Promoties Geneeskunde

Korte samenvatting:

De uiteindelijke lengte van een kind wordt voor 60 tot 80 procent bepaald door zijn genen. Sarina Kant onderzocht de invloed van verschillende genetische afwijkingen en variaties op de uiteindelijke lengte. Ze bekeek daarvoor enkele genen die verband houden met een abnormale lengte. Via literatuuronderzoek onderzocht ze naar welke mutaties je het beste kunt zoeken bij erg kleine of grote kinderen. Uit eigen onderzoek bij het Sotos-syndroom bleek verder dat, naast de lengte, andere uiterlijke kenmerken helpen om te beslissen of een DNA-onderzoek zinvol is. 
Het achterhalen van een genetische oorzaak is van belang voor de therapie: niet bij alle vormen van groeiachterstand of –voorsprong hebben groeihormonen of groeiremmers namelijk zin. Bovendien wil de familie vaak weten of het om een erfelijke afwijking gaat, bijvoorbeeld als ze nóg een kind willen.

Samenvatting:

Introductie
In de algemene introductie van dit proefschrift wordt de invloed van genetische factoren en omgevingsfactoren op de groei besproken. Bij prenatale groei zijn de omgevingsfactoren van groter belang dan de genetische. Dit resulteert in een slechte correlatie tussen de gemiddelde lengte van de ouders en geboortegewicht en geboortelengte van het kind. De volwassen eindlengte wordt echter voor 60-80% bepaald door genetische factoren. In dit proefschrift worden verschillende van de genetische aspecten van groei besproken.

Genetische analyse
Hoewel meerdere (genetische) oorzaken van kleine gestalte en grote gestalte bekend zijn, zullen er, ondanks een systematische diagnostische aanpak, nog altijd patiënten zijn met een aandoening van de groei welke niet binnen een bekende diagnose zijn onder te brengen. In deze groep van patiënten met idiopathische kleine of grote gestalte is analyse van een aantal genen de moeite waard, in een poging om alsnog tot een diagnose te komen. Dit is echter nog niet gangbaar in de klinische praktijk, en de mogelijkheden van moleculaire analyse in deze patiëntengroep wordt daarmee vaak onderschat. 
Bij patiënten met disproportionele kleine gestalte kan analyse van het SHOX gen en het FGFR3 gen overwogen worden. Mutaties in deze genen worden in hoge percentages gevonden bij patiënten met respectievelijk Leri-Weill dyschondrosteosis and hypochondroplasie. Van beide aandoeningen zijn milde casus gerapporteerd met minimale en soms zelfs zonder radiologische afwijkingen, waarbij wel een pathogene mutatie in het betreffende gen werd vastgesteld. Mutaties in het SHOX gen zijn ook beschreven bij een klein percentage van patiënten met proportionele kleine gestalte. In deze groep patiënten is het ook zinvol om te kijken naar mutaties in GH1, GHR, IGF1 and IGF1R, en naar maternale uniparentale disomie van chromosoom 7. 
Bij patiënten met grote gestalte en mentale retardatie moet het FMR1 gen routinematige geanalyseerd worden. Daarnaast is onderzoek naar veranderingen in de 11p15 regio én mutaties in het NSD1 gen een serieuze optie bij zowel patiënten met kenmerken van het Beckwith-Wiedemann syndroom als patiënten met kenmerken van het Sotos syndroom.

Syndromen met kleine gestalte
Acromesomele dysplasie is één van de vele skeletdysplasieën met disproportionele kleine gestalte als belangrijkste kenmerk. Verschillende typen acromesomele dysplasie zijn bekend en drie van die vormen hebben een autosomaal recessief overervingspatroon. Het Hunter-Thompson type en het Grebe type zijn radiologisch gerelateerd en bleken later ook moleculair gerelateerd te zijn (het CDMP1 gen op chromosoom 20). Acromesomele dysplasie van het Maroteaux type (AMDM) is radiologisch verschillend van de andere twee types. Deze aandoening is gelokaliseerd op chromosoom 9 met behulp van vier families, waarvan er drie consanguien waren. Door gebruik te maken van een positionele kandidaat benadering werd in deze regio het NPR2 (natriuretic peptide receptor 2) gen geïdentificeerd als het gen dat AMDM veroorzaakt. Pathogene mutaties werden gevonden in 21 families. NPR2 codeert voor de natriuretic peptide receptor B (NPR-B), een homodimeer transmembraan eiwit, dat ook bekend is als guanylaat cyclase B. Wanneer dit eiwit bindt aan zijn extracellulaire ligand CNP (C-type natriuretic peptide), zet het GTP om in het cyclische GMP. De rol van NPR-B in skeletgroei is niet precies bekend. De functie ervan kan wel afgeleid worden uit onderzoek van de ligand CNP, of van downstream gelegen effectoren zoals cGMP-afhankelijk eiwit kinase, waaruit is gebleken dat NPR-B op verschillende manieren enchondrale groei beïnvloed. Obligate dragers van NPR2 mutaties hebben een lengte die lager ligt dan vergelijkbare controle personen. Als echter naar de geschatte dragerschapsfrequentie van AMDM van 1:500 wordt gekeken, dan zullen deze verlies-van-functie allelen niet sterk bijdragen aan de normale variatie van lengte.

