Genetica van aangeboren hartafwijkingen. Ingrid van de Laar, MD, PhD klinisch geneticus

Genetica van aangeboren hartafwijkingen Ingrid van de Laar, MD, PhD klinisch geneticus

Cardio genetica Aangeboren hartafwijkingen Cardiomyopathieen Ritmestoornissen Aneurysma s

Waarom? Een zo goed mogelijke inschatting van het (herhalings) risico Onderkennen van eventuele bijkomende afwijkingen (syndroom) waardoor betere medische begeleiding mogelijk is

Hoe? Voor een inschatting van het herhalingsrisico is van belang: Welk type hartafwijking Welke geassocieerde (hart)afwijking(en)? Familiegeschiedenis, minstens 3 generatie Dysmorfologisch onderzoek Concludeer nooit zonder het bovenstaande na te gaan dat er een laag herhalingrisico is

Hoe? 1. Inventarisatie gegevens kind - Bijzonderheden zwangerschap (groei, 20-weken echo, ziekte/medicijngebruik moeder)? - Ontwikkeling tot nu toe? - Andere medische problemen? 2. Inventarisatie gegevens familie - Komen hartafwijkingen of andere (aangeboren) afwijkingen vaker voor? - Zijn ouders familie van elkaar?

Genetisch onderzoek 3. Aanvullend onderzoek: SNP-array (gedetailleerd chromosoom onderzoek) DNA-onderzoek specifieke hartgenen whole-exome sequencing Cardiologisch onderzoek bij ouders (en evt. andere broers/zussen), met name bij LVOTO-afwijkingen Waarom deze testen?

Etiologie Multifactorieel 80 % Chromosomaal 15-20 % Monogeen 3-5 % Maternale ziekte en teratogenen: DM, PKU, infectie (rubella) alcohol abusus, medicatiegebruik (anticonvulsiva, lithium, retinoinezuur)

Chromosomale oorzaak Afwijkingen in het aantal Chromosoom te veel of te weinig (aneuploidieën) - 45,X monosomie - 47,XX,+21 trisomie - etc Afwijkingen in structuur Verandering in structuur - deletie: kleine stukje verloren - duplicatie: klein stukje dubbel

Chromosomenonderzoek In verleden: Karyotypering middels G-bandering: resolutie max 3-5 Mb (ong. 50-100 genen) FISH/MLPA: resolutie max 40-60kb (ong. 4-10 genen) TARGET: Chromosomen, Interfase kernen Voorbehandeling Probe Labeling (direct/indirect) denaturatie hybridisatie visualisatie

Huidige chromosomenonderzoek: virtuele karyotypering ofwel SNParray/arrayCGH

SNParray 250K SNP array : bevat ruim 250.000 stukjes DNA van elk 25 baseparen lang waarmee het patiënten DNA geanalyseerd wordt Elke stip in de grafiek is een individueel meetpunt op de array. Op de verticale as staat de maat voor de hoeveelheid gebonden patiënten DNA. De waarde 0 is gelijk aan een normale hoeveelheid DNA (2 kopieën), > 0 is een duplicatie en < 0 is een deletie.

SNP-array Doel: 1. Opsporen van stukjes erfelijk materiaal teveel (duplicatie) of te weinig (deletie) ->microdeleties/-duplicaties 2. Onderzoeken of er sprake is van bloedverwantschap bij ouders

SNP-array Mogelijke uitkomsten: 1. Geen afwijkingen geen verklaring, wel e.e.a. uitgesloten 2. Deletie of duplicatie die eerder is gevonden bij kinderen met AH verklaring: meer duidelijkheid t.a.v. prognose en herhalingsrisico. 3. Onbekende variant niet duidelijk of dit verklaring is. Nader onderzoek genen in dup/del en onderzoek bij ouders biedt mogelijk meer duidelijkheid 4. Bijvangst bekende afwijking die niet met AH geassocieerd is, maar wel met andere afwijkingen: verhoogd risico kanker, autisme, alzheimer

ANEUPLOIDIEËN

Maternale leeftijd Risico op een chromosoomafwijking bij toenemende maternale leeftijd.

Syndroom van Down Prevalentie: 1:700 40-50 % aangeboren hartafwijking: 50% AVSD 28% geïsoleerd VSD

Atrio ventriculaire septum defecten Trisomie 21 (40-50%) Heterotaxie (10-20%) Ander syndroom (10-20%) Niet-syndromaal (25%)

Turner syndroom 45 X of mozaiek / structureel afw X 1:2500 meisjes vrouwen Kleine lengte, dysmorfieen Onvruchtbaar Cardiovasculaire afwijkingen: mn linkszijdig Bicuspide (stenotische)aorta klep 20 % Coarctatie van de aorta 12 % Aneurysma van de aorta 25 %

Turner syndroom linkszijdige hartafwijkingen lymfoedeem kleine lengte

Trisomie 13 VSD Patent ductus arteriosus Dextropositie Trisomie 18 VSD Patent ductus arteriosus

MICRODELETIES/- DUPLICATIES

SNP array Bekende microdeletiesyndromen zoals: 22q11 deletie syndroom Williams syndroom (7q deletie) Zeldzamere microdeletie/-duplicatie syndromen: Nieuwe klinische beelden geassocieerd met hartafwijkingen! (vb Kleefstra syndroom -> microdeletie chromosoom 9q: 40-50% hartafwijking)

Frequente syndromen jaarlijks NL 22q11 deletie syndroom 1:2000 100 Noonan syndroom 1:2500 80 Neurofibromatosis type 1 1:2500 80 1p36 deletie syndroom 1:5000 40 Fragiele X syndroom 1:5500 36 Charge syndroom 1:8500 23 Williams syndroom 1:10.000 20 Prader Willi syndroom 1:10.000 20 Stickler syndroom 1:10.000 20 Angelman syndroom 1:30.000 7 Alagille syndroom 1:70.000 3 4p-syndroom 1:100.000 2

22q11 deletie syndroom Hart afwijkingen 75 % Leer problemen/mr 70 % Endocriene afwijkingen 60 % Otolaryngeale afwijkingen 50 % Nierafwijkingen 40 % Psychiatrische stoornissen 10 % Dysmorfieën 100 %

22q11 deletie syndroom conotruncale hartafwijkingen: Tetralogie van Fallot Pulmonalis atresie met VSD Pulmonalis atresie met VSD, collateralen VSD met interruptie van de aortaboog Truncus arteriosus 10% 10% 45% 60% 20% Richtlijn NVK: targeted SNParray voor 22q11 regio bij alle patienten met conotruncale hartafwijkingen

Deletie 22q11 De meeste patienten hebben een 3 Mb deletie waarin het TBX1 gen en nog ca 30 andere genen Labonderzoek: Voorheen FISH 22q11; nu targeted SNParray 22q11 regio

22q11 deletie

22q11.2 deletie syndroom Hooding eyelids Korte ooglidspleten Upward slanting ogen Ptosis Asymmetrie ogen / gelaat Lange neus Kleine neusvleugels Bulbous tip Kleine mond

Neus dysmorfieen Lange neus Volle neuspunt Kleine allae nasi

22q11.2 deletie syndroom Omgeklapte helixranden Wat vierkante oren Kopvormige oren Microtie

Andere dysmorfieen Smal en hoog gehemelte Kleine kin Kleine mond Faciale asymmetrie

6 jaar: nasale spraak 22q11 deletie 1 jaar

Williams syndroom 1:7500 Faciale dysmorfieën: volle oogleden, vlakke jukbenen met volle wangen en lippen, wijde mond, lang vlak philtrum Aangeboren hartafwijking (50-80%): supravalvulaire aorta stenose, perifere pulmonalis stenose Mentale retardatie: IQ 40-79 Vriendelijke persoonlijkheid Kleine lengte Deletie 7q11.23 deletie inclusief het elastine gen

Williams syndroom

Etiologie Multifactorieel 80 % Chromosomaal 15-20 % Monogeen 3-5 % Maternale ziekte en teratogenen: DM, PKU, infectie (rubella) alcohol abusus, medicatiegebruik (anticonvulsiva, lithium, retinoinezuur)

Indeling aangeboren hartafwijkingen Syndromaal Een syndroom is een herkenbare combinatie van aangeboren afwijkingen met een gemeenschappelijke oorzaak Niet syndromaal of geisoleerd Alleen een hartafwijking

Indeling aangeboren hartafwijkingen Syndromaal Vaak erfelijk bepaald: chromosoom afwijking 1 gen afwijking (monogeen) Niet syndromaal of geisoleerd Zowel erfelijke als niet-erfelijke factoren kunnen een rol spelen multifactorieel Soms speelt 1 gen afwijking een belangrijke rol

Hart-syndromen met autosomaal dominante overerving Veroorzaakt door een mutatie in één gen Belangrijk om te herkennen: tot 50 % herhalingsrisico Naast de hartafwijking kunnen de bijkomende afwijkingen zeer mild zijn en soms niet herkend worden De afwijkingen zijn binnen een familie vaak variabel: een volgend kind kan milder of ernstiger zijn aangedaan DNA onderzoek is mogelijk voor een aantal belangrijke syndromen

Frequente syndromen jaarlijks NL 22q11 deletie syndroom 1:2000 100 Noonan syndroom 1:2500 80 Neurofibromatosis type 1 1:2500 80 1p36 deletie syndroom 1:5000 40 Fragiele X syndroom 1:5500 36 Charge syndroom 1:8500 23 Williams syndroom 1:10.000 20 Prader Willi syndroom 1:10.000 20 Stickler syndroom 1:10.000 20 Angelman syndroom 1:30.000 7 Alagille syndroom 1:70.000 3 4p-syndroom 1:100.000 2

DNA/gen-onderzoek Doel: - Opsporen van fouten (mutaties) in de erfelijke lettercode die verantwoordelijk zijn voor de AH - enkele 10-tallen hartgenen bekend

DNA/gen-onderzoek Mogelijke uitkomsten: 1. Geen afwijkingen geen verklaring, wel e.e.a. uitgesloten 2. Mutatie verklaring: meer duidelijkheid t.a.v. prognose en herhalingsrisico. 3. Onbekende variant niet duidelijk of dit verklaring is. Nader onderzoek bij ouders biedt mogelijk meer duidelijkheid 4. Bijvangst bekende afwijking die niet met AH geassocieerd is, maar wel met andere afwijkingen: verhoogd risico kanker, autisme, alzheimer

Noonan syndroom Prevalentie 1:1000-2500 Kleine lengte Aangeboren hartafwijkingen/ cardiomyopathie Pectus excavatum/carinatum Niet ingedaalde testikels Vertraagde ontwikkeling Stolling stoornissen

Hartafwijkingen NB ECG toont specifieke afwijkingen soms zelfs in afwezigheid van structurele afwijkingen

Noonan syndroom Dysmorfieen: Hypertelorisme Epicanthus plooien Ptosis Downslant ogen Brede korte nek Webbed nek

Noonan syndrome

Huidige diagnostische mogelijkheden Noonan syndroom PTPN11 gen 50 % SOS 1 gen 10% RAF1 10% KRAS gen <2% SHOC2?? CBL <1% NRAS <1% RIT1?? Totaal 75%

CHARGE syndroom Prevalentie 1:10.000-1.15.000 CHARGE: Coloboma (80%) Heart defect (75-80%) Atresia choanae Retarded growth and development Genital hypoplasia Ear anomalies/ deafness (80-100%) In ong. 60% van patienten mutaties in CHD7 gen (chromosoom 8q12.1)

Alagille syndroom Prevalentie 1/100.000 Chronische cholestase Cardiale afwijkingen (95%): Mn. arteria pulmonalis stenose, perifere pulmonaalstenose en tetralogie van Fallot Skeletafwijkingen: vlindervormige vertebrae Oogafwijkingen: embryotoxon posterior Gelaat dysmorfeen: breed en hoog voorhoofd, mild hypertelorisme, diepliggende ogen, lange en rechte neus, geprononceerde kin. 70% van patienten mutaties in JAG1 gen of 1% NOTCH2

Diagnose? TOF mild verhoogde leverenzymen u drinkt teveel pasgeboren zoon heeft pulmonaalstenose normale intelligentie Alagille syndroom JAG1 mutatie

Alagille syndrome Cardiovascular anomalies > 90 % Skeletal anomalies 50 % TOF butterfly vertebrae Peripheral pulmonary artery stenosis Valvular pulmonary stenosis ASD Liver pathology 95 % Renal anomalies 40 % Persistent cholestatis/jaundice Horse shoe kidney Hepatic ductular hypoplasia Renal compromise Abnormal liver function test Hypercholesterolaemia Ophthalmologic anomalies 80 % Dysmorphism 95 % Posterior embryotoxon

Faciale dysmorfieën Lang gelaat Prominent voorhoofd Diepliggende ogen Lange neus, prominente neusbrug Prominente kin

Prominent voorhoofd

Holt Oram syndroom Prevalentie 1:100.000 Autosomaal dominant TBX5 gen Milde tot ernstige ledemaatsafwijkingen Hartafwijkingen (75%): ASD, musculaire VSDs, AV geleidingsdefecten Normale intelligentie

Kabuki syndroom Prevalentie 1:30.000 Mutaties in KMT2D en zelden X-linked KDM6A gen Verstandelijke beperking Faciale dysmorfieen Kleine lengte Aangeboren hartafw. (40-50%): mn linkszijdige hartafw. Skeletafwijkingen: scoliose, brachydactylie Andere aangeboren afwijkingen

Kabuki syndroom

Te overwegen syndrome bij verschillende types CHD TOF Interrupted aortic arch 22q11 microdeletion syndrome, Alagille syndrome, CHARGE syndrome 22q11 microdeletion syndrome Truncus arteriosus 22q11 microdeletion syndrome LVOTO Turner syndrome, Kabuki syndrome PS PPS SVAS AVSD VSD ASD PDA Noonan syndrome Alagille syndrome, Williams syndrome Williams syndrome Down syndrome, CHARGE syndrome Holt-Oram syndrome Holt-oram syndrome, Noonan syndrome Char syndrome

Geisoleerde aangeboren hartafwijkingen genen Meestal multifactorieel bepaald - Eerder kind met aangeboren hartafwijking: Kans op herhaling 2-5 % - Ouder met zelf een aangeboren hartafwijking: Kans op herhaling 2-20 % (afhankelijk van type) - Meerdere familieleden: Afhankelijk van overervingspatroon tot 50 % omgevingsfactoren

Membraamreceptoren en ligands

Membraamreceptoren en ligands Lateraliatieafwijkingen Atriaal isomerisme AVSD Pulmonaal atresie, transpositie grote vaten Abnormaal veneuze retour, syst en longvenen Poly en asplenie Malrotatie darmen

Lateralisatie afwijkingen X linked: ZIC3 gen alleen bij jongens Autos. recessief: GDF1 gen consanguiniteit! Polygeen ( multifactorieel )? GDF1, Nodal, TDGF1, CFC1 genen

Membraamreceptoren en ligands Alagille syndroom Malformatie syndroom met vrijwel altijd aangeboren hartafwijking

Familial TOF missense mutation in Jag1 Eldadah et al., Hum Mol Genet 2001

Membraamreceptoren en ligands Linkszijdige hartafwijkingen Niet syndromaal Spectrum van afwijkingen: -Bicuspide aortaklep -Aortastenose -Coarctatie van de aorta -Hypoplastisch linker hart

Notch1 mutatie AS TAA d:33 AS

linkszijdige hartafwijkingen Aortaklep afwijkingen

LVOTO families In 10 % van de families met LVOTO NOTCH1 mutatie Andere nog onbekende genen spelen een rol Cardiologisch onderzoek bij familieleden is van belang!

linkszijdige hartafwijkingen Aortaklep afwijkingen

Transcriptie factoren

Transcriptie factoren TBX1 Conotruncale hartafwijkingen Dysmorfieen Ligt in het 22q11 deletie gebied

Transcriptie factoren Tbx5 - GATA4 Nkx2.5 Tbx20 Van belang voor de vorming van het atriumseptum Beinvloeden elkaar: werken in een netwerk

Transcriptiefactoren

Atrium septum defect (gat in het boezem tussenschot)

MYH7 (sarcomeereiwit) mutatie

ASD: welk gen onderzoeken? ASD met ritmestoornissen (AV block) : NKX2.5 gen ASD met hartspierverdikking : MYH7 gen Bijkomende hartafwijking geeft soms richting aan het onderzoek

Hart genen Er zijn meer dan 30 genen bekend die bij de mens betrokken zijn bij het ontstaan van geisoleerde aangeboren hartafwijkingen. Meeste genen moeten nog ontdekt worden Een mutatie in één van de hart-genen wordt meestal gevonden bij een patient met een familiaire aangeboren hartafwijking.

Hoe vinden we genen betrokken bij humane aangeboren hartafwijkingen? Diermodellen : Kandidaatgenen genen betrokken bij lateralisatie afw Microdeletie syndromen: 22q11 deletiesyndroom Williams syndroom (deletie 7q) TBX1 gen Elastine gen Koppelingsonderzoek (linkage): Syndromale families: Alagille syndroom Niet-syndromale families: linkszijdige hartafwijkingen (LVOTO): ASD en AV block: Jagged1 gen NOTCH1 gen NKX2.5 gen

DNA onderzoek Nu: één gen analyse duurt enkele maanden Toekomst: vele genen tegelijk onderzoeken

Ontwikkelingen: nieuwe generatie sequencers 1 patient 200 patienten >> patienten

DNA/gen-onderzoek Mogelijke uitkomsten: 1. Geen afwijkingen geen verklaring, wel e.e.a. uitgesloten 2. Mutatie verklaring: meer duidelijkheid t.a.v. prognose en herhalingsrisico. 3. Onbekende variant niet duidelijk of dit verklaring is. Nader onderzoek bij ouders biedt mogelijk meer duidelijkheid 4. Bijvangst bekende afwijking die niet met AH geassocieerd is, maar wel met andere afwijkingen: verhoogd risico kanker, autisme, alzheimer

Dank voor uw aandacht Dank voor uw aandacht!

QUIZ!!!!