Download full-text

Full-text

Available from: Darcie Babcock, Jun 27, 2015
0 Followers
 · 
264 Views
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: About half of people with Down syndrome (DS) exhibit some form of congenital heart disease (CHD); however, trisomy for human chromosome 21 (Hsa21) alone is insufficient to cause CHD, as half of all people with DS have a normal heart, suggesting that genetic modifiers interact with dosage-sensitive gene(s) on Hsa21 to result in CHD. We hypothesize that a threshold exists in both DS and euploid populations for the number of genetic perturbations that can be tolerated before CHD results. We ascertained a group of individuals with DS and complete atrioventricular septal defect and sequenced 2 candidate genes for CHD: CRELD1, which is associated with atrioventricular septal defect in people with or without DS, and HEY2, whose mouse ortholog (Hey2) produces septal defects when mutated. Several deleterious variants were identified, but the frequency of these potential modifiers was low. We crossed mice with mutant forms of these potential modifiers to the Ts65Dn mouse model of DS. Crossing loss-of-function alleles of either Creld1 or Hey2 onto the trisomic background caused a significant increase in the frequency of CHD, demonstrating an interaction between the modifiers and trisomic genes. We showed further that, although each of these mutant modifiers is benign by itself, they interact to affect heart development when inherited together. Using mouse models of Down syndrome and of genes associated with congenital heart disease, we demonstrate a biological basis for an interaction that supports a threshold hypothesis for additive effects of genetic modifiers in the sensitized trisomic population.
    Circulation Cardiovascular Genetics 04/2012; 5(3):301-8. DOI:10.1161/CIRCGENETICS.111.960872 · 5.34 Impact Factor
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Individuals with full or partial Trisomy 21 (Ts21) present with clinical features collectively referred to as Down syndrome (DS), although DS phenotypes vary in incidence and severity between individuals. Differing genetic and phenotypic content in individuals with DS as well as mouse models of DS facilitate the understanding of the correlation between specific genes and phenotypes associated with Ts21. The Ts1Rhr mouse model is trisomic for 33 genes (the "Down syndrome critical region" or DSCR) hypothesized to be responsible for many clinical DS features, including craniofacial dysmorphology with a small mandible. Experiments with Ts1Rhr mice showed that the DSCR was not sufficient to cause all DS phenotypes by identifying uncharacteristic craniofacial abnormalities not found in individuals with DS or other DS mouse models. We hypothesized that the origins of the larger, dysmorphic mandible observed in adult Ts1Rhr mice develop from larger embryonic craniofacial precursors. Because of phenotypic variability seen in subsequent studies with Ts1Rhr mice, we also hypothesized that genetic background differences would alter Ts1Rhr developmental phenotypes. Using Ts1Rhr offspring from two genetic backgrounds, we found differences in mandibular precursor volume as well as total embryonic volume and postnatal body size of Ts1Rhr and nontrisomic littermates. Additionally, we observed increased relative expression of Dyrk1a and differential expression of Ets2 on the basis of the genetic background in the Ts1Rhr mandibular precursor. Our results suggest that trisomic gene content and allelic differences in trisomic or nontrisomic genes influence variability in gene expression and developmental phenotypes associated with DS.
    Genetics 09/2011; 189(4):1487-95. DOI:10.1534/genetics.111.131391 · 4.87 Impact Factor
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Het chromosomenonderzoek vormt nog steeds een van de hoekstenen van het genetisch onderzoek bij kinderen met een aangeboren hartafwijking. In dit onderzoek worden de chromosomen in delende bloedcellen bekeken onder de microscoop. Op die manier wordt onderzocht of hele chromosomen of delen van chromosomen aanwezig zijn in te veel of te weinig kopijen. In deze studie hebben we onderzocht of chromosoomafwijkingen die niet zichtbaar zijn met de microscoop een frequente oorzaak voor aangeboren hartafwijkingen zijn. We hebben een nieuwe technologie geïntroduceerd (“array CGH”) die toelaat om een profiel van het kopijaantal op te stellen van alle chromosomen. We toonden aan dat deze technologie een betrouwbare detectie van chromosoomafwijkingen mogelijk maakt, en dit met een resolutie die veel beter is dan het klassieke chromosomenonderzoek. Het toepassen van deze array CGH techniek in patiënten met een syndromale hartafwijking verhoogt de kans om de onderliggende genetische oorzaak te identificeren sterk: in 20% van deze patiënten wordt een chromosoomafwijking gevonden die onzichtbaar was met de klassieke technieken. Bovendien wordt op deze manier het genetische defect zeer precies afgelijnd waardoor de patiënt een meer specifieke en gepersonaliseerde diagnose krijgt. Een diagnose is van zeer groot belang voor de verdere follow-up van patiënten en hun families, vermits dit toelaat patiënt en ouders accuraat voor te lichten wat betreft herhalingsrisico en de mentale en fysieke ontwikkeling die verwacht kan worden. In bepaalde gevallen kan ook de behandeling van de patiënten verbeterd worden: complicaties die frequent voorkomen bij bepaalde genetische aandoeningen kunnen verhinderd of behandeld worden voordat ze optreden (bijvoorbeeld gehoorsverlies of complicaties aan het hart). We tonen dat de toepassing van deze hoge-resolutie technologieën de identificatie mogelijk maakt van kleine deletie- of duplicatiemutaties in enkelvoudige genen (bijvoorbeeld in het FOXC1 of het ATRX gen). Deze verhoogde resolutie bemoeilijkt echter ook de interpretatie in verband met de oorzakelijkheid van de genetische afwijkingen die aangetroffen worden. Chromosoomafwijkingen in het DNA van syndromale CHD patiënten wijzen ons de chromosoomregio’s waar genen liggen die verantwoordelijk zijn voor de normale ontwikkeling van het hart. Soms weten we reeds welk gen in deze regio hartafwijkingen veroorzaakt. In andere gevallen was nog geen gen bekend en zijn alle genen die in deze regio gelegen zijn in theorie mogelijk verantwoordelijk voor de hartafwijking. Onze doelstelling was om uit deze verschillende kandidaatgenen het gen te identificeren dat verantwoordelijk is voor de hartafwijking. We hebben geraffineerde strategieën ontwikkeld om de beste kandidaatgenen te selecteren. Hierbij werd gebruik gemaakt van de vele grote gegevensbanken die recent publiekelijk beschikbaar zijn gesteld. De 24 beste kandidaatgenen (afkomstig uit in totaal 6 chromosoomregio’s) die via deze computeralgoritmes geïdentificeerd werden hebben we verder onderzocht. Ons uitgangspunt was dat het oorzakelijk gen voor een hartafwijking in het hart actief moet zijn tijdens de ontwikkeling van het embryo. Daarom werd de activiteit van alle genen onderzocht in verschillende stadia van de ontwikkeling van de zebravis. Slecht 2 van de 24 geselecteerde kandidaatgenen waren specifiek in het hart actief: BMP4 and HAND2. Aangezien studies in de muis voor beide genen reeds aantoonden dat ze essentieel zijn voor de hartontwikkeling, zijn dit inderdaad excellente kandidaten om de hartafwijkingen van de patiënten te verklaren. Bij één persoon met een hartafwijking werd op chromosoom 6 een bijkomende interessante regio geïdentificeerd. TAB2 was daar het beste kandidaatgen volgens het computeralgoritme. Dit gen is bovendien afwijkend bij verschillende hartpatiënten die een afwijking op chromosoom 6 dragen. Wanneer we de activiteit van dit gen onderzochten in zebravis embryo’s, bleek ook dat TAB2 actief is in het ontwikkelende hart. Studies in muizen toonden nog geen betrokkenheid van dit gen in de hartontwikkeling, hoewel een verstoring van dit gen een hoge sterfte veroorzaakt vlak na de geboorte, gelijkaardig aan de verstoring in de patiënten. We hebben dit gen op een gelijkaardige manier uitgeschakeld in de zebravis, wat ook daar leidde tot ontwikkelingsafwijkingen. Bij 100 andere hartpatiënten konden we geen fouten in dit gen terugvinden, maar een Deense onderzoeksgroep waar we mee samenwerken vond wel een verstoring van dit gen in een familie met hartafwijkingen. Dit toont aan dat verstoring van TAB2 een zeldzame oorzaak is voor hartafwijkingen. Chromosome investigations are still an important part of the genetic investigations in children with congenital heart defects (CHDs). For this, chromosomes from dividing white blood cells are investigated under a microscope to check if certain chromosomes or parts of chromosomes are present in too many or too little copies. In the present work we have investigated whether submicroscopic chromosome imbalances are a frequent cause for CHDs. We introduced a novel genome-wide copy number profiling technique (aCGH) and showed that it enables a reliable detection of such imbalances at a resolution far surpassing the resolution of microscopic chromosome investigations. The application of this technique in patients with a syndromic CHD greatly enhances the chance of finding an etiological diagnosis. More precisely, in 20% of them, a disease-causing submicroscopic chromosome imbalance can be demonstrated. The correct delineation of chromosome aberrations by aCGH also entails a more accurate characterization of the genotype of the patient, permitting a more personalized, specific genetic diagnosis. A diagnosis is of the utmost importance for the follow-up of the patients and their families, as it allows more correct counseling of patient and parents regarding recurrence risks and the mental and physical development that can be expected. In some cases it also impacts treatment of the patients as complications associated with certain genetic conditions can be prevented or managed from a subclinical stage (e.g. hearing loss or cardiac complications). We showed that the application of higher-resolution platforms enables the genome-wide identification of indel mutations of single genes (e.g. in FOXC1 or ATRX), but that this increased resolution is accompanied by an unexpected complexity in the evaluation of their causality. The identification of submicroscopic indels in the DNA of syndromic CHD patients pinpoints regions that contain a gene responsible for heart development. We detected many imbalances that affect genes known to cause CHDs. Accordingly, imbalances identified in this way that do not affect known genes for CHDs pinpoint novel candidate regions. The use of advanced database mining strategies like ENDEAVOUR aids in ranking and selecting valuable candidate genes from these loci, and we showed that there is room for improvement by tailoring these tools to the needs of the underlying clinical or scientific question. We have used expression analyses in zebrafish embryos to identify the most valuable candidates from a group of high-ranked candidate genes. Genes that showed a specific expression in the developing zebrafish heart were considered good candidate genes. Only 2 out of 24 candidate genes displayed such a pattern: BMP4 and HAND2. Both genes are excellent candidates as they were already known to be involved in mammalian heart development through studies in mice. In one person with a CHD we detected a deletion on the long arm of chromosome 6. In this region, our algorithm identified TAB2 as the best candidate gene for causing heart defects. This gene is deleted in multiple patients with CHDs, is located in the critical deletion region and is ranked first as a candidate gene amongst over 100 genes from the region. Loss of a copy of this gene is described to be associated with a high mortality in newborn mice, and we have shown that it is associated with developmental defects in zebrafish. Although we could not identify pathogenic mutations in a group of 100 patients with isolated heart defects, others did find a disruption of this gene in 3 members of a small family that have heart defects. This shows that loss of a copy of TAB2 is a rare cause of CHDs. Doctor of Medical Sciences Afdeling CME-UZ Departement Menselijke Erfelijkheid Faculteit Geneeskunde Doctoral thesis Doctoraatsthesis