Je leest:

Diagnose van de genen

Diagnose van de genen

Auteur: | 11 februari 2005

Nederlandse patiënten krijgen een steeds betere diagnose, dankzij het humane genoomproject en DNA-chips. ‘We zijn daar goed in.’

Nederland doet vooraan mee in de ontwikkeling van testen die op basis van genetische veranderingen een diagnose geven. Vorige maand beschreef prof. dr. Frank Holstege (UMC Utrecht) een methode om met een DNA-chip het bestaan van uitzaaiingen bij hoofd- en halskanker aan te tonen. Twee jaar geleden ontwikkelde de NKI-groep van prof.dr. René Bernards iets soortgelijks voor borstkanker en de groep van prof.dr. Bob Lowenberg op het Erasmus MC kwam afgelopen zomer met een test voor leukemie. Steeds geldt: bij een gunstige genactiviteit is een operatie of chemokuur overbodig.

‘Het klopt dat we daar in Nederland goed in zijn,’ vertelt de Leidse humaan geneticus prof.dr. Gertjan van Ommen. ‘De reden daarvoor is dat we een groot aantal uitstekend klinisch gekarakteriseerde patiënt- en populatiecohorten hebben.’ Jarenlang hebben Nederlandse medici weefsel van patiënten opgeslagen en bijgehouden hoe de ziekte van die patiënt zich heeft ontwikkeld. Genetici profiteren daar nu van. Ze kunnen genetische analyses maken van de opgeslagen stukjes weefsel en die vergelijken met het ziekteverloop. De meeste academische centra hebben goed gedocumenteerde weefselbanken, ondermeer voor leukemie, borsttumoren en hoofd-halstumoren (onder andere in medische centra in Leiden, Amsterdam en Rotterdam), astmaweefsel (Groningen) en weefsel van mensen met een erfelijke verstandelijke handicap (bijvoorbeeld in Nijmegen).

Hongerwinter

Volgens de Utrechtse geneticus Frank Holstege gaat het opbouwen van weefselbanken terug tot de oorlog. ‘We hebben een cultuur van verzamelen.’ De broodkruimels in de hongerwinter zijn vervangen door patiëntenweefsel.

‘Bovendien is Nederland een klein land, dat heeft voordelen boven een groot land als de Verenigde Staten,’ voegt de Nijmeegse geneticus dr. Joris Veltman toe. ‘In een land waar de afstanden klein zijn, blijven patiënten vaak bij dezelfde specialist waardoor het medisch dossier beter bijeen blijft en het afnemen van bloed van de ouders veel eenvoudiger is.’

Nederlandse artsen verzamelen niet alleen veel, de catalogisering is ook op orde. Van Ommen: ‘De klinische beschrijving is zeer goed en gaat jaren terug. Dat heet de “fenotypering” en is van wezenlijk belang om de “genotypering” enige betekenis te laten hebben. Daarom is het zo belangrijk om heel voorzichtig te zijn met het weggooien van materiaal uit oude weefselbestanden, iets dat de wetgevers niet altijd doorzien: het is veel vaker in het belang dan ten nadele van de patiënten.’

In de medische vaktijdschriften staan bijna wekelijks beschrijvingen van nieuwe genen of expressieprofielen. Slechts een fractie ervan vindt de weg naar de kliniek. Dat komt door de noodzaak tot validatie, beweren de Nederlandse genetici. De test mag geen vals-negatief resultaat geven. Als zo’n test uitwijst dat zestig van de honderd patiënten geen chemokuur nodig hebben, terwijl één van die zestig dat wel nodig heeft, is zo’n test zinloos.

Het verst gevorderd met een toepassing is prof.dr René Bernards van het NKI. Zijn bedrijf Agendia hoopt dit jaar de eerste genetische test te verkopen. Bernards heeft de genexpressie van weefsels van 78 borstkankerpatiëntes bekeken die tussen 1983 en 1996 zijn opgeslagen. Van die groep kregen 34 patiëntes later uitzaaiingen. Op basis van de over- en onderexpressie van genen ontwikkelde hij een expressieprofiel dat voorspelt of de tumor zal uitzaaien. Bij een goede prognose kan een chemotherapie achterwege blijven.

