Identifisering av gener assosiert med arvelig øyesykdom

I prosjektet har vi funnet de sykdomsfremkallende genforandring hos en rekke pasienter. Vi har også funnet flere nye gener som er assosiert med arvelige øyesykdommer. Prosjektet har gitt økt forståelse av arvelige øyesykdommer som forekommer i vår region. Dette har gitt en bedre diagnostikk og behandling av våre pasienter. Det er også viktig for pasienter internasjonalt som nå kan bli undersøkt for forandringer i disse genene. Av særlig interesse er arbeidet med OPDKD og tidlig aldring A. Tidlig aldring A er et alvorlig sykdomsbilde med kroniske sår som hos en pasient har utviklet seg til plateepitelcarcinom. De har også progredierende skoliose som vil bli livstruende. Denne kan ikke opereres grunnet pasientenes skjøre hud. Pasienter med OPDKD blir blinde grunnet sin sykdom og får også innskrenket bevegelighet i fingre. Dette er naturligvis ekstra utfordrende for pasienter som er avhengig av fingre for å orientere seg/lese og lignende. Vi har i cellekultursystem (transgene celler og dyrkede hudceller fra pasienter) klart å reversere aktiveringen nedstrøms for den affiserte reseptor ved å tilsette et medikament som er tilgjengelig til behandling av en annen tilstand. Vi er nå ved punktet der vi mener vi har faglig grunnlag for å kunne tilby dette til pasienter ved genforandringer i Gen 1 som persontilpasset medisin. Dersom dette har effekt vil det være av stor interesse og kan ha betydning for andre pasienter med mutasjoner i samme gen eller lignende sykdomsbilder. Det kan videre nevnes at samarbeidet mellom Øyavdelingen og Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin har ført til at pasienter med arvelige netthinnesykdommer nå får tilbud om diagnostisk exomsekvensering (utvidete genetiske analyser). Dette har bedret vår diagnostiske tilbud til denne gruppen betraktelig og danner et viktig grunnlag for å kunne finne pasienter som kan ha nytte av genterapi når dette blir tilgjengelig. Første type genterapi (RPE65) er forventet godkjent i EU i 2018 og vi har ved diagnostisk exomsekvensering identifisert pasienter som kan ha nytte av denne behandling.

Prosjektet er et 6 års postdoktorprosjekt i 50% stilling som utgår fra samarbeidet mellom Oftalmogenetisk forskningsgruppe (Øyeavdelingen) og Genjakt gruppen (Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin). Målsetningen er å identifisere genforandringer assosiert med ulike arvelige øyesykdommer. Videre studerer vi hvordan sykdom oppstår for enkelte av tilstandene. Arbeidet har det siste året vært konsentrert om følgende tilstander: 1. Ocular pterygium-digital keloid dysplasia (OPDKD) Denne sykdommen er karakterisert av innvekst av bindevev over hornhinnen (pterygium-lignende) og spontane keloider (eksessiv arrdannelse) på hender og føtter. Isolert pterygium og keloider er vanlige tilstander vi vet lite om hvordan oppstår. Å studere arvelige former av dette er en måte å øke vår forståelse av mekanismene som fører til sykdom. Vi har identifisert de sykdomsfremkallende genforandringene i tre familier med tilstanden, i to ulike gener (Gen 1 og Gen 2). Gen 1 er sentralt i mange viktige prosesser i cellene mens lite er kjent om Gen 2. Vi har vist at mutasjonene i Gen 1 fører til forstyrrelser i et sentralt biologisk signaloverføringssystem. Signalveien er mulig å stimulere og vi har undersøkt kjente interaksjonspartnere ved å påvise protein og RNA i dyrkede hudceller. Dette arbeidet er i avslutningsfasen. Videre studier av effekt på signalveien pågår. Når det gjelder Gen 2 er lite kjent. Vi har identifisert sannsynlige interaksjonspartnere til genet ved hjelp av ”yeast two-hybrid analyse”. Dette er et viktig skritt i å finne frem til hvordan genforandringen gir sykdom, og om det er fellestrekk i utvikling av OPDKD hos pasienter med genforandringer i Gen 1 og 2. 2. Medfødt stromal hornhinnedystrofi Hornhinnedystrofier er arvelige sykdommer hvor hornhinnens regelmessige struktur blir endret, ofte grunnet avleiringer av unormale proteiner. Vi har arbeidet med medfødt stromal hornhinnedystrofi (CSCD) siden vi i 2005 fant at sykdommen er assosiert med mutasjoner i decorin. Vi har tidligere vist at genforandringene gir opphav til et forkortet decorin-protein som avleires i hornhinnen. Ved andre typer hornhinnedystrofier er det andre proteiner som blir avleiret. Det er mye decorin i hornhinnen, dette kan være årsak til at pasienter med CSCD får forandringer tidlig i livet. Tilstanden vil derfor kunne være en god modell for denne type sykdommer, både for å studere sykdomsutvikling og nye behandlingstilnærminger. Vi studerer nå videre konsekvenser av disse decorin mutasjonene. Vi har etablert et modellsystem i cellekultursystem som kan brukes i videre arbeid med sykdommen, og arbeider nå med å optimalisere betingelsene for dette systemet. 3. Andre tilstander Vi har hos en familie med ”high myopia-excavated optic disc anomaly” funnet at sykdommen er assosiert med forandringer i et gen som er viktig for å regulere vekst av nevroner og dannelse av synapser. En artikkel om tilstanden ble publisert i 2015. Vi har hos en familie med retinitis pigmentosa og cystenyrer påvist at nyresykdommen skyldes forandringer i et gen som ikke tidligere er funnet assosiert med human sykdom. Uavhengig av oss fant samarbeidspartnere ved Harvard Medical School (F. Hildebrandt) og Inserm (S. Saunier) forandringer i dette genet hos pasienter med cystenyrer. Vi har sammen studert hvordan genforandringene gir opphav til sykdom. Dette arbeidet har tatt tid, særlig fordi arbeidet med transgene organismer har vært komplisert. En artikkel er nå under bearbeidelse.

Dette prosjektet er et 6 års postdoktorprosjekt i 50% stilling som utgår fra samarbeidet mellom Oftalmogenetisk forskningsgruppe (Øyeavdelingen) og Genjakt gruppen (Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin). Målsetningen er å identifisere genforandringer assosiert med ulike arvelige øyesykdommer. Videre studerer vi hvordan sykdom oppstår for enkelte av tilstandene. Vi har et bredt internasjonalt kontaktnett. Arbeidet har vært konsentrert om følgende tilstander: • Vi har over tid arbeidet med ”ocular pterygium-digital keloid dysplasia” (OPDKD), en tilstand karakterisert av innvekst av bindevev over hornhinnen og utvikling av keloider på hender og føtter. En klinisk artikkel om tilstanden ble publisert i 2014. I de to familiene vi har undersøkt skyldes sykdommen genforandringer i to ulike gener. Vi har identifisert hvilke følger den ene genforandringen har. Ytterligere funksjonelle studier pågår. Vi har nylig mottatt DNA fra en annen familie med et noe mildere sykdomsbilde, genanalyser forventes å være ferdige i begynnelsen av 2015. • I arbeidet med å forstå hvordan de påviste genforandringer gir sykdom studerer vi også andre arvelige tilstander hvor keloiddannelse opptrer. Postdoktorstipendiaten hadde et 3 måneders opphold i gruppen til Prof. Dorien JM Peters (Leiden University Medical Center) som sammen med Prof. Raoul CM Hennekam (University of Amsterdam) arbeider med Rubinstein-Taybi syndrom. Dette er den vanligste arvelige tilstand hvor keloider er hyppig forekommende. • Vi har hos en familie med ”high myopia-excavated optic disc anomaly” funnet at sykdommen er assosiert med forandringer i et gen som er viktig for å regulere vekst av nevroner og dannelse av synapser. En artikkel om tilstanden er akseptert av American Journal of Ophthalmology. • Vi har hos en familie med retinitis pigmentosa og cystenyrer påvist at nyresykdommen skyldes forandringer i et gen som ikke tidligere er funnet assosiert med human sykdom. Omtrent samtidig koblet Friedhelm Hildebrandt (Harvard Medical School) og Sophie Saunier (Inserm, Paris), uavhengig av oss, forandringer i dette genet med cystenyrer. Vi har sammen studert hvordan genforandringene gir opphav til sykdom. Arbeidet forventes publisert ila 2015.