Wanneer het moleculaire defect van een aandoening niet bekend is, worden de patiënt en diens stamboom geanalyseerd, om de wijze van overerving hieruit af te leiden. Het Catel-Manzke syndroom wordt meestal beschreven bij mannelijke patiënten, en de meest waarschijnlijke vorm van overerving is daarmee geslachtsgebonden recessief. Eén studie rapporteert zelfs bewijs hiervoor met behulp van DNA-koppeling studies. Wij beschrijven een vrouwelijke patiënt met kenmerken van het zeldzame Catel-Manzke syndroom, en tot nu toe zijn er tenminste zeven andere vrouwelijke patiënten beschreven met dezelfde aandoening. Er is ook één vrouwelijk sibpaar beschreven, waardoor een autosomaal recessieve overerving of een microdeletie veroorzaakt door een cryptische translocatie meer waarschijnlijk is als oorzaak van het Catel-Manzke syndroom.
Het RAPADILINO syndroom is ook een zeer zeldzaam syndroom, met minder dan twintig beschreven patiënten. Het syndroom komt meer voor in Finland dan in andere delen van de wereld.

De invloed die een afwijkende genfunctie heeft op de groei kan soms al gezien worden in de vroege ontwikkelingsfase van het embryo. Wij beschrijven discordantie voor transiente neonatale diabetes mellitus (TNDM) bij een monozygote drieling. TNDM wordt meestal veroorzaakt door paternale overexpressie van een geimprint locus op chromosoom 6q24, wat resulteert in intra-uteriene groei retardatie. In de beschreven drieling werd een verminderde methylering gezien van de DMR (differentially methylated region) van het TNDM locus in lymfocyten bij alle drie de kinderen, terwijl deze methylatie afwezig bleek te zijn in cellen van het wangslijmvlies van alleen de twee aangedane meisjes. We veronderstellen dat het ontstaan van discordante meerlingen bij een geimprinte aandoening zoals TNDM veroorzaakt kan worden door asymmetrische groei tussen normaal geimprinte en abnormaal geimprinte (groeigeretardeerde) celklonen.

Syndromen met grote gestalte
Wanneer het moleculaire defect van een aandoening bekend is, kan gekeken worden of het genotype correleert met het fenotype. Wij hebben een genotype-fenotype studie uitgevoerd bij een groep van 59 patiënten met kenmerken van het Sotos syndroom. In de subgroep van patiënten met typische kenmerken van het Sotos syndroom had 81% een pathogene mutatie of deletie in het NSD1 gen, terwijl in de subgroepen van patiënten met dubieus en atypisch Sotos syndroom respectievelijk 36% and 0% een NSD1 afwijking had. Wij concluderen dat de faciale kenmerken en de grote gestalte goede voorspellers zijn voor de aanwezigheid van een NSD1 gen verandering, terwijl mentale retardatie en een voorlopende skeletontwikkeling veel minder specifiek bleken.

Bij sommige patiënten met Sotos kenmerken wordt een duplicatie van het IGF1R gen op 15q26.3 beschreven. Wij rapporteren een patiënt met pure trisomie 15q26.3-15qter, zonder partiele monosomie van een ander chromosoom. Hoewel een triplicatie van het IGF1R gen geen veelvoorkomende bevinding is bij patiënten met kenmerken van het Sotos syndroom zonder NSD1 veranderingen, is onderzoek hiernaar zeker te overwegen, vooral wanneer er sprake is van craniosynostose of een duidelijke achterstand in de taal- en spraakontwikkeling. 

Summary:  

Introduction
In prenatal growth, environmental factors have a larger impact than genetic factors. As a result, weight and length at birth do not correlate well with mean parental size. However, final height is determined by genetic components for approximately 60-80%. In this thesis, several genetic aspects of growth are studied.

