Molecular and genetic characterization of peroxisome biogenesis disorders Ebberink, M.S.

Transcriptie

1 UvA-DARE (Digital Academic Repository) Molecular and genetic characterization of peroxisome biogenesis disorders Ebberink, M.S. Link to publication Citation for published version (APA): Ebberink, M. S. (2010). Molecular and genetic characterization of peroxisome biogenesis disorders General rights It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Disclaimer/Complaints regulations If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible. UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam ( Download date: 30 Jan 2017

2 Samenvatting 121

3 Het menselijk lichaam is opgebouwd uit verschillende organen en elk orgaan is weer opgebouwd uit cellen. Iedere cel bevat verschillende organellen (compartimenten), elk met een eigen functie. Een cel bevat onder andere de volgende organellen 1) een kern, waar het erfelijke materiaal (DNA) is opgeslagen, 2) mitochondriёn, die onder andere functioneren als een energiecentrale; Deze produceren energie om alle processen in het lichaam draaiende te houden, 3) lysosomen, die zorgen voor de afvalverwerking en 4) de mooiste organellen: peroxisomen, waarin een aantal stoffen worden aangemaakt en andere stoffen juist worden afgebroken. Elke cel bevat een paar honderd van deze peroxisomen. Dit organel staat centraal in mijn proefschrift. Patiënten die geen goed werkende peroxisomen hebben, lijden aan een zogenaamd peroxisoom biogenese defect. Tot de peroxisoom biogenese defecten behoort het Zellweger syndroom spectrum (ZSS). Binnen het ZSS zijn drie verschillende ziektebeelden te onderscheiden; het Zellweger syndroom (ZS), neonatale adrenoleukodystrofie (NALD) en infantiel Refsum ziekte (IRD), met het ZS als de ernstigste vorm en IRD de mildste vorm. Patiënten met een ZSS defect hebben een aantal specifieke uiterlijke kenmerken zoals een hoog voorhoofd, laag geplaatste oren, een brede neusbrug en een vergrote afstand tussen hun neus en mond. Klinische symptomen zijn spierzwakte, problemen met lever en nieren, oog- en oorafwijkingen waardoor ze blind en doof kunnen worden. Daarnaast vertonen ze meestal een achterstand in hun verstandelijke ontwikkeling. Kinderen die lijden aan de ernstige vorm overlijden meestal in het eerste levensjaar, in tegenstelling tot patiënten met een milde vorm, die volwassen kunnen worden. De oorzaak van de drie ZSS defecten is dat er iets misgaat in de biogenese (vorming) van peroxisomen. Doordat de patiënten geen functionele peroxisomen hebben, worden bepaalde stoffen niet aangemaakt die bijvoorbeeld belangrijk zijn voor de vorming van de hersenen en het zenuwstelsel, en worden andere stoffen niet afgebroken, wat zorgt voor een ophoping van deze stoffen. Het aanmaken en afbreken van deze stoffen vindt plaats door middel van bepaalde stofwisselingsprocessen die (gedeeltelijk) in het peroxisoom gelokaliseerd zijn. De biogenese van peroxisomen is een proces dat bestaat uit verschillende stappen. Eerst wordt het peroxisomale membraan (het omhulsel) aangemaakt. Dit membraan is opgebouwd uit lipiden (vetten) en peroxisomale membraan eiwitten. Vervolgens moeten de matrix eiwitten (dit zijn de eiwitten die in de peroxisomen aanwezig zijn) over het membraan het peroxisoom in worden getransporteerd, zodat de peroxisomen actief (functioneel) kunnen worden. Naast het aanmaken van nieuwe peroxisomen uit losse componenten, kunnen bestaande peroxisomen ook groter worden en zich vervolgens delen. Bij al deze stappen zijn verschillende peroxisomale eiwitten betrokken, die peroxines worden genoemd, waarvoor de erfelijke code opgeslagen ligt in verschillende PEX genen. Deze PEX genen zijn genummerd. De peroxines zijn dus betrokken bij de peroxisoom biogenese en zijn niet de matrix eiwitten die een rol spelen in de verschillende metabole paden. 122

4 Bij de start van mijn promotieonderzoek was bekend dat een mutatie (een fout) in één van de twaalf verschillende PEX genen een ZSS defect kan veroorzaken. Het hoofddoel van mijn project was te bestuderen of een defect in andere (nog onbekende) PEX genen ook een ZSS defect kan veroorzaken. Om dit te onderzoeken zijn we begonnen met het bepalen van de erfelijke afwijkingen in meer dan 600 cellijnen van patiënten met een ZSS defect. Vanaf een jaar of 30 geleden worden van patiënten die verdacht worden te lijden aan een ZSS defect een klein stukje huid (huidbiopt) afgenomen. In ons laboratorium kunnen we hieruit cellen laten groeien en die vervolgens invriezen, zodat we zelfs jaren later nog onderzoek kunnen doen in deze cellen, bijvoorbeeld wanneer er nieuwe inzichten zijn waardoor de oorzaak van het ziektebeeld duidelijk kan worden. Met een bepaalde microscopische techniek kunnen we de peroxisomen in de cellen bekijken. We kleuren hierbij of een peroxisomaal membraan eiwit of één van de matrix eiwitten met een lichtgevend (fluorescent) stofje, waarmee we kunnen bepalen of er membranen aangemaakt worden en of het systeem om matrix eiwitten te importeren werkt. In hoofdstuk 2 beschrijven we een nieuwe en efficiënte methode waarbij deze microscopische techniek gebruikt is om meer dan 600 patiënten cellijnen, die geen functionele peroxisomen hebben, te verdelen in groepen. De patiënten cellijnen binnen één groep hebben allemaal een defect in hetzelfde PEX gen. Dit hoofdstuk geeft een goed overzicht van de verdeling van de verschillende PEX gen defecten. Helaas hebben we geen nieuwe PEX gen defecten gevonden. Deze resultaten suggereren dat alle PEX gen defecten, die zorgen voor een totale afwezigheid van functionele peroxisomen, inmiddels bekend zijn. Peroxisomale matrix eiwitten kunnen in het peroxisoom geïmporteerd worden door middel van twee adressering signalen. PEX5 (een van de peroxines) is betrokken bij de import van matrix eiwitten. In hoofdstuk 3 laten we zien dat de plek van de mutatie in het PEX5 gen correleert met het import defect. Een aantal mutaties zorgt voor een defect in de import van alleen matrix eiwitten met adressering signaal type 1, terwijl andere mutaties zorgen voor een defect in de import van alle matrix eiwitten, zowel die met adressering signaal type 1 als die met adressering signaal type 2. In hoofdstuk 4 beschrijven we een nieuwe en goedkopere manier voor het analyseren van mutaties in het PEX6 gen. We hebben gebruik gemaakt van een nieuwe techniek en rapporteren de verschillende mutaties die we hebben gevonden. Een defect in PEX6 is het tweede meest voorkomende defect binnen de ZSS defecten. Hoofdstuk 5 beschrijft zes patiënten met een bijzondere vorm van een ZSS defect. De patiënten vertonen een onverwacht milde variant van een ZSS defect als gevolg van mutaties in het PEX16 gen. PEX16 is een peroxisomaal membraan eiwit, waarvan tot nu toe alleen bekend was dat een defect in dit eiwit ervoor zorgt dat peroxisomale membranen niet aangemaakt kunnen worden. De patiënten, die tot nu toe bekend waren met een defect in PEX16, hadden allen een ernstige klinische presentatie en de huidcellen van deze patiënten hadden totaal geen peroxisomale membranen. Zeer verrassend, bleken de huidcellen van de zes patiënten beschreven in hoofdstuk 5, wel peroxisomen te hebben en waren deze zelfs in staat om peroxisomale matrix eiwitten te importeren. Wel waren er minder peroxisomen per cel en waren deze duidelijk groter dan de peroxisomen in controle huidcellen. De biochemische 123

5 parameters in de huidcellen waren mild afwijkend of zelfs normaal. Hoofdstuk 6 beschrijft twee patiënten met een milde vorm van een ZSS defect. Ongeveer 80% van de huidcellen van deze patiënten bevatten nog steeds functionele peroxisomen, de andere 20% van de cellen bevatten geen functionele peroxisomen. In beide patiënten waren de biochemische parameters in de huidcellen mild afwijkend of vergelijkbaar met controle huidcellen. De patiënten, een kind en een volwassene, vertonen milde klinische symptomen, ze hebben een normale intelligentie, progressieve ataxie (evenwichts- en coördinatie defecten) en axonale motorische neuropathie (aandoening van zenuwen). We identificeerden in deze patiënten een defect in het PEX10 gen. Hoofdstuk 5 en 6 laten zien dat de ZSS defecten een spectrum vormen met een brede variatie van klinische symptomen en biochemische en cellulaire afwijkingen. Een ZSS defect moet dus ook overwogen worden wanneer slechts zeer milde biochemische afwijkingen gevonden worden in huidcellen of bloed. In hoofdstuk 7 beschrijven we de identificatie van een nieuw PEX gen defect dat een ZSS defect veroorzaakt. De beschreven patiënt heeft een defect in PEX11β. Dit defect veroorzaakt milde klinische ZSS symptomen, geen peroxisomale biochemische afwijkingen in het plasma, erytrocyten en gekweekte huidcellen, maar een defect van de deling van peroxisomen wat we hebben laten zien in de huidcellen. 124