Aangeboren hartafwijkingen

Het is erfelijk!

Mieke Kerstjens-Frederikse, klinisch geneticus

Geen belangenverstrengeling

2

Structureel hart voor het hart

3

Marrit Hitzert klinisch geneticus i.o. Cleo v Diemen moleculair geneticus Yvonne Vos moleculair geneticus Nicole Corsten klinisch geneticus Anne Herkert klinisch geneticus Rolf Berger kindercardioloog Nora Spraakman student geneeskunde Sietske Hajtjema student geneeskunde Conny v Ravenswaaij klinisch geneticus Ludolph Boven research analist Martijn de Groot klinisch geneticus i.o. Birgit Raddatz moleculair geneticus Aafke Engwerda promovenda Iris Sappé student laboratoriumschool Joeri vd Velde bioinformaticus Mieke Kerstjens klinisch geneticus

Het is erfelijk!

• Hart ontwikkeling • Types erfelijkheid bij hartafwijkingen • Basis Genetica • Wat is nieuw in diagnostiek hartafwijkingen • Wat is nieuw in research hartafwijkingen

4

Waarom genetische diagnostiek bij hartafwijkingen?

Doel: oorzaak voor hartafwijkingen vinden • Prognose voor het kind • Behandeling • Herhalingskans

Normal heart

6

Hart ontwikkeling 1 van buis naar kamers

Bruneau Nature 2008

7

Hart ontwikkeling 2 scheiden van de compartimenten

Bruneau Nature 2008

8

Ventricular septation Atrial septation Outflow tract septation Day 50 to 90 day 60-birth day 60-birth

Wat kan er fout gaan?

Everything that can go wrong, will go wrong!

9

Welke hartafwijkingen zijn erfelijk?

Alle! Regulatie door > 600 genen

10

Maar vooral: • Linkszijdige hartafwijkingen (aortaklep afwijkingen,

coarctatio aortae, hypoplastisch linker hart • Transpositie van de grote vaten • Tetralogie van Fallot • AVSD

In 30-50% wordt een genetische oorzaak vastgesteld

─ Numerieke chromosoomafwijkingen (Down, Turner, etc)

10%

─ Kleine chrom. afwijkingen(del 22q11.2, del 7q11, etc) 10-25%

─ Monogene afwijkingen(NOTCH1, NKX2.5, CHD7 etc) 10% en stijgend ─ Complex 50-70%

11

Aangeboren Hartafwijkingen Genetica

Basics

12

Van cel naar DNA 13

3.3 miljard baseparen

20.000 genen

Verdeeld over

46 chromosomen

14-11-2018

Van DNA naar eiwit

14

Cel Chromosoom (“kookboek”) Gen (“recept”)

Eiwit “maaltijd”

DNA

Chromosomenonderzoek

14-11-2018

Veranderingen in DNA: genen 15

DNA: de code van een gen (recept)

Aminozuren: de bouwstenen van een eiwit (ingrediënten)

Functioneel eiwit (maaltijd)

14-11-2018

Veranderingen in DNA: genen 16 Verandering in de

DNA code (recept)

Verandering van een aminozuur (ingrediënten)

Het eiwit werkt niet goed (maaltijd)

C

14-11-2018

Wat doe je met genetisch onderzoek?

• Zoeken naar veranderingen in het erfelijk materiaal 17 14-11-2018

Wat doe je met genetisch onderzoek?

Afhankelijk van je vraag en de techniek!

18

• Chromosomenonderzoek • SNP-array • QF-PCR • FISH • Gericht DNA-onderzoek • Genpakketten • Exoom sequencing • Genoom sequencing

> Kookboeken > Pagina’s te weinig/teveel > Specifiek boek/pagina > Specifiek boek/pagina > Letters van specifiek recept > Letters van meerdere recepten > Letters van alle recepten > Letters van alle boeken

14-11-2018

Samenvatting 19

Cel Chromosoom (“kookboek”) Gen (“recept”)

Eiwit “maaltijd”

DNA

Chromosomenonderzoek

14-11-2018

In 30-50% wordt een genetische oorzaak vastgesteld

─ Numerieke chromosoomafwijkingen (Down, Turner, etc)

10%

─ Kleine chrom. afwijkingen(del 22q11.2, del 7q11, etc) 10-25%

─ Monogene afwijkingen(NOTCH1, NKX2.5, CHD7 etc) 10% en stijgend ─ Complex 50-70%

20

Aangeboren Hartafwijkingen Genetica

Wat is de laatste 5 jaar veranderd?

21

Techniek en snelheid: Next generation sequencing (NGS) methode om parallel grote hoeveelheden DNA te sequencen in één test. • Whole genome (alle DNA: “whole genome sequencing” WGS) • Whole Exome (alle 20.000 genen; “whole exome sequencing” WES) • Genpanel (selectie van genen geanalyseerd (WES gebaseerd genpanel)

Next generation sequencing (NGS)

22

> Genpakketten > Exoom sequencing > Genoom sequencing

> Letters van meerdere recepten > Letters van alle recepten > Letters van alle boeken

23

Betekenis voor aangeboren hartafwijkingen

• Diagnostiek: 3 genpanels ─ Totaal panel aangeboren hartafwijkingen ─ Subpanel heterotaxie (o.a. transpositie grote vaten) ─ Subpanel linkszijdige hartafwijkingen

• Research: vinden van nieuwe genen ─ Voorbeeld: TAB2

24

Hoe vinden we nieuwe genen? een voorbeeld

Een voorbeeld: combinatie van patiënten participatie, social media, klinische herkenning, en technologie

25

6q25.1 deletie patienten met mitralisklep afwijkingen

• lang gezicht • hoog voorhoofd • vlak middengelaat • smalle oogspleten • upslant

6q25.1 deletie patienten

Foto’s verwijderd

Index patient:

-disproportionele kleine lengte

-mitralisklep dysplasie, prolaps

24y Foto’s verwijderd

• disproportionele kleine lengte

• mitralisklep stenose

-Aorta dilatation

Foto’s verwijderd

Opgelost!

• Overlappend gebied van chromosoomafwijkingen bevat het TAB2 gen, dat ontbreekt volledig

• De 2 families hebben een fout binnen in het gen

Niet werkend/afwezig TAB2 veroorzaakt hartklepafwijkingen (en uiterlijke kenmerken)

Manuscript in preparation

31

Genetische diagnostiek bij prenataal ontdekte hartafwijkingen

Nicole Corsten-Janssen Klinisch geneticus UMCG

Inhoud

• Waarom genetische diagnostiek?

• Wat is anders prenataal? • Welk genetisch onderzoek? • Opbrengst

─ Retrospectieve analyse EUROCAT data

• Prenatale WES in het UMCG • Uitdagingen prenatale WES

en voor de toekomst

33

Wat is anders prenataal?

Wat is anders prenataal?

• Prenatale diagnose postnatale hartafwijking: 62% (N=380/610)

Diagnostiek hartafwijkingen

Cijfers van zwangerschappen 2008-2013

Wat is anders prenataal? Informatie cardiaal fenotype

Bron: H. Fleurke-Rozema, proefschrift ‘Impact of 20 weeks scan’, hoofdstuk 6 https://www.rug.nl/research/portal/files/46538010/Chapter_6.pdf

Wat is anders prenataal? Informatie extra-cardiaal fenotype

Wat is anders prenataal?

• Consequenties van diagnose

• Kennis over prenatale fenotype genetische syndromen

• Materiaal ─ Vlokken ─ Vruchtwater

Welk genetisch onderzoek prenataal?

• QFPCR (13,18,21,X,Y) ─ 3 werkdagen

• SNP array ─ 2 weken

• Soms gerichte DNA diagnostiek ─ Oa skeletafwijkingen, noonan syndroom

• Whole exome sequencing ─ op indicatie

Prenatale diagnostiek bij echo afwijkingen

Welk genetisch onderzoek prenataal?

Cel

Gen (“recept”)

Eiwit “maaltijd”

DNA

> QF-PCR > Array > Exoom sequencing

> Specifieke boeken, 13, 18, 21, X, Y > Pagina’s missen/teveel > Letters van alle recepten

Zuurstofrijk bloedZuurstofarm bloedGemengd bloed

aortaklep

mitralisklep

Onderontwikkeld klepblad

Pulmonalisklep

tricuspidalisklep

Onderontwikkeld klepblad

Opening tussen kamers

Opening tussen

boezems

Opbrengsten genetisch onderzoek

• Opbrengst 20-40% ─ Afhankelijk van type

hartafwijking ─ Hogere bij extra-cardiale

afwijkingen

QFPCR en array

Bron: Qiao et al, prenatal diagnosis , 2019

AVSD

Opbrengst genetisch onderzoek

• Meerdere case reports • 5 cohort studies

─ Totaal 248 patiënten • waarvan 189 geïsoleerd (76%) • 16-81 foetus per studie

─ Diagnoses met WES 10% (n=25) • Opbrengst WES: 0-16% • 2 studies genpanel (77 of 108 genen) • Geïsoleerd 7% vs extracardiaal 19%

Prenatale WES

Bron: Qiao et al, prenatal diagnosis , 2019; Westpahl et al. clinical genetics 2019; Petrovski et al, lancet 2019; Lord et al, lancet 2019; Lamont et al, J Obstet Gynaecol can 2018 , Hu et al, ultrasound obstet gynaecol, 2018

Opbrengst genetisch onderzoek

• Wat wordt er gevonden? ─ Geïsoleerde hartafwijkingen: 14 diagnoses

• 6 geïsoleerde oorzaken ─ TBX1 ─ NR2F2 ─ GATA4 ─ TAB2 ─ CITED2 ─ MYH6

• 8 syndromale oorzaken ─ Kabuki syndroom (2x) ─ CHARGE syndroom (2x) ─ Ciliaire dyskinesie (2x) ─ Noonan syndroom ─ KBG syndroom

Prenatale WES

Retrospectieve analyse

Voorlopige resultaten • EUROCAT databasegegevens • Prenataal ontdekte geïsoleerde hartafwijkingen • Periode: 2009-2018

• Slechts 14 WES

Prenataal geïsoleerde hartafwijkingen

314 casus met prenataal

geïsoleerde hartafwijkingen

klinisch N=2

Chromosomaal N=69

DNA N=3

88% postnataal geïsoleerd

N=275

74 genetische diagnoses (24%)

Prenatale WES uitkomsten UMCG

• Pilot: Maart 2018-januari 2019 • WES tijdens de zwangerschap

─ Pakket van ongeveer 4000 genen ─ Uitslag termijn 2 weken

Indicatie: • 2 of meer echoafwijkingen

─ Of 1 echoafwijking en 1e graads met soortgelijke afwijkingen

• Beide biologische ouders beschikbaar

Genetische diagnoses bij 64%

Geen 36%

QFPCR 35%

Array 11%

WES 18%

Prenatale WES uitkomsten UMCG

N=55

Prenatale WES uitkomsten UMCG

• Diagnoses bij 45% van de foetussen met ook aangeboren hartafwijking

Focus op hartafwijkingen Echo: hartafwijking + SNP-array en WES

N=11

Diagnose met WES N=3 (27%)

Diagnose met SNP-array N=2 (18%)

Geen diagnose N=6 (55%)

Twee voorbeelden • G1, GUO indicatie:

cheiloschisis bij vader • GUO: cheilognatopalato

schisis en complex cor viteum

• LO: vader geen aanwijzingen syndroom

• QF en Array: ga • WES: de novo mutatie in

CHD7-gen: CHARGE syndroom

• G1 • GUO: dubbelzijdige

schisis, verdenking palatoschisis links, hartafwijking (VSD, overrijdende aorta?)

• QF en Array: ga • WES: de novo mutatie

in KMT2D-gen: Kabuki syndroom

Uitdagingen van prenatale WES

1. Informatie over fenotype 2. Kennis genetische

aandoeningen 3. Medisch-ethisch 4. Onduidelijke bevindingen 5. Nevenbevindingen: wat

rapporteren? Wanneer? 6. Tijd en kosten 7. Technologie 8. …

Prenatale WES voor hartafwijking

50

• Veel belovend! Maar ook nog uitdagingen te gaan

Uitdagingen voor de toekomst

• Vinden van meer genen • Vinden van fouten in regulatie

mechanismen Epigenetica:

=omkeerbare erfelijke veranderingen in de genfunctie die optreden zonder wijzigingen in de volgorde van de basenparen van het DNA in de celkern + de processen die de zich ontplooiende ontwikkeling van een organisme beïnvloeden.

Met dank aan Clinical Genetics: Anne Herkert Katelijne Bouman Joke Verheij Patrick Rump Conny van Ravenswaaij-Arts Irene van Langen Mieke Kerstjens

Genome diagnostics: Martine Meems-Veldhuis Rianne Kinds Martijn Viel Arjen Schepers Ron Suijkerbuijk Birgit Raddatz

Genomics Coordination Center: Patrick Deelen Joeri van der Velde Pieter Neerincx Morris Swertz

Research: Cleo van Diemen Janouk Diphoorn Julia El Mecky Mirjam Plantinga Krista van Dijk-Bos Jelkje de Boer-Bergsma Desirée Weening Lennart Johansson Rolf Sijmons

En nog meer…

Pediatrics: Rolf Berger Obstetrics Leonie Duin Jan Jaap Erwich Wendy Manten Joost Bosma Bas Nijbijvank

Funding: UMCG Healthy Aging Project (prenatal WES) ZZF (HLHS project)

www.umcg.nl

53

w.s.kerstjens@umcg.nl n.corsten@umcg.nl