Genetic analysis
Although various (genetic) etiologies of short stature and tall stature are known, there will be, despite a systematic diagnostic approach, patients with a growth disorder who do not fit a known diagnosis. In this group of patients with idiopathic short or tall stature a number of genes could be analyzed in an attempt to reach a diagnosis. This is, however, not common practice, and possibilities of molecular analysis in these patients are often underestimated. 
In patients with disproportionate short stature, analysis of the SHOX gene and FGFR3 gene should be considered. Mutations in these genes are found in a high percentage of patients with Leri-Weill dyschondrosteosis and hypochondroplasia respectively. For both conditions, mild cases with minimal or even without radiographic anomalies, and with a pathogenic mutation, have been described. Mutations in the SHOX gene are also reported in a low percentage of patients with proportionate short stature. This group of patients could also be examined for mutations in GH1, GHR, IGF1 and IGF1R, and for maternal uniparental disomy of chromosome 7. 
In patients with tall stature and mental retardation the FMR1 gene should be analyzed routinely. Also, in tall patients with features of Sotos syndrome or Beckwith-Wiedemann syndrome, mutations in the NSD1 gene and changes in the 11p15 region are options in both syndromes.

Syndromes with short stature
One of the many skeletal dysplasias featuring disproportionate short stature is acromesomelic dysplasia. Several types have been described and three forms have autosomal recessive inheritance. The Hunter-Thompson type and Grebe type are radiographically related and later on appeared to be molecularly related as well (the CDMP1 gene on chromosome 20). Acromesomelic dysplasia of the Maroteaux type (AMDM) is radiographically different from the other two types. The disorder has been mapped to a region of chromosome 9 with the help of 4 families, of which 3 were consanguineous. By the use of positional-candidate approach the NPR2 (natriuretic peptide receptor 2) gene was identified in this region, as the gene responsible for causing AMDM. Disease causing mutations were found in 21 families. NPR2 encodes the natriuretic peptide receptor B (NPR-B), a homodimeric transmembrane protein, also known as guanylate cyclase B. When binding its extracellular ligand, C-type natriuretic peptide (CNP), it produces cytoplasmic cyclic GMP from GTP. The role of NPR-B in skeletal growth is not precisely known. Its function can be inferred from studies of its ligand CNP, or from downstream effectors such as cGMP-dependent protein kinase, which implies that NPR-B affects endochondral growth in several ways. Obligate carriers of NPR2 mutations have heights that are below the mean for matched controls. However, given the estimated carrier frequency of 1:500 in AMDM, these loss-of-function alleles will not contribute strongly to the normal population variation in height.

Whenever the molecular defect of a disorder is not known, the patient and his or her family tree are analyzed, in an attempt to uncover the path of inheritance. The Catel-Manzke syndrome is mostly described in male patients, and inheritance is believed to be X-linked recessive. One study even reports evidence for this by DNA-linkage studies. We report a female patient with features of the very rare Catel-Manzke syndrome, and by now at least seven females with the same condition have been described. Since (female) sib pairs have been reported in only one instance, autosomal recessive inheritance or a microdeletion caused by a cryptic translocation is a more likely cause of the Catel-Manzke syndrome.
The RAPADILINO syndrome is also an extremely rare syndrome, with less than twenty cases reported. The syndrome is more prevalent in Finland then in other parts of the world. Mutations have been described now in the RECQL4 gene.

The influence of abnormal gene function on growth can sometimes already be seen in very early stages of embryonic development. We report discordance for transient neonatal diabetes mellitus (TNDM) in a monozygotic multiple birth. TNDM is mostly caused by paternal overexpression of an imprinted locus on chromosome 6q24, and results in intrauterine growth retardation. In the triplets described a low methylation of the DMR (differentially methylated region) of the TNDM locus was seen in lymphocytes of all triplets, while absent methylation of this locus in buccal epithelial cells was only seen in the two affected triplets. We hypothesize that discordant twinning following an imprinting disorder as TNDM may be driven by growth asymmetry between the normally and abnormally imprinted (growth retarded) cell clones.

Syndromes with tall stature
Whenever the molecular defect of a disorder is known, an attempt can be made to correlate genotype to phenotype. We performed such a study in a group of 59 patients with features of Sotos syndrome. In the subgroup of patients with typical features of Sotos syndrome, 81% had a pathogenic mutation or deletion in the NSD1 gene, while in the subgroups of dubious and atypical Sotos syndrome 36% and 0% of the patients showed NSD1 alterations. We concluded that the facial features and tall stature had high predictive value regarding the presence of an NSD1 gene aberration, while mental retardation and advanced bone age were far less specific.

In some patients with Sotos features, a duplication of the IGF1R gene on 15q26.3 has been described. We report a patient with pure trisomy 15q26.3-15qter, without partial monosomy of another chromosome. Although a triplication of the IGF1R gene is not a common finding in patients with features of Sotos syndrome without NSD1 alterations, such a case still warrants consideration, especially when there is craniosynostosis or marked speech delay.