Expressie

De academische ziekenhuizen in Nederland passen overigens al enkele expressieprofielen toe die door buitenlandse bedrijven zijn ontwikkeld. Zo is er een genetische test van Roche Diagnostics die uitwijst of een behandeling met herceptin zinvol is tegen een ernstige vorm van borstkanker. Herceptin grijpt in op de Her2-receptoren van de tumorcel. Bij zo’n tweederde van patiëntes zitten er onvoldoende Her2-receptoren op de tumorcellen, zodat het medicijn niet aanslaat. De test gaat na in hoeverre de Her2-receptor tot expressie komt.

Expressieprofielen zijn geschikt om een multigene ziekte te karakteriseren. Een tumor onderscheidt zich van gezond weefsel doordat meerdere genen tot over- of onderexpressie komen, wat te zien is aan het RNA – zie illustratie. Een computer kent getallen toe aan de mate van onder- of overexpressie, bijvoorbeeld van -10 tot +10. Die waardes gaan in een tabel waarin het tumor-RNA worden uitgezet tegen alle genen. Die waardes worden weer omgezet in kleuren, in de illustratie hier zijn dat geel en blauw. Zo kan een klinisch geneticus eenvoudig clusters van actieve of inactieve genen herkennen – dat zegt iets over de ernst van de tumor. Deze zogeheten clusteranalyse is nuttig bij complexe ziektes, waarbij de expressie van meerdere genen afwijkend is. Tumoren dus.

© Sebastiaan Donders, www.fallen-serenity.com

Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Kleine revolutie

Afwijkingen in het DNA kunnen op diverse manieren aangetoond worden. Als een arts al een vermoeden van een bepaald syndroom heeft, zijn nauwkeurigere technieken voorhanden. Lijken de symptomen bijvoorbeeld op een syndroom met een 8q-deletie, dan voldoen fluorescentie en PCR-technieken om na te gaan of er op de q-arm van het achtste chromosoom een stukje ontbreekt. Een ander voorbeeld: zit de ziekte van Huntington in de familie, dan volstaat een eenvoudige PCR-test.

Zonder vermoeden van een ziekte kan een genetisch-analist alleen grote afwijkingen onderscheiden – op chromosoomniveau. Onder een microscoop zijn de afzonderlijke chromosomen van delende cellen – want dan pakken ze samen – aan hun bandjespatroon te onderscheiden. Dit heet karyotypering. Analisten kennen die patronen precies en kunnen grote deleties of de uitwisseling van chromosoomuiteinden herkennen. Helaas is deze techniek erg grof, een deletie moet minimaal vijf miljoen baseparen groot zijn om opgemerkt te kunnen worden.

Enkele genetische testen

Karyotypering: Bekijk chromosomen onder lichtmicroscoop, alleen bij grote deleties en recombinatie (>5 miljoen bp). FISH: Bekijk deleties onder fluorescentiemicroscoop, alleen bij indicatie van locatie deletie – als arts een bepaald syndroom vermoedt. Sequentie-analyse: Bekijk sequentie van bepaald gen, ook indicatie nodig. RT-PCR: Om virusinfecties te bepalen. Reverse Transcriptase zet virus-RNA om in DNA. Genoomprofiel: Op micro-array, genoomwijd. Voor deleties en duplicaties van meer dan 100.000 bp. SNP-analyse: Micro-array, om hele kleine intermenselijke verschillen op te sporen. Expressieprofiel: Micro-array, op RNA-niveau. Ziek weefsel vertoont andere genexpressie dan gezond weefsel

Sinds kort zijn ook kleinere afwijkingen aan te tonen, dankzij Nederlandse genetici. De Nijmeegse dr. Joris Veltman en prof. dr. Ad Geurts van Kessel gebruiken sinds afgelopen zomer als eerste ter wereld een genoomprofiel in de patiëntendiagnostiek. Dat is een heel gevoelige techniek, waarmee relatief kleine deleties en duplicaties (100.000 baseparen en groter) zijn op te sporen. Dat is een kleine revolutie.

Het Nijmeegs genoomprofiel bestaat uit een micro-array (DNA-chip) met daarop het hele humane genoom – zie illustratie. Daartoe hebben ze het genoom van 3,2 miljard baseparen geknipt in 32.000 stukken (probes) van ieder 100.000 baseparen lang. Een robot brengt die stukken op een glaasje (de micro-array). Daarna voegen ze DNA toe van patiënten, voorzien van een rood label, samen met DNA van een controle, voorzien van groen label. De corresponderende stukken groen of rood-gelabeld DNA zullen binden op de micro-array. Bezit de patiënt een deletie groter dan 100.000 baseparen, dan is dat op de micro-array te zien: op één putje in het glaasje zal meer groen dan rood oplichten. Een computer analyseert de microarrays, en maakt er een grafiek van. Op de X-as staat het chromosoom, op de Y-as de mate van fluorescentie.

Met zo’n genoomprofiel (officieel heet het array CGH: comparative genomic hybridization) hebben Veltman en Geurts van Kessel het gen voor het syndroom CHARGE achterhaald. CHARGE-patiëntjes hebben vele lichamelijke afwijkingen, het staat voor Coloboma, Heart defect, Atresia of chonae, Retarded growth and development, Genital anomaly, en Ear defect. Ze hebben een deletie of mutatie op chromosoom acht, beschreven de Nijmeegse genetici in Nature Genetics van afgelopen najaar. Het daar gelegen CHARGE-gen reguleert zeer waarschijnlijk genen tijdens de vroege ontwikkeling, dit verklaart waarom er vaak meerdere organen aangedaan zijn bij deze aandoening.

Veltman: ‘We kunnen er niemand mee genezen. Maar voor de ouders is het ontzettend waardevol om de kans op herhaling bij hernieuwde zwangerschap te bepalen en om meer te weten over het beloop van de ziekte. Ook is het nu mogelijk om bij een tweede zwangerschap een prenatale test aan te bieden.’

Van Ommen: ‘Het genoomprofiel maakt momenteel reuze furore. Veel genetica-afdelingen en tumoronderzoekers hebben zich erop gestort. Anderzijds moet je om een redelijke detectievermogen te hebben, wel zo’n 30.000 BAC-probes op zo’n array zetten, en het is geen sinecure om die onder constante kwaliteit steeds op te kweken.’

BAC staat voor bacterial artificial chromosome. Daarbij wordt een probe, in dit geval een stukje van het humane genoom, in de plasmide van een Escherichia coli. Om de probes te vermeerderen wordt die bacterie gekweekt, en dat kan ongewenste variaties opleveren.

Veltman: ‘De micro-arrays die wij hebben ontwikkeld verschillen van de arrays die andere labs hebben gemaakt. Het zullen straks bedrijven zijn die op grote schaal chips van dezelfde hoge kwaliteit gaan maken. En dan nog is het veel werk om de data die met zo’n micro-array gegenereerd worden te interpreteren, ik verwacht dat voorlopig alleen de academische ziekenhuizen dat zullen doen.’

Een DNA-chip van Affymetrix gooit hoge ogen. Het Amerikaanse bedrijf Affymetrix heeft een jaar of tien geleden de DNA-chips uitgevonden en produceert nu op grote schaal synthetische micro-arrays. Betrouwbaar, maar wel duur.

Affymetrix maakt microarrays gebaseerd op Single Nucleotide Polymorphisms (SNP), dat zijn de baseparen waar mensen van elkaar kunnen verschillen. Van Ommen: ‘De ontwikkeling van hoge-resolutie SNP-chips gaat heel snel. Nu is al een 100K chip op de markt. Daarbij is het genoom verdeeld in 100.000 stukken van 30.000 baseparen. Je hebt één meetpunt per 30.000 baseparen. Die zet je als volgt in voor het opsporen van deleties: als je ergens drie of meer SNP’s naast elkaar ziet veranderen, is dat statistisch zó onwaarschijnlijk dat je vrijwel zeker met een deletie of duplicatie te maken hebt. Met een 100K chip zal je het merendeel van de deleties van meer dan 100 Kb dus makkelijk opsporen. En je hoeft er een boel minder kweekwerk, chromatografie en in-huis-array-werk voor te doen. Mijn verwachting is dat de SNP-chips klinisch de techniek van de toekomst zullen worden.’

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 februari 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.