Dette postdoktorprosjektet går over 6 år (i 50% stilling) og utgår fra samarbeidet mellom Oftalmogenetisk forskningsgruppe ved Øyeavdelingen og Genjakt gruppen ved Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin. Vi har sammen funnet den sykdomsfremkallende genforandring hos flere familier med ulike arvelige øyesykdommer. For noen av tilstandende har var vi studert hvordan sykdom oppstår. Vi har samarbeid med flere forskningsgrupper i inn- og utland.

Mesteparten av det siste året har postdoktorstipendiaten vært i morspermisjon og det har derfor vært begrenset fremdrift i prosjektet. Arbeidet har vært konsentrert om følgende tilstander:

1. Vi har undersøkt en familie som var diagnostisert med Senior-Løken syndrom. Denne diagnosen innebærer at de syke kan ha både retinitis pigmentosa og cystenyrer. Ved hjelp at utvidede genetiske analyser har vi funnet at det dreier seg om to ulike genfeil som nedarves uavhengig i familien. De har en velkarakterisert genforandring som gir retinitis pigmentosa mens nyresykdommen skyldes forandringer i et gen som ikke tidligere er koblet opp mot cystenyrer. Vi har etablert samarbeid med Friedhelm Hildebrandt ved Harvard Medical School og Sophie Saunier ved Inserm, Paris, som uavhengig av oss har funnet at forandringer i dette genet kan være koblet mot nyresykdom.

2. Vi har over lang tid arbeidet med en familie hvor de syke blir blinde grunnet innvekst av bindevev over hornhinnen. De affiserte har også keloiddannelse i hud. Sykdommen er svært sjelden og andre familier er ikke beskrevet i litteraturen. Familien er liten og det har vært utfordrende å finne den sykdomsfremkallende genforandring. Imidlertid har vi klart å komme ned i noen få kandidater. Vi har ved hjelp av Prof. Raoul CM Hennekam ved University of Amsterdam identifisert en familie i Peru med et lignende sykdomsbildet. Vi vil nå undersøke pasienten fra Peru samt pasienter med keloiddannelse av annen årsak. Postdoktorstipendiaten skal ha et 3 måneders opphold i Nederland for å arbeide med dette sammen med Dorien JM Peters, Leiden University Medical Center. Vi håper dette vil kaste lys over hvordan sykdommen oppstår og være til hjelp i arbeidet med å identifisere den sykdomsfremkallende genforandring i de to familiene.

3. Vi har undersøkt en familie med en medfødt forandring på synsnerven og funnet at tilstanden skyldes forandringer i et gen som er med på å regulere vekst av nevroner og dannelse av synapser. I året som har gått har vi fullført en fullstendig klinisk undersøkelse av familien. En artikkel om tilstanden er under bearbeidelse.

Dette postdoktorprosjektet går over 6 år (i 50% stilling) og utgår fra samarbeidet mellom Oftalmogenetisk forskningsgruppe ved Øyeavdelingen og Genjakt gruppen ved Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin. Gruppen har identifisert genforandringer hos flere familier med ulike arvelige øyesykdommer. Videre har vi studert hvordan sykdom oppstår, også i modellorganismer, for noen av disse tilstandene. Det er etablert samarbeid med andre forskergrupper i inn- og utland.

I de tre første årene av prosjektet har vi identifisert flere familier med arvelige øyesykdommer som kan egne seg for nærmere studier. I året som har gått har vi særlig fokusert på to familier med ulike arvelige tilstander:

1. En familie hvor en medfødt forandring på synsnerven blir nedarvet på en autosomalt dominant måte over to generasjoner (far og hans barn) mens besteforeldregenerasjonen er uaffisert. Pasientene er ellers friske. Etter å ha utelukket at sykdommen skyldtes genforandringer i kjente kandidatgenene gjorde vi dypsekvensering av far og hans foreldre for å identifisere nyoppståtte genforandringer hos far. Vi fant da tilstanden skyldtes forandringer i et gen kjent for å regulere vekst av nevroner og dannelse av synapser. Forandringer i dette genet er ikke tidligere funnet assosiert med human sykdom. Vi har gjort en grundig oftalmologisk og nevrologisk kartlegging av familien og har også påbegynt funksjonelle studier på følgene av genforandringen.

2. Vi har over tid arbeidet med en familie som har en sjelden autosomal dominant sykdom som gir blindhet grunnet hornhinneuklarheter. Pasientene har også keloiddannelse i hud. Det har vist seg utfordrende å identifisere genforandringen assosiert med sykdommen da familien er liten og flere informative medlemmer er gått bort. Vi har imidlertid lykkes i å komme ned i en håndfull kandidater. Vi arbeider nå med å begrense dette antallet ytterligere ved hjelp av friske familiemedlemmer mer perifert i familien. Disse vil statistisk sett dele noen av genforandringene vi finner hos de affiserte slik at disse variantene kan ekskluderes. Sykdommen er svært sjelden og er ikke beskrevet av andre i litteraturen. Vi har imidlertid ved hjelp av Prof. Raoul CM Hennekam ved Academic Medical Center, University of Amsterdam, identifisert en familie i Peru med et lignende sykdomsbilde. Vi holder nå på å gjøre dypsekvensering på denne familien for å undersøke hvorvidt sykdommen hos denne familien kan ha den samme genetiske årsak som hos de norske pasientene. Videre har vi påbegynt morfologiske og funksjonelle studier, dette vil også være til hjelp i å identifisere den sykdomsfremkallende genforandring.

Parallelt med genjaktprosjektene har vi videreført arbeidet med medfødt stromal hornhinnedystrofi. Vi beskrev som de første at mutasjoner i genet som koder for decorin er assosiert med sykdommen. I etterkant har vi arbeidet med å forstå hvordan genforandringen gir opphav til uklar hornhinne. Dette er nærmere beskrevet i rapporten: Identifisering av molekylære mekanismer ved arvelige øyesykdommer.

Den genetiske mekanismen bak flere arvelige øyesykdommer er enda ukjent. Dette postdoktorprosjektet som går over 6 år (i 50% stilling) utgår fra samarbeidet mellom Oftalmogenetisk forskningsgruppe ved Øyeavdelingen og Genjakt gruppen ved Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin. Målsetningen er å identifisere gener assosiert med arvelige øyessykdommer. Vi har identifisert genforandringer hos flere familier med ulike arvelige øyesykdommer og studert hvordan sykdom oppstår, også i modellorganismer, for noen av disse. Gruppen har etablert samarbeid med andre forskergrupper i inn- og utland.

I de to første årene av prosjektet har vi funnet frem til flere familier med arvelige øyesykdommer som kan egne seg for nærmere studier. En av disse er en familie med en sjelden autosomal recessiv tilstand hvor det er en svikt i ciliene, små antennelignende strukturer på overflaten av de fleste celler. Pasientene har retinitis pigmentosa, nyresvikt og skjelettforandringer, et sykdomsbilde kalt Sensenbrenner sykdom. Affiserte familiemedlemmer viste seg være blandet heterozygote, det vil si at de hadde arvet en mutasjon fra far og en annen (i samme gen) fra mor. Det var derfor nødvendig å gjøre dypsekvensering for å identifisere genforandringen som forårsaket sykdom i familien. Dypsekvensering ble gjort hos våre samarbeidspartnere ved Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences. Vi kunne da vise at Sensenbrenner sykdom i familien var assosiert med mutasjoner i WDR19 som koder for IFT144. Dette er en del av det intraflagellare transportsystemet i cilier. Ved å dyrke affiserte og friske hudceller kunne vi påvise ciliedysfunksjon i celler med genforandringen. Vi fant deretter mutasjoner i samme gen hos en pasient med det nært beslektete Jeune syndrom og også hos en familie med isolert nyresykdom. Dette er første gang WDR19 ble funnet assosiert med human sykdom.

Vi har også arbeidet med en familie som har en sjelden autosomal dominant sykdom som gir nedsatt syn grunnet hornhinneuklarheter. Pasientene har også keloiddannelse i hud. Vi har fått godkjenning til å gjøre dypsekvensering på pasientene og holder på å analysere data fra dette. Parallelt med dette er morfologiske og funksjonelle studier påbegynt.

Vi har også startet arbeidet med en familie hvor det i to generasjoner forekommer en medfødt forandring på synsnerven. Pasientene er ellers friske. Slike forandringer kan være assosiert med genforandringer i PAX6, noe denne familien ikke har. Familien er interessert i nærmere genetisk utredning og vi er i ferd med å søke om de nødvendige godkjenninger til å gjøre dypsekvensering på far og hans foreldre for å identifisere den sykdomsfremkallende mutasjon som vi antar er nyoppstått hos ham.

Parallelt har vi videreført arbeidet med medfødt stromal hornhinnedystrofi. Vi beskrev som de første at mutasjoner i genet som koder for decorin er assosiert med sykdommen. Vi har vist at genforandringen fører til et forkortet protein som akkumulerer i hornhinnen og gir uklarheter. Decorin er et proteoglykan som, blant annet, antas å være med å regulere tykkelsen på kollagenfibrillene i hornhinnen. Vi arbeider nå med å se på konsekvensene av tilstedeværelsen av et forkortet decorin på kollagenfibriller i hornhinnen. Det er antatt at ulike proteoglykaner kan erstatte hverandres funksjon. Vi bruker medfødt stromal hornhinnedystrofi som en modell for å studere slike mer generelle sider av decorins rolle i hornhinnen.

Kunnskap om genetiske mekanismer som fører til sykdom er viktig både for nøyaktig diagnostikk og for økt forståelse av sykdommene. Det er også et grunnleggende steg i arbeidet med å kartlegge geners funksjon i øyets utvikling.

Prosjektet utgår fra et mangeårig samarbeid mellom Oftalmogenetisk forskningsgruppe ved Øyeavdelingen og Genjakt gruppen ved Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin. Gruppen har studert en rekke arvelige øyesykdommer og identifisert genforandringer som gir sykdom hos flere av disse. Videre har betydningen av genforandringen vært analysert både molekylært og morfologisk, og også i modellorganismer. Gruppen har etablert samarbeid med andre forskergrupper i inn- og utland.

Innledningsvis i dette postdoktorprosjektet har vi konsentrert oss om å finne familier med arvelige sykdommer som kan egne seg for nærmere studier.

Vi har undersøkt en familie som har en sjelden autosomal recessiv ciliopati. Ved hjelp av homozygositetsmapping har vi funnet at pasientene er blandet heterozygote, det vil si at de har arvet en sykdomsfremmende mutasjon fra far og en annen (i samme gen) fra mor. Dette medfører at vi må gjøre dypsekvensering for å identifisere genforandringene som fører til sykdommen. Vi avventer nå endelig godkjenning fra Helsedirektoratet før vi går videre med dypsekvensering. Funksjonelle studier med tanke på å kunne bekrefte at eventuelt påviste genforandringer er sykdomsfremmende er påbegynt.

Vi arbeider også med en familie som har en sjelden autosomal dominant sykdom som gir hornhinneforandringer og uttalt keloiddannelse. Da familien er liten er det nødvendig å gjøre dypsekvensering for å identifisere genforandringen, vi avventer godkjenning fra REK og Helsedirektoratet før denne analysen.

Parallelt har vi videreført arbeidet med to sykdommer vi har studert tidligere. Vi beskrev som de første at mutasjoner i genet som koder for decorin er assosiert med medfødt stromal hornhinnedystrofi. Genforandringen fører til et forkortet protein som akkumulerer i hornhinnen på en slik måte at den blir uklar. Decorin er et proteoglykan som har betydning blant annet for oppbyggingen av kollagenfibrillene i hornhinnen. Foreløpige data tyder på at kollagenfibrillene er tynnere ved medfødt stromal hornhinnedystrofi enn hos friske. Andre forskningsgrupper har funnet at dersom decorin mangler kan biglycan kompensere for dette. Vi undersøker nå hvorvidt genforandringen fører til endret uttrykk av decorin og biglycan, og hvorvidt dette påvirker kollagenfibrillenes struktur. Vi har i tillegg identifisert en tredje, ikke foreløpig publisert mutasjon i decorin hos en pasient med medfødt stromal hornhinnedystrofi.

Våre samarbeidspartnere i Genjaktgruppen har beskrevet den neurodegenerative sykdommen PHARC og funnet at den skyldes mutasjoner i ABHD12. Vi har undersøkt øynene til de norske pasientene med sykdommen. Det typiske er at PHARC pasientene utvikler katarakt i ung alder og senere får netthinnesykdommen retinitis pigmentosa. Vi planlegger videre forsøk for å studere mekanismene som gjør at mutasjonen i ABHD12 fører til katarakt.

Prosjektet er et samarbeid mellom Øyeavdelingen og Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin ved Haukeland Universitetssykehus. I tillegg er det etablert samarbeid med andre forskergrupper ved Institutt for biomedisin, ved Sars-senteret og ved Institutt for biologi. Gruppen har kartlagt en rekke familier og identifisert det muterte genet hos flere av disse. Konsekvensen av mutasjoner har videre vært analysert både molekylært og ved hjelp av morfologiske studier. I tillegg har vi laget modellorganismer, dels for å se hvilke konsekvenser en mutasjon får hos en annen art, dels med tanke på intervensjonsstudier.

Prosjektet er en videreføring av gruppens arbeidet og tar utgangspunkt i tre kilder til å identifisere familier med arvelige øyesykdommer. 1) Magnus Odlands arbeid på 70-tallet hvor han kartla synshemmede og blinde i Hordaland. 2) Vår egen nasjonale kartlegging av synshemmede barn og unge etter informert samtykke. 3) Øyeavdelingens arkiv.

Prosjektet ble påbegynt 1. oktober 2009 og er således i startfasen. Arbeidet så langt har vært konsentrert om å identifisere familier som kan være aktuelle å studere nærmere. Vi har foreløpig identifisert 3 familier med en uvanlig fenotype. En familie med en sannsynlig ciliopati hvor øynene er affisert. Denne familien er pasienter hos oss og er svært interessert i nærmere utredning. Vi er i ferd med å søke om de nødvendige tillatelser. To andre familier har også en uvanlig fenotype og kan være aktuelt å gå videre med.

Videre har vi bidratt med en grundig øyeundersøkelse av pasienter med PHARC syndrom som nylig ble beskrevet av våre samarbeidspartnere. Dette arbeidet vil bli publisert ila 2010.