Genetica van Preëclampsie. Een genome-wide en kandidaat-gen benadering
Dit proefschrift belicht de genetische achtergrond van preëclampsie. Tot het klinische fenotype preëclampsie, in de volksmond ook wel ‘zwangerschapsvergiftiging’ genoemd, wordt zowel de diagnose preëclampsie, eclampsie als het Haemolysis Elevated Liverenzymes Low Platelet count (HELLP)- syndroom gerekend. Preëclampsie wordt gekenmerkt door hypertensie en proteinurie in zwangere vrouwen welke normotensief en non-proteinurisch waren voorafgaande aan de zwangerschap. De levensbedreigende diagnose eclampsie wordt gesteld als een hypertensieve zwangerschap gecompliceerd wordt door convulsies. Het HELLP-syndroom is een zeer ernstige vorm van preëclampsie met multi-orgaan falen. Met de hoge kwaliteit van de huidige medische zorg komt eclampsie nog maar zelden voor in de westerse wereld. Preëclampsie en het HELLP-syndroom daarentegen, nemen nog steeds 3-5% van alle aandoeningen in de eerste zwangerschap voor hun rekening en veroorzaken aanzienlijke maternale en perinatale morbiditeit en mortaliteit.
De opzet voor de studies in dit proefschift is gebaseerd op eerder verschenen stamboom onderzoek waaruit blijkt dat er sterke aanwijzingen zijn dat preëclampsie erfelijk bepaald is. Het hoofddoel was een genetisch risicoprofiel voor preëclampsie te formuleren waarmee het ziektebeeld in de toekomst voorkómen zou kunnen worden. Het onderwerp is op verschillende manieren belicht. Allereerst wordt een literatuur overzicht gegeven van de genetica van preëclampsie welke de belangrijkste stamboom studies, kandidaat-gen studies en genome-wide scans omvat (Hoofdstuk 1). Invloed van foetale genen op het ontwikkelen van preëclampsie wordt beschreven in een studie betreffende het effect van verandering van partner op het risico van preëclampsie in een volgende zwangerschap (Hoofdstuk 2), en in een studie betreffende het preëclampsie-fenotype van drie monozygote tweelingen (Hoofdstuk 3). Tenslotte worden vier kandidaat-gen studies (Hoofdstuk 4,5,6 en 7) gepresenteerd, alsmede de resultaten van onze genome-wide scan in Nederlandse families met zussen die allen preëclampsie, eclampsie ofwel het HELLP-syndroom in een eerdere zwangerschap doormaakten (Hoofdstuk 8).
Zoeken naar preëclampsie genen: Historie en huidige stand van zaken
Bij het beschrijven van de literatuur van de genetische achtergrond van preëclampsie is met name het gebrek aan overeenstemming tussen de vele studies opvallend. Veel stamboom studies zijn het niet eens over het overervingsmodel dat geassocieerd zou zijn met preëclampsie. Het model dat van alle modellen tot nu toe het meest plausibel lijkt, is het dominante maternale gen-model met verminderde penetrantie. Volgens dit model zou de mate van penetrantie van de verantwoordelijke genen mogelijk afhankelijk zijn van foetale gen-effecten en/of omgevingsfactoren. Vergelijking van de vele tot nu toe gepubliceerde kandidaat-gen studies laat zien dat in veel gevallen even zovele studies associatie bevestigen als ontkennen tussen het onderzochte gen en preëclampsie. Van de vijf tot op heden gepubliceerde genome-wide scans laat alleen de scan uitgevoerd in IJsland bewezen koppeling (linkage) zien tussen preëclampsie en een locus op chromosoom 2p13. Belangrijk in deze is het feit dat in deze studie slechts 7% van alle aangedane IJslandse vrouwen bijdraagt aan deze koppeling. In een meer recente genome-wide scan in Australisch-/Nieuw Zeelandse families wordt bevestiging van het 2p13 locus geclaimed. Het locus is daarom het ‘PREG1’ (preeclampsia, eclampsia gene 1) locus gedoopt. In onze, in dit proefschrift beschreven, Nederlandse scan, worden geen van de koppelingsresultaten van de vorige twee vergelijkbare scans bevestigd. Een van de verklaringen voor dit verschil zou kunnen zijn dat onze Nederlandse inclusie criteria, in tegenstelling tot de inclusie-criteria voor de IJslandse en Australisch/-Nieuw zeelandse families, behoudens preëclampsie ook het HELLP-syndroom omvatten. Onze koppelingsdata suggereren namelijk dat preëclampsie en het HELLP-syndroom mogelijk van verschillende genetische origine zijn.
De vele tegenstrijdige studie resultaten doen vermoeden dat ‘het’ phenotype preëclampsie heterogeen is op moleculair-genetisch niveau, en dus genetisch verschillende subgroepen omvat met daarin variabele invloed van maternale en/of foetale genen. Re-analyse van samengevoegde koppelingsdata van de gepubliceerde studies en uitvoering van trials die maternale en foetale gen-effecten simultaan onderzoeken kunnen de identificatie van deze subgroepen in de toekomst mogelijk vergemakkelijken.
Betrokkenheid van foetale genen bij preëclampsie
Aanwezigheid van maternaal-foetale immuunmaladaptatie is gepostuleerd in preëclampsie. Preëclampsie wordt vaak gezien als een eerste-zwangerschaps ziekte. Na een voorafgaande normotensieve zwangerschap is de incidentie van preëclampsie in een volgende zwangerschap aanzienlijk verlaagd. Het is echter beschreven dat de beschermende werking van multipariteit verloren gaat met een verandering van partner. Wij bevestigen dit fenomeen in onze studie waarin de prevalentie van verandering van partner in 333 Nederlandse multipara met een hypertensieve zwangerschap significant hoger is dan die in 182 Nederlandse multipara met alleen normotensieve zwangerschappen. Dit geldt zowel voor multipara met preëclampsie als met het HELLP-syndroom. Het is goed mogelijk dat de maternale respons tegen foetale (paternale) genen deels afhankelijk is van de maternale genetische constitutie en dat dus zowel maternale als foetale genen het risico op preëclampsie bepalen.Diverse auteurs die discordantie voor preëclampsie bij monozygote tweelingen beschrijven twijfelen aan maternale overerving van preëclampsie. In dit proefschrift worden drie monozygote tweelingen beschreven die we tijdens het recruteren van zusterparen voor de Nederlandse genome-wide scan toevallig tegenkwamen en welke concordant bleken te zijn voor (ernstige) preëclampsie en het HELLP-syndroom. Deze concordantie zou maternale overerving kunnen weerspiegelen. Interessant hier echter is dat in alle drie de tweelingen slechts één van de twee het HELLP-syndroom fenotype had terwijl de ander (ernstige) preëclampsie had.doorgemaakt. Invloed van foetale genen in deze genetisch identieke moeders zou de differentiële expressie van het fenotype kunnen verklaren.
Moleculair-genetische studies
Ten behoeve van de genome-wide scan voor preëclampsie zijn families gerecruteerd waarin twee of meer zussen in het verleden zijn aangedaan met het preëclampsie fenotype. Stricte inclusie criteria waren de novo preëclampsie, eclampsie of het HELLP-syndroom. Als mild inclusie criterium is zwangerschapshypertensie zonder proteinurie gehanteerd. Uiteindelijk zijn 152 aangedane zusterpaar families gerecruteerd waarvan in 81 families tenminste twee zussen volgens de stricte criteria waren aangedaan. In de overige 71 families voldeed hoogstens één zus aan de stricte criteria.
Kandidaat-gen studies
Voor drie van de vier in dit proefschrift beschreven kandidaat-gen studies zijn preëclampsie en HELLP-syndroom cases geselecteerd uit de, op dat moment, 150 verzamelde zusterpaar families. Voor de andere studie is een separate preëclampsie case groep gebruikt. In alle vier studies zijn vergelijkingen gemaakt met algemene Nederlandse populatie controles. De volgende kandidaat-genen zijn onderzocht:
De opzet voor de studies in dit proefschift is gebaseerd op eerder verschenen stamboom onderzoek waaruit blijkt dat er sterke aanwijzingen zijn dat preëclampsie erfelijk bepaald is. Het hoofddoel was een genetisch risicoprofiel voor preëclampsie te formuleren waarmee het ziektebeeld in de toekomst voorkómen zou kunnen worden. Het onderwerp is op verschillende manieren belicht. Allereerst wordt een literatuur overzicht gegeven van de genetica van preëclampsie welke de belangrijkste stamboom studies, kandidaat-gen studies en genome-wide scans omvat (Hoofdstuk 1). Invloed van foetale genen op het ontwikkelen van preëclampsie wordt beschreven in een studie betreffende het effect van verandering van partner op het risico van preëclampsie in een volgende zwangerschap (Hoofdstuk 2), en in een studie betreffende het preëclampsie-fenotype van drie monozygote tweelingen (Hoofdstuk 3). Tenslotte worden vier kandidaat-gen studies (Hoofdstuk 4,5,6 en 7) gepresenteerd, alsmede de resultaten van onze genome-wide scan in Nederlandse families met zussen die allen preëclampsie, eclampsie ofwel het HELLP-syndroom in een eerdere zwangerschap doormaakten (Hoofdstuk 8).
Zoeken naar preëclampsie genen: Historie en huidige stand van zaken
Bij het beschrijven van de literatuur van de genetische achtergrond van preëclampsie is met name het gebrek aan overeenstemming tussen de vele studies opvallend. Veel stamboom studies zijn het niet eens over het overervingsmodel dat geassocieerd zou zijn met preëclampsie. Het model dat van alle modellen tot nu toe het meest plausibel lijkt, is het dominante maternale gen-model met verminderde penetrantie. Volgens dit model zou de mate van penetrantie van de verantwoordelijke genen mogelijk afhankelijk zijn van foetale gen-effecten en/of omgevingsfactoren. Vergelijking van de vele tot nu toe gepubliceerde kandidaat-gen studies laat zien dat in veel gevallen even zovele studies associatie bevestigen als ontkennen tussen het onderzochte gen en preëclampsie. Van de vijf tot op heden gepubliceerde genome-wide scans laat alleen de scan uitgevoerd in IJsland bewezen koppeling (linkage) zien tussen preëclampsie en een locus op chromosoom 2p13. Belangrijk in deze is het feit dat in deze studie slechts 7% van alle aangedane IJslandse vrouwen bijdraagt aan deze koppeling. In een meer recente genome-wide scan in Australisch-/Nieuw Zeelandse families wordt bevestiging van het 2p13 locus geclaimed. Het locus is daarom het ‘PREG1’ (preeclampsia, eclampsia gene 1) locus gedoopt. In onze, in dit proefschrift beschreven, Nederlandse scan, worden geen van de koppelingsresultaten van de vorige twee vergelijkbare scans bevestigd. Een van de verklaringen voor dit verschil zou kunnen zijn dat onze Nederlandse inclusie criteria, in tegenstelling tot de inclusie-criteria voor de IJslandse en Australisch/-Nieuw zeelandse families, behoudens preëclampsie ook het HELLP-syndroom omvatten. Onze koppelingsdata suggereren namelijk dat preëclampsie en het HELLP-syndroom mogelijk van verschillende genetische origine zijn.
De vele tegenstrijdige studie resultaten doen vermoeden dat ‘het’ phenotype preëclampsie heterogeen is op moleculair-genetisch niveau, en dus genetisch verschillende subgroepen omvat met daarin variabele invloed van maternale en/of foetale genen. Re-analyse van samengevoegde koppelingsdata van de gepubliceerde studies en uitvoering van trials die maternale en foetale gen-effecten simultaan onderzoeken kunnen de identificatie van deze subgroepen in de toekomst mogelijk vergemakkelijken.
Betrokkenheid van foetale genen bij preëclampsie
Aanwezigheid van maternaal-foetale immuunmaladaptatie is gepostuleerd in preëclampsie. Preëclampsie wordt vaak gezien als een eerste-zwangerschaps ziekte. Na een voorafgaande normotensieve zwangerschap is de incidentie van preëclampsie in een volgende zwangerschap aanzienlijk verlaagd. Het is echter beschreven dat de beschermende werking van multipariteit verloren gaat met een verandering van partner. Wij bevestigen dit fenomeen in onze studie waarin de prevalentie van verandering van partner in 333 Nederlandse multipara met een hypertensieve zwangerschap significant hoger is dan die in 182 Nederlandse multipara met alleen normotensieve zwangerschappen. Dit geldt zowel voor multipara met preëclampsie als met het HELLP-syndroom. Het is goed mogelijk dat de maternale respons tegen foetale (paternale) genen deels afhankelijk is van de maternale genetische constitutie en dat dus zowel maternale als foetale genen het risico op preëclampsie bepalen.Diverse auteurs die discordantie voor preëclampsie bij monozygote tweelingen beschrijven twijfelen aan maternale overerving van preëclampsie. In dit proefschrift worden drie monozygote tweelingen beschreven die we tijdens het recruteren van zusterparen voor de Nederlandse genome-wide scan toevallig tegenkwamen en welke concordant bleken te zijn voor (ernstige) preëclampsie en het HELLP-syndroom. Deze concordantie zou maternale overerving kunnen weerspiegelen. Interessant hier echter is dat in alle drie de tweelingen slechts één van de twee het HELLP-syndroom fenotype had terwijl de ander (ernstige) preëclampsie had.doorgemaakt. Invloed van foetale genen in deze genetisch identieke moeders zou de differentiële expressie van het fenotype kunnen verklaren.
Moleculair-genetische studies
Ten behoeve van de genome-wide scan voor preëclampsie zijn families gerecruteerd waarin twee of meer zussen in het verleden zijn aangedaan met het preëclampsie fenotype. Stricte inclusie criteria waren de novo preëclampsie, eclampsie of het HELLP-syndroom. Als mild inclusie criterium is zwangerschapshypertensie zonder proteinurie gehanteerd. Uiteindelijk zijn 152 aangedane zusterpaar families gerecruteerd waarvan in 81 families tenminste twee zussen volgens de stricte criteria waren aangedaan. In de overige 71 families voldeed hoogstens één zus aan de stricte criteria.
Kandidaat-gen studies
Voor drie van de vier in dit proefschrift beschreven kandidaat-gen studies zijn preëclampsie en HELLP-syndroom cases geselecteerd uit de, op dat moment, 150 verzamelde zusterpaar families. Voor de andere studie is een separate preëclampsie case groep gebruikt. In alle vier studies zijn vergelijkingen gemaakt met algemene Nederlandse populatie controles. De volgende kandidaat-genen zijn onderzocht:
- NOS3, een gen dat codeert voor nitric oxide synthase dat betrokken is bij de productie van endotheel afhankelijk nitric oxide (NO), een potente vaatverwijder. Endotheelcel dysfunctie met verlaging van de NO productie is beschreven in preëclampsie;
- MTHFR, een gen dat het enzym methylenetetrahydrofolate reductase codeert dat participeert in de homocysteine cyclus. Verminderde functie van MTHFR is geassocieerd met hyperhomocysteinemie dat als één van de onderliggende trombofilie risicofactoren wordt herkend in vroege ernstige preëclampsie;
- TNF en LTA, twee genen die coderen voor respectievelijk tumor necosis factor (TNF) a en lymphotoxin (LT) a. Omdat deze cytokines een centrale rol spelen in immuun- en onstekingsprocessen, zijn het belangrijke kandidaten voor de met preëclampsie geassocieerde endotheel activatie en gepostuleerde maternale immuunmaladaptatie tegen foetaal weefsel;
- IL1B en IL1RN, genen die voor respectievelijk het cytokine interleukin-1 (IL-1)b en diens inhibitor IL-1 receptor antagonist (IL1ra) coderen. Omdat IL-1b een belangrijke mediator van ontstekings- en immuunprocessen alsmede van host-defense mechanismes is, en de functie ervan gefine-tuned wordt door IL1ra, zijn IL1B en IL1RN beide potente kandidaat-genen voor preëclampsie.
Genome-wide scan
Voor de in dit proefschrift beschreven genome-wide scan zijn 67 Nederlandse aangedane zusterpaar families, welke tenminste twee zussen met preëclampsie, eclampsie of het HELLP-syndroom bevatten, getypeerd voor 293 random over het genoom verdeelde polymorfe DNA-markers. De hoogste lodscore (1.99) werd gezien op chromosoom 12q. Koppeling met het eerder beschreven PREG1 locus op chromosoom 2p13 kon niet worden bevestigd. Omdat de koppelingsdata van de Nederlandse scan en de eerder gepubliceerde IJslandse scan gegenereerd en geanalyseerd zijn in hetzelfde laboratorium in Reykjavík, IJsland, was zeer precieze onderlinge vergelijking van beide scans mogelijk. Twee Nederlandse en IJslandse lodscore pieken, op chromosoom 3p en 15q, overlappen, hoewel de individuele pieken slechts nominale significantie bereiken. Re-analyse in 38 families zonder het HELLP-syndroom (preëclampsie families) en 34 families met tenminste één zus met het HELLP-syndroom (HELLP families) laat twee nieuwe pieken met hogere lodscores zien in de preëclampsie families op respectievelijk chromosoom 10q (lodscore 2.38) en 22q (lodscore 2.41). De piek op chromosoom 12q lijkt speciaal geassocieerd te zijn met het HELLP-syndroom aangezien deze piek toeneemt tot een lodscore van 2.1 in de HELLP families en vrijwel verdwijnt in de preëclampsie families. Een nominale piek op chromosoom 11 in de preëclampsie families overlapt met de één na hoogste piek in de Australisch-/Nieuw Zeelandse scan. De resultaten van onze studie suggereren dat preëclampsie en het HELLP-syndroom op moleculair-genetisch niveau van elkaar lijken te verschillen.
Op basis van de literatuur betreffende de genetische achtergrond van preëclampsie en de resultaten van de studies in dit proefschrift, wordt duidelijk dat de genetische achtergrond van preëclampsie en het HELLP-syndroom zeer complex is. Het uiteindelijke doel van dit proefschrift; het formuleren van een genetisch risico-profiel voor preëclampsie, ligt daarom nog niet binnen ons bereik. Het fenotype ‘preëclampsie’ lijkt te bestaan uit diverse subgroepen waaraan verschillende maternale risico-genen ten grondslag liggen.Vervolgens is het plausibel dat foetale genen en omgevingsfactoren de expressie van het maternale syndroom beïnvloeden. Hoe complex de materie ook is, in onze pogingen om dit veelvoorkomende ziektebeeld beter te begrijpen en te controleren, blijft het een grote uitdaging deze genetische subgroepen te identificeren. Het realiseren van dit doel kan mogelijk worden vergemakkelijkt door samenvoeging van eerder gepubliceerde koppelings-data en finemapping van overlappende pieken van de genome-wide scans, en door het uitvoeren van grote trials waarin invloed van maternale en foetale genen simultaan worden onderzocht.
“