Onderzoek Marije Meuwissen

Abstract

Aanlegstoornissen van de hersenen (malformations of cortical development; MCD) zijn een heterogene groep van hersenmalformaties die een aanzienlijke belasting vormen voor de gezondheidszorg en de maatschappij. Getroffen personen lijden aan epilepsie die vaak moeilijk behandelbaar is, en hebben meestal ook zekere mate van verstandelijke en motorische beperking. Met de huidige moleculaire technieken, gebruik makend van SNP-array en exoom sequenering (WES) blijft meer dan de helft van de MCD-gevallen onopgelost. Factoren die bijdragen aan de "onopgeloste" MCD gevallen zijn o.a. varianten van onbekende betekenis in gekende MCD-genen, niet coderende varianten in bekende genen die een effect hebben op splicing of genexpressie en meer complexe mutatietypes zoals structurele varianten en copy number variants. Whole genome sequencing is nodig om dit type varianten op te sporen. Echter, hierbij zal het aantal varianten van onbekende betekenis nog verder toenemen. Tot slot zullen er ook nog nieuwe ziektegenen worden ontdekt die op dit moment nog niet geassocieerd werden met MCD. In dit project hebben we als doel om met behulp van RNA-sequencing een gen-specifieke "handtekening" voor een bepaalde aandoening te identificeren die kan helpen bij de identificatie en interpretatie van WGS varianten. De genen die we geselecteerd hebben om een dergelijke handtekening te ontwikkelen spelen ofwel een rol in de PI3K-AKT-mTOR pathway of in de functie van microtubuli, twee belangrijke pathways betrokken bij de hersenontwikkeling. Verder hebben we het doel om de diagnostische opbrengst te vergroten in patiënten met MCD door de integratie van transcriptomics en WGS-data van vooralsnog "onopgeloste" MCD casussen. Op deze manier kunnen nieuwe varianten worden geïdentificeerd die van belang zijn. Tot slot gebruiken we de geïdentificeerde "handtekeningen" geassocieerd met specifieke MCD-genen om varianten in nieuwe kandidaat-genen voor MCD te valideren die een rol spelen in vergelijkbare pathofysiologische mechanismen. De resultaten van het project zullen helpen bij de implementatie van transcriptoom analyse als nieuwe beschikbare methode voor genetische diagnostiek naar oorzaken van MCD. Uiteindelijk leidt dit tot een verbetering van de patiëntenzorg en een passende genetische counseling voor families van MCD-patiënten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Jansen Anna
• Co-promotor: Meuwissen Marije
• Mandaathouder: Rosenblum Jessica

Onderzoeksgroep(en)

• Translationele Neurowetenschappen (TNW)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

COL4A1- en COL4A2-gerelateerde aandoeningen veroorzaken een breed spectrum aan verschijnselen, zoals afwijkende hersenontwikkeling, hersenbloedingen of alle leeftijden, aneurysmata (lokale verwijdingen) van de hersenbloedvaten, maar ook oog- en nierafwijkingen. Ook werd COL4A1 recent geïdentificeerd als een genetische modifier in Marfan syndroom. We bestudeerden daarom de aanwezigheid van varianten in COL4A1 en COL4A2 in twee patiëntcohorten: een cerebrale parese cohort (CP) en een TAA (thoracaal aora aneurysma) cohort. Dit leidde tot een specifieke interesse in het COL4A2 NC1-domein. Een burden analyse een statistisch significante overrepresentatie van COL4A2 NC1-domein varianten in ons CP-cohort. Verder identificeerden we de COL4A2 variant p.Arg1662His, gelegen in het NC1-domein, in 3 TAA patiënten en 3 CP patiënten van Marokkaanse afkomst, 5 maal in combinatie met de variant p.Met1355Thr, gelegen in het triple helix domein. Deze bevinding suggereert dat dit mogelijk een "risico haplotype" is. De p.Arg1662His variant bleek tevens significant overgerepresenteerd in de Marokkaanse patiënten in onze cohorten in vergelijking met een Marokkaanse controlecohort. We zullen de cellulaire effecten van NC1-varianten bestuderen in fibroblasten van patiënten om (1) de aanwezigheid van endoplasmatisch reticulum stress en de activatie van de unfolded protein response te bestuderen en (2) veranderingen in de Akt-FAK-mTOR signaling en expressie van procaspase 8 en 9 te bestuderen. De fibroblasten werden verzameld van patiënten met (1) de COL4A2 variant p.Arg1662His, (2) de COL4A2 variant p.Arg1662His in combinatie met de COL4A2 variant p.Met1355Thr en (3) de pathogene COL4A2 p.Gly1353Ala variant als positieve controle. Drie wildtype fibroblastenlijnen worden meegenomen als negatieve controles. Ten tweede zullen we een zebravismodel ontwikkelen om de effecten van COL4A2 NC1 varianten te bestuderen. We beginnen met het inbrengen van de pathogene COL4A2 p.Gly1353Ala variant gebruikmakend van CRISPR/ Cas9 technologie. We zullen het effect op de ontwikkeling van de zebravis bestuderen in een vis met fluorescerende bloedvaten om abnormale bloedvatvorming gemakkelijk te visualiseren. We zullen de aanwezigheid van hersenbloedingen, veranderingen in bewegingspatroon en in de basale membraan, een structuur die de bloedvatwand stabiliseert, bestuderen, alsook de diameter van de aorta meten. Wanneer een betrouwbare read-out wordt geïdentificeerd, zullen we het effect van de COL4A2 NC1 varianten in het zebravismodel bestuderen. Dit project is het eerste dat de bijdrage van specifieke COL4A2 NC1-domein varianten aan humane ziektebeelden bestudeerd. Wanneer functionele studies een pathogeen effect zouden ondersteunen, zou dit het eerste risico-haplotype in COL4A2 zijn dat geassocieerd is met cerebrale en vasculaire pathologie. Dit is een belangrijke bevinding in het tijdperk van gepersonaliseerde geneeskunde. Ook nieuw is de ontwikkeling van een zebravismodel om functionele effecten van COL4A2 varianten te bestuderen gebruik makend van CRISPR/Cas9 technologie. Met dit model zouden aanvullende varianten van onbekende betekenis in COL4A2 in cerebrovasculaire aandoeningen en TAA bestudeerd kunnen worden. Ook kan het gebruikt worden voor het bestuderen van pathogene mechanismen in verschillende typen COL4A2-mutaties. Dit draagt bij aan het identificeren van potentiële therapeutische strategieën. Verder zou het model geschikt zijn om potentiële therapeutische strategieën in vivo te testen, waarbij het therapeutisch effect gemonitord kan worden en ongewenste bijwerkingen kunne worden bestudeerd.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meuwissen Marije
• Co-promotor: Schepers Dorien
• Mandaathouder: Nemegeer Merlijn

Onderzoeksgroep(en)

• Medische Genetica (MEDGEN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Cerebrale parese (CP) is een omschrijvende term voor een heterogene groep van niet-progressieve, motorische ontwikkelingsstoornissen, die vaak geassocieerd zijn met andere medische aandoeningen zoals verstandelijke beperking, epilepsie, autisme spectrum stoornis, gehoor-en visusstoornissen etc. De prevalentie varieert van 1,5 tot 2,5 per 1000 levendgeborenen. CP is de meest frequente oorzaak van ernstige lichamelijke beperking op kinderleeftijd. De onderliggende oorzaken van deze aandoeningen zijn zeer divers. Er werd steeds verondersteld dat asfyxie bij de geboorte de meest voorkomende oorzaak is van CP. Echter hebben grote populatie-gebaseerde studies aangetoond dat asfyxie bij de geboorte slecht bij minder dan 12% van CP-patiënten verantwoordelijk is voor de aandoening.3, 4 Genetische factoren blijken een grotere rol te spelen dan initieel gedacht werd. Het actiemechanisme van een groot deel van deze genen blijft echter ongekend. De mogelijkheden van genetische diagnostiek bij CP-patiënten in België waren tot voor kort beperkt. In dit onderzoeksproject onderzochten we inmiddels een 300-tal patiënten met CP, gevolgd binnen het Cerebrale Parese Referentiecentrum Antwerpen (CePRA), met behulp van (1) Single nucleotide polymorphism (SNP) array om chromosomale afwijkingen uit te sluiten en (2) een whole exome sequencing (WES)-gebaseerd genenpanel dat meer dan 200 genen bevat die geassocieerd zijn met CP en CP-mimics. In dit project, onderzoeken we de hypothese dat een deel van de genetische oorzaken van CP het ATG9A transport beïnvloeden en vervolgens leiden tot een ontregeling van het autofacie-proces. Autofagie is een zelf-degeneratief proces in de cel waarbij dysfunctionele eiwitten, organellen of pathogenen verwijderd worden. Het proces is aanwezig in het centrale zenuwstelsel onder basale omstandigheden en wordt opgereguleerd op momenten van omgevingsstress zoals oxidatieve stress en hypoxie. Autofagie is een cruciaal proces in de ontwikkeling van het centraal zenuwstelsel. In dierenmodellen werd reeds bewezen dat autofagie een belangrijk neuroprotectief mechanisme is tegen hypoxie-ischemie. Deze hypothese is gebaseerd op: 1) De belangrijke contributie van pathogene de novo missende varianten in KIF1A in onze CP cohorte (7/141 CP patiënten). KIF1A behoort tot de familie van kinesine motor eiwitten en is verantwoordelijk voor cargo-transport over microtubuli. Een belangrijk cargo van dit motor proteïne is ATG9A. 2) Een gebrek aan ATG9A in de synapsen door verminderd transport reeds werd aangetoond als oorzaak van het AP4-deficiëntie syndroom, één van de eerste genetische aandoeningen geassocieerd met CP. 3) Identificatie van waarschijnlijk pathogene varianten in gekende CP genen (KIF5C) en nieuwe CP kandidaatsgenen (KLC3, KLC4, MAP7D2, MAP7D3) die mogelijks ATG9A transport beïnvloeden. In dit project bestuderen we de effect van 1) KIF1A varianten en 2) varianten in CP (kandidaat)genen op ATG9A en het automatie-proces in fibroblasten van zowel patiënten als controles. Daarnaast zal RNA sequencing uitgevoerd worden op bloed en fibroblasten om een "automatie disregulatie" handtekening te bestuderen. Dit zou in de toekomst gebruikt kunnen worden in screening en therapiemonitoring van aandoeningen met verstoorde autofagie

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meuwissen Marije
• Mandaathouder: Thys Liene

Onderzoeksgroep(en)

• Medische Genetica (MEDGEN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

COL4A1- en COL4A2-gerelateerde aandoeningen zijn geassocieerd met een breed spectrum van afwijkingen zoals afwijkende hersenontwikkeling, hersenbloedingen op alle leeftijden, aneurysmata (locale verwijdingen) van de hersenvaten, maar ook oog- en nierafwijkingen. In de klinische praktijk worden beide genen onderzocht bij aandoeningen met hersenvaatafwijkingen, maar zijn ook geïncludeerd in genpanels om genetische oorzaken van verstandelijke beperking op te sporen. Bij deze onderzoeken worden soms varianten van onbekende betekenis (VUS) aangetoond. Vanwege de belangrijke consequenties van ziekteveroorzakende mutaties, is het zeer belangrijk om deze varianten correct te interpreteren. Daarnaast werd in onderzoeksverband gezien dat COL4A1- en COL4A2-mutaties mogelijk het optreden van aorta-aneurysmata beïnvloeden. Om dit te bevestigen is verder onderzoek nodig. We willen een zebravismodel ontwikkelen om het effect van varianten van onbekende betekenis te bestuderen. Op dit moment bestaat er echter nog geen zebravismodel om COL4A1- en COL4A2-gerelateerde aandoeningen te bestuderen. We zullen beginnen met het introduceren van gekende ziekteveroorzakende mutaties in een zebravis met fluorescerende bloedvaten om zo het effect op de ontwikkeling van de vis en de bloedvaten te bestuderen. We zullen het optreden van hersenbloedingen en veranderingen in bewegingspatroon en in de basaalmembraan, een structuur die de bloedvatwand stabiliseert, bestuderen, alsook de diameter van de aorta meten. Het doel is om de afwijkingen te identificeren die optreden bij duidelijk ziekteveroorzakende mutaties, zodat het vervolgens mogelijk wordt om varianten van onbekende betekenis te bestuderen in zebravis om zo te zien of ze bijdragen aan een ziektebeeld bij een patiënt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meuwissen Marije

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject