Samenvatting

Samenvatting

Veertig jaar nadat werd gepostuleerd dat verschillende retinale dystrofieën worden veroorzaakt door verschillende genen, blijkt deze hypothese onomstotelijk waar. Het is echter niet zo dat mutaties in één gen ook altijd simpelweg één ziekte veroorzaken. Dit proefschrift laat zien dat mutaties in een specific gen geassocieerd kunnen zijn met een breed scala aan klinische beelden. Sterker nog, een specifieke mutatie in een familie kan geassocieerd zijn met opvallend verschillende retinale dystrofieën. Een dergelijke fenotypische variatie kan alleen verklaard worden door de invloed van modificerende genen en omgevingsfactoren.

Omgekeerd kan een specifiek fenotype, zoals bijvoorbeeld multifocale vitelliforme dystrofie of basal laminar drusen, genetisch heterogeen zijn. Sommige klinische beelden kunnen opvallende gelijkenissen vertonen. Centrale areolaire chorioidea dystrofie en basal laminar drusen, bijvoorbeeld, kunnen sterk lijken op leeftijdsgebonden maculadegeneratie. Multifocale patroondystrofie met kenmerken van de ziekte van Stargardt/fundus flavimaculatus kan gemakkelijk verward worden met de ziekte van Stargardt (STGD1). In dit proefschrift werden de klinische kenmerken en de moleculair genetische achtergrond van een aantal van deze fenotypes uitgebreid onderzocht. Op die manier kan een betere vergelijking en onderscheid worden gemaakt tussen deze klinische beelden.

Hoofdstuk 1 is een algemene inleiding over de anatomie en functie van de retina, de basisprincipes van de moleculaire genetica, evenals de algemene klinische en genetische aspecten van retinale dystrofieën en leeftijdsgebonden maculadegeneratie.

Hoofdstuk2begintmethetbesprekenvandetheoretischeenpraktischeachtergronden van fundus autofluorescentie (FAF). Beeldvorming met FAF maakt het mogelijk om de opstapeling van lipofuscine en lipofuscine-gerelateerde stoffen te visualiseren, met name in het retinaal pigment epitheel (RPE). Lipofuscine is een mengsel van afvalstoffen dat autofluorescente fluoroforen bevat. Deze fluoroforen vinden hun oorsprong met name in de buitensegmenten van de fotoreceptoren. Verschillende netvliesdystrofieën vertonen afwijkingenindeopstapelingvandezefluoroforen.Derhalvekunnenallerhandetypische FAF patronen worden waargenomen bij deze retinale aandoeningen. Beeldvorming van de retina met FAF lijkt een nuttig aanvullend middel te zijn in de diagnose en follow-up van verscheidene retinale dystrofieën, waaronder degene die beschreven worden in dit proefschrift.

Hoofdstuk 3 is gewijd aan oogziekten die worden veroorzaakt door mutaties in het BEST1 gen. In deel 3.1 wordt een overzicht gegeven van het BEST1 gen, en de oculaire fenotypes die worden veroorzaakt door mutaties is dit gen. Het BEST1 gen codeert het bestrophin-1 eiwit, dat zich bevindt in het RPE. Bestrophin-1 is waarschijnlijk een volume-sensitief Ca2+-afhankelijk Cl- kanaal, dat de ion-huishouding ter hoogte van het

RPE reguleert. Daarnaast beïnvloedt bestrophin-1 intracellulaire Ca2+ concentraties door 7 regulatie van voltage-afhankelijke Ca2+ kanalen. Mutaties in het BEST1 gen zijn gevonden

in Best vitelliforme maculadystrofie, adult-onset foveomaculaire vitelliforme dystrofie,

409

Chapter 7

autosomaal dominante vitreoