Project iTwin

ednastrengen project itwin
als-centrum-logo

Project iTwin is een wetenschappelijk onderzoek onder eeneiige tweelingen waarbij één van de tweeling ALS heeft. De genetische risicofactoren voor ALS worden bij deze tweelingen onderzocht. Alhoewel eeneiige tweelingen wat betreft DNA heel veel op elkaar lijken zijn ze niet identiek. Vroeg in de ontwikkeling van het embryo kunnen al kleine genetische verschillen ontstaan. Van dit tweelingenonderzoek kunnen we leren welk samenspel van genetische factoren invloed heeft op het ontstaan van ALS.

Waarom een tweeling-studie?

De genetische achtergrond van met name sporadische ALS blijft, ondanks de grote successen van ‘genome-wide association studies’ (GWAS), grotendeels onbekend. Een verklaring hiervoor kan liggen in de mogelijkheid dat de genetische oorzaken in ALS moeilijk te vinden of zeldzaam en zelfs uniek kunnen zijn.

Om dergelijke zeldzame varianten te vinden is project MinE opgezet, het wereldwijde onderzoek naar de genetische oorzaken van (sporadische en familiaire) ALS. Project MinE kan echter niet beantwoorden hoe deze zeldzame varianten in het DNA zijn ontstaan. Er bestaat de mogelijkheid dat veranderingen in het DNA het gevolg zijn van recente of nieuwe (de novo) mutaties. Om hierover meer te weten te komen, bestuderen onderzoekers het DNA van eeneiige tweelingen waarvan een iemand ALS heeft en de ander gezond is. Deze tweelingen noemen we ALS-discordante monozygote tweelingen. De onderzoekers zoeken dus de genetische verschillen in een eeneiige tweeling waarbij slechts één van de twee de ziekte ALS heeft.

Doel van project iTwin

Het doel van project iTwin is om door middel van internationale samenwerking zoveel mogelijk van deze tweelingen te vinden. In de genetische data van deze tweelingen zoeken de onderzoekers genetische en epigenetische verschillen.

De onderzoekers zoeken zowel genetische verschillen in de letters van het DNA (A-T en C-G) als in de transcriptie, het aflezen van het DNA. Met ‘whole genome sequencing’ wordt het volledige DNA-profiel afgelezen. Dat betekent dat alle 6 miljard letters (3 miljard basisparen) van het DNA worden afgelezen. Ook wordt gezocht naar epigenetische verschillen. Dat zijn verschillen in transcriptie, oftewel in hoe de letters van het DNA worden afgelezen. Deze epigenetische verschillen worden gezocht met behulp van methylatie analyse.

Het project iTwin kan meer inzicht geven in de rol van DNA-mutaties in ALS en kan leiden tot de identificatie van nieuwe (epi)genetische factoren.

Eindverantwoording

Het eindverslag omvat ongeveer 1 A4 Nederlandse tekst die in principe begrijpelijk is voor algemeen publiek. Noem het doel van het project, vertel kort over de methode. Voor de resultaten en conclusie is meer ruimte. Concludeer of het doel is behaald. De Stichting ALS plaatst het eindverslag op hun website voor patiënten, naasten en andere geïnteresseerden.

Doel van het project:
ALS komt soms in families voor en dan is er een afwijking in het erfelijk materiaal – het DNA – die de ziekte veroorzaakt (familiaire ALS). Het DNA bevat de bouwtekeningen (ook wel genen genoemd) voor alle 24,000 eiwitten in ons lichaam voorkomen. Als er een fout in de bouwtekening zit, dan ontstaat er dus ook een eiwit met een fout er in. Bij familiaire ALS is er een ernstige mutatie in een gen, waardoor er een eiwit ontstaat met giftige eigenschappen. Deze mutatie is dan direct de oorzaak voor de ziekte.

Meestal komt ALS niet in de familie voor. Er zijn namelijk mutaties die opzichzelfstaand niet direct ALS veroorzaken, maar in combinatie met andere DNA-afwijkingen of blootstellingen (roken, diesel, hoofdletsel, etc.) wel tot ziekte kunnen leiden. Dus ongeacht of ALS in de familie voorkomt, spelen DNA afwijkingen een rol in het ontstaan van de ziekte. Als we weten welke DNA-afwijkingen betrokken zijn bij het ontstaan van ALS, kunnen we beter begrijpen hoe de ziekte ontstaat. Te meer, omdat de technische mogelijkheden om DNA-afwijkingen te beïnvloeden, toenemen en dus ook een aangrijpingspunt voor nieuwe medicijnen zijn.

Het vinden van DNA-afwijkingen is uitdagend door de structuur ervan. Het DNA bestaat namelijk uit een hele lange lettercode (drie miljard letters), waarin niet alle veranderingen ook belangrijk zijn. Elk individu heeft ongeveer 13.000 veranderingen die persoonlijk zijn en niets met ziekte te maken hebben. De puzzel is om uit te vinden welke veranderingen met ziekte te maken en welke onschuldig zijn. De gebruikelijke oplossing voor dit probleem is om het DNA van heel veel (tienduizenden) zieke en gezonde mensen te bestuderen. Het nadeel hiervan is dat het heel duur en tijdrovend is.

In deze studie hebben we geprobeerd om dat probleem te omzeilen door gebruik te maken van eeneiige tweelingen, waarvan er een ALS heeft en de ander gezond is. Het DNA van eeneiige tweelingen zou namelijk compleet hetzelfde moeten zijn. Dat betekent dat elk verschil in het DNA binnen een tweelingpaar een mogelijke verklaring is voor de ziekte. Door deze veranderingen vervolgens te onderzoeken bij andere patiënten hebben we geprobeerd om te bevestigen dat deze mutaties inderdaad het risico op ALS verhogen.

Methode:
Met de nieuwste technieken is het tegenwoordig mogelijk om alle drie miljard letters van het DNA in één keer in kaart te brengen. Dit heet whole-genome sequencing (WGS). We hebben in totaal DNA verzameld van 28 tweelingparen uit heel Europa en Amerika en hebben daar WGS bij uitgevoerd. Vervolgens hebben we gezocht naar verschillen in het DNA binnen tweelingparen.

Er zijn verschillende vormen van variatie in het DNA. Binnen deze studie hebben we ons vooral gericht op twee vormen van variatie: Single Nucleotide Variants (SNVs) en repeat expansies. SNVs zijn plekken in het DNA waarbij één enkele letter is vervangen door een andere letter. Repeat expansies zijn stukjes DNA die zich abnormaal vaak herhalen.

Resultaten en conclusie:
Bij aanvang van deze studie was er nog geen manier om te kijken naar repeat expansies in WGS-data. We hebben hiervoor een methode ontwikkeld. Deze methode hebben we ook beschikbaar gemaakt voor andere wetenschappers. We hebben deze methode vervolgens toegepast op onze gegevens. We hebben hier twee genen voor ALS gevonden: ATXN1 en NIPA1.

Er waren ook tweelingparen die een repeat expansie hadden in het C9orf72-gen. Opvallend genoeg was het zo dat binnen een van deze tweelingparen, beiden ALS hadden gekregen binnen één jaar van elkaar. In het tweede paar had er een ALS, terwijl de andere FTD had. In het laatste paar had er een ALS, terwijl de andere tien jaar later nog steeds gezond was. Dit duidt erop dat de afwijking in het C9orf72-gen niet het hele verhaal is en dat er andere factoren moeten zijn die bepalen of en wanneer iemand ziek wordt en hoe de ziekte er dan uitziet.

In verder onderzoek hebben we dit niet compleet kunnen ophelderen, maar interessant genoeg zagen wel dat de repeat expansie in het laatste paar kleiner was bij de gezonde persoon. De moeder van deze tweeling, had FTD en de repeat expansie was bij haar langer dan bij beide kinderen. Dit zou kunnen betekenen dat de repeat ook spontaan kleiner kan worden en daarmee mogelijk verschillen in families kan verklaren.

Als laatste vonden we dat er bij sommige mensen in de studie veel meer nieuwe mutaties waren dan bij anderen. Er waren twee ALS patiënten met opvallend veel nieuwe mutaties in het DNA. Dit duidt mogelijk op een stoornis in het DNA-herstelmechanisme. Dit mechanisme zorgt er normaal gesproken voor dat foutjes in het DNA ook weer worden hersteld. Er zijn andere studies die ook aanwijzingen hebben gevonden dat gestoord DNA-herstel een rol speelt bij ALS.

Update december 2017: Update van project Itwin – genetisch onderzoek bij tweelingen

Update oktober 2016: iTwin – tweelingenonderzoek

[projectnr. 2015-35]
Looptijd
2 jaar (2015 - 2017)
Begroting
€ 185.508,-