beschreven. 
Een fout in het NSD1-gen veroorzaakt onvermijdelijk het Sotos-syndroom. Na onderzoek aan 59 patiënten stelde De Boer een lijst op van uiterlijke kenmerken, die artsen kan helpen bij de beslissing of screening op de erfelijke afwijking nodig is. Een afwijking in het IGF-systeem komt bij alle Sotospatiënten voor. Een IGF-profiel kan uitsluitsel geven over de aanwezigheid van de genafwijking. Er kon nog geen relatie tussen het NSD1-gen en het IGF-systeem worden aangetoond.

Samenvatting:

Sotos syndroom, ook wel cerbraal gigantisme genoemd, werd voor het eerst beschreven in 1964 door Professor Sotos. Hij beschreef 5 kinderen met snelle lengtegroei, een grote hoofdomtrek, vertraagde motorische ontwikkeling, mentale retardatie en de volgende gezichtskenmerken: breed voorhoofd, puntige kin, anti-mongoloide oogstand. Sindsdien zijn er veel van dergelijke patienten beschreven. In 2002 werd door een Japanse onderzoeksgroep (Kurotaki et al) een genafwijking ontdekt die bij een meerderheid van de patienten met Sotos syndroom aanwezig is. De genafwijkingen, bestaande uit een heterozygote deletie of mutatie, werden gevonden in het NSD1 gen op chromosoom 5.

In hoofdstuk 1, de inleiding van het proefschrift, worden in het kort enkele aspecten van groei besproken. Vervolgens wordt een beschrijving gegeven van verschillende vormen van overgroei. Daarna volgt een overzicht van de literatuur over Sotos syndroom, de belangrijkste diagnostische kenmerken en de geassocieerde afwijkingen. Wat er tot nu toe bekend is over het NSD1 gen en de beschreven genafwijkingen worden samengevat.

Het doel van het onderzoek beschreven in dit proefschrift was het achterhalen van de oorzaak en het beschrijven van klinische en psychologische kenmerken in relatie tot het genotype.

Omdat er bij Sotos syndroom prenataal al sprake is van overgroei, en omdat IGF-I en IGF-II belangrijke intrauteriene groeifactoren zijn, zou verhoogde gevoeligheid voor IGF een verklaring kunnen zijn voor de overgroei bij Sotos syndroom. Met name werd dit veronderstelt omdat er een patient is beschreven met veel uiterlijke overeenkomsten met Sotos syndroom, waarbij 3 kopieen van het IGF-I receptor gen werden gevonden. Tevens zijn er patienten beschreven met een tegenovergesteld ziektebeeld (kleine lengte, microcephalie) met slechts 1 kopie van het IGF-I receptor gen.

De volgende onderzoeksvragen werden geformuleerd:

• Zijn met cytogenetisch onderzoek translocaties te ontdekken, die tot een kandidaat gen leiden?

• Zijn er endocriene veranderingen in de IGFs of de IGFBPs (de regulerende eiwitten voor IGFs)?

• Wat is de respons op IGFs van gekweekte huidfibroblasten?

• Wat zijn de klinische kenmerken, de groei en eindlengte, en zijn deze gerelateerd aan het genotype?

• Wat zijn de psychologische kenmerken, en zijn deze gerelateerd aan het genotype?

Hoofdstuk 2 beschrijft de genotype-phenotype correlatie in een groep van 59 patienten met de klinische verdenking op Sotos syndroom. Een klinisch scoring systeem, beschreven in hoofdstuk 3, waarbij patienten in 3 groepen van sterke tot minder sterke verdenking op Sotos syndroom worden ingedeeld, werd geëvalueerd aan de hand van de bevindingen bij deletie en mutatiescreening van het NSD1 gen. In de groepen typisch (n=16), dubieus (n=33) en atypisch Sotos syndroom (n=10) werden respectievelijk in 81%, 36% en 0% NSD1 genafwijkingen gevonden. De best voorspellende parameters voor het vinden van een NSD1 genafwijking werden berekend en een nieuwe score werd hieruit afgeleid. De best voorspellende parameters in deze groep waren de gezichtskenmerken (breed voorhoofd, anti-mongoloide oogstand, puntige kin) en overgroei. In de groep met NSD1 mutaties of deleties kwamen vaker voedingsproblemen in het eerste jaar voor en er was een hogere incidentie aangeboren hartafwijkingen. Het percentage van patienten met mentale retardatie en vooruitlopende skeletleeftijd verschilde niet tussen de patienten waar de genafwijking werd aangetoond en de patienten waarbij dit niet werd aangetoond.

Hoofdstuk 3 beschrijft de bevindingen van plasma IGF en IGFBP waarden bij patienten met klinische kenmerken van Sotos syndroom. Tevens werden IGFBP-3 proteolyse en ALS bestudeerd. De vraagstelling was of er afwijkingen konden worden gevonden die een verklaring zouden kunnen geven voor de overgroei bij Sotos syndroom. In een groep van 32 patienten met een klinische verdenking op Sotos syndroom werden plasma spiegels van IGF-I, IGF-II, IGFBPs en ALS bepaald en vergeleken met controle waarden voor leeftijd en geslacht. Tevens werd de IGFBP-3 proteolyse activiteit onderzocht. Tijdens het uitvoeren van deze studie was de publicatie van Kurotaki et al over het NSD1 gen nog niet verschenen. Patienten werden ingedeeld in 3 groepen (typisch, dubieus en atypisch Sotos syndroom) aan de hand van een klinische score, aangezien er op dat moment nog geen deletie of mutatiescreening was gedaan. In de groep patienten met typisch Sotos syndroom werden in plaats van hoge juist lagere IGF-II spiegels gevonden. De IGFBP-3, het belangrijkste bindingseiwit voor IGF, en IGFBP-4 spiegels waren eveneens verlaagd. De IGFBP-3 proteolyse activiteit was hoger dan bij controles. Geconcludeerd werd dat er afwijkingen werden gezien in de serum IGF-IGFBP waarden. Op basis van de nu bekende functies van de IGFBPs, zouden de afwijkingen echter beter passen bij patienten met kleine lengte. Hierbij rijst de vraag of de concentraties van deze eiwitten in het plasma een goede afspiegeling zijn van die op weefsel niveau.

Hoofdstuk 4 beschrijft vervolgens de karakteristieken van het IGF-IGFBP systeem in relatie tot NSD1 mutaties en deleties. Kenmerken van het IGF-IGFBP-systeem op plasma en op weefsel niveau, waarbij gebruik werd gemaakt van huidfibroblasten, werden onderzocht. De bevindingen in 2 groepen van patienten met een klinische verdenking op Sotos syndroom (totaal n=29), die onderscheiden werden op basis van het vinden van wel (n=11) of geen NSD1 genafwijking (n=18), werden vergeleken. Tevens werden de twee groepen vergeleken met controles. Naast de plasma IGF en IGFBP waarden werd in huidfibroblasten de mitogene respons op IGFs gemeten en werd in het kweekmedium de IGFBP-3 excretie door fibroblasten gemeten. Tevens werd de IGFBP-3 mRNA expressie gemeten.

Bij de patienten met een NSD1 genafwijking werden significant verlaagde spiegels van IGF-I, IGF-II en IGFBP-4 gevonden en significant verhoogde spiegels voor IGFBP-2 en IGFBP-6 in vergelijking met de referentie populatie en met de groep patienten zonder NSD1 genafwijking. De klinisch voor Sotos syndroom verdachte patienten met en zonder NSD1 genafwijkingkunnen lieten allebei significant verlaagde spiegels van IGFBP-3 zien ten opzichte van de referentiepopulatie. Bij de studie met huidfibroblasten werd een verminderde mitogene respons op IGF-I en II gezien bij de fibroblasten van patienten met een mutatie of deletie van het NSD1 gen, zowel in vergelijking met de gezonde controles als met de patienten zonder NSD1 genafwijking. In de fibroblasten van de patienten met een NSD1 genafwijking werd een hogere mRNA expressie van IGFBP-3 gevonden.

Geconcludeerd kon worden dat zowel op endocrien als paracrien niveau veranderingen in het IGF-IGFBP-systeem werden gezien bij patienten met een NSD1 genafwijking. Er waren echter geen aanwijzingen voor een verhoogde respons op IGFs. Integendeel, er werden verlaagde spiegels in het serum en een verlaagde respons in fibroblasten gevonden. De mogelijke oorzaken hiervoor worden bediscussieerd. De relatie tussen het NSD1 gen en het IGF-systeem is nog niet opgehelderd. Mogelijke verklaringen voor de onverwachte bevindingen worden ook bediscussieerd.

In hoofdstuk 5 worden auxologische gegevens vergeleken tussen patienten met een NSD1 genafwijking (n=13) en patienten zonder (n=19). Hierbij zijn de patienten met de NSD1 genafwijking te onderscheiden op basis van een grotere handlengte en een grotere spanwijdte na correctie voor lengte. Om de mate van voorspelbaarheid voor het hebben van een NSD1 genafwijking te toetsen bij metingen van handlengte, spanwijdte, schedelomtrek en lengte werden ROC curves geconstrueerd en optimale afkappunten berekend.

In hoofdstuk 6 wordt in de twee groepen met (n=12) en zonder NSD1 genafwijking (n=17) het psychosociaal en cognitief functioneren onderzocht, in vergelijking met met referentie groepen. Dit wordt onderzocht aan de hand van vragenlijsten over gedragsproblemen, ADHD symptomen, temperament, zelfredzaamheid, gezondheid gerelateerde kwaliteit van leven en een IQ test. Het gemiddelde IQ voor de hele groep was 76, waarbij de twee groepen niet verschilden. Voor de hele groep werden veel gedragsproblemen gevonden, zelfredzaamheid liep gemiddeld 1,6-2,6 jaren achter op verschilldende gebieden en ouders gaven een lagere kwaliteit van leven aan op gebieden als communicatie, en motorisch functioneren. In vergelijking met een controle groep van mentaal geretardeerde kinderen was het motorisch functioneren beter. Bij het vergelijken van de twee groepen waren de problemen bij de patienten met de genafwijking minder uitgesproken dan bij de andere groep. Dit werd bijvoorbeeld gevonden in de vorm van minder patienten in de klinische range voor ADHD en gedragsproblemen.

In hoofdstuk 7 worden de onderzoeksvragen aan de hand van de verschillende hoofdstukken besproken en bediscussieerd. Geconcludeerd kan worden dat de patienten uit deze studie met een klinische verdenking op Sotos syndroom met een NSD1 genafwijking onderscheiden kunnen worden van patienten zonder NSD1 genafwijking op basis van de typische gezichtskenmerken, grotere lengte, een grotere armspan en een grotere handlengte. Tevens waren er meer voedingsproblemen en hartafwijkingen. Vervolgens kunnen ze ook onderscheiden worden op basis van endocriene en paracriene kenmerken van het IGF-IGFBP-systeem. Op psychosociaal gebied laten ze minder ernstige problemen zien ten aanzien van het gedrag.

Summary:  

Sotos syndrome or cerebral gigantism was first described in 1964 by Professor Sotos. He described five children with overgrowth, mental retardation, delayed motor milestones and the following facial characteristics: frontal bossing, pointed chin and downslant palpebral fissures. Many case reports with similar patients have been published since then. In 2002 it was discovered that heterozygous mutations or deletions in the NSD1 gene were the major cause of Sotos syndrome. The NSD1 gene is located on chromosome 5.

Chapter 1 is the general introduction in which an overview is given of different aspects of growth and overgrowth followed by a review of the literature about clinical characteristics and the etiology of Sotos syndrome. The aims and outline of this thesis are described. It was hypothesized that elevated sensitivity to IGF plays a role in Sotos syndrome, since IGFs are important intra-uterine growth factors and intra-uterine overgrowth is one of the characteristics of Sotos syndrome. The aim was to study patients with clinical characteristics of Sotos syndrome, search for the aetiology, and describe the clinical and psychological characteristics in relation to the genotype. The following questions were formulated:

• Can chromosomal translocations be detected with cytogenetic studies, which could lead us to a candidate gene?

• Are there endocrine changes in the IGF-IGFBP system?

• What is the responsiveness to IGFs at the paracrine level, using skin fibroblasts?

• What are the clinical characteristics, including data on height/final height, and are these correlated with the genotype?

• What are the psychological characteristics and are they correlated with the genotype?

In chapter 2 genotype-phenotype correlation was described in 59 patients. For these patients deletion and/or mutation screening of the NSD1 gene was performed. In the subgroup of patients with typical Sotos syndrome 81% were carriers of a deletion or mutation in the NSD1 gene. In the dubious and atypical groups these percentages were 38% and 0%, respectively. The best predictive parameters for a NSD1 alteration were frontal bossing, down-slanted palpebral fissures, pointed chin and overgrowth. Higher incidences of feeding problems and cardiac anomalies were found. Delayed development and advanced bone age did not differ between the patients with or without a NSD1 gene alteration.

Chapter 3 describes plasma IGF and IGFBP values in patients with clinical characteristics of Sotos syndrome. ALS and IGFBP-3 proteolysis were also measured. The aim was to investigate whether altered levels in the IGF-IGFBP system are related to Sotos syndrome. Thirty-two patients were categorised into three groups (typical, dubious and atypical Sotos syndrome) with a clinical scoring system. The patients in the typical Sotos syndrome group showed significantly lower levels of IGF-II, instead of higher as might be expected. IGFBP-3 and IGFBP-4 levels were lower than control values for age and sex. IGFBP-3 proteolysis was higher than in controls. The possible explanation of these differences and whether these plasma values reflect tissue activity is discussed.

Chapter 4 describes IGF-IGFBP system characteristics at endocrine and paracrine level related to mutations in the NSD1 gene. Twenty-nine patients with clinical characteristics of Sotos syndrome were divided into a group of patients with heterozygous deletions or mutations in the NSD1 gene (n=11) and patients without (n=18). Plasma IGF and IGFBP values were measured and in skin fibroblasts the mitogenic response to IGFs was determined, as well as IGFBP-3 secretion and expression. The patients with NSD1 gene alterations showed significantly lower values of IGF-I, IGF-II and IGFBP-4 and significantly higher values of IGFBP-2 and IGFBP-6 compared with the reference population and the patients without NSD1 gene alterations. Both patient groups showed low IGFBP-3 levels. The mitogenic response to IGFs was diminished in skin fibroblasts of patients with a NSD1 gene alteration compared to controls and patients without NSD1 gene mutations. IGFBP-3 mRNA expression was elevated. It was concluded that endocrine and paracrine alterations in the IGF-IGFBP system were found in patients with NSD1 gene aberrations. How these findings, a diminished instead of higher sensitivity towards IGFs, could be related to overgrowth are discussed. The relation between the NSD1 gene and the IGF system is not yet clear, and possible explanations for the unexpected findings are discussed.

In chapter 5 auxology parameters are compared between patients clinically suspected of Sotos syndrome with NSD1 gene alterations (n=13) and patients without (n=19). The statistical performance of these parameters to predict NSD1 gene mutation was assessed. Arm span for height and hand length were significantly higher in the patients with NSD1 gene mutations or deletions.

In chapter 6 psychosocial, cognitive and motor functioning in patients clinically suspected of Sotos syndrome were studied and compared between patient with (n=12) and without a NSD1 gene alteration (n=17). Intelligence, behaviour problems, ADHD symptoms, temperament, adaptive behaviour, health-related quality of life and motor functioning were assessed. Mean IQ in the whole group was 76, and there was no difference between the two subgroups. High rates of behaviour problems were found and patients lagged 1.6-2.6 years behind in adaptive behaviour. Health related quality of life reported by parents was decreased on various scales, e.g. motor functioning and communication. Compared to a control group of mentally handicapped children motor functioning was better. The patients with NSD1 gene mutations showed an easier temperament and less severe behaviour problems compared with the patients without NSD1 gene alteration. Less patients with NSD1 gene alterations scored in the clinical range for ADHD and behaviour problems.

Chapter 7 contains the conclusions and general discussion of the thesis. Patients clinically suspected of Sotos syndrome with NSD1 gene alterations show more typical facial characteristics, more extreme overgrowth, a higher arm span for height, a more increased hand length and a higher incidence of feeding problems and cardiac anomalies compared to patients without NSD1 alterations. In vitro they show different endocrine and paracrine characteristics of the IGF-IGFBP-system. Psychosocially they tend to have less severe behaviour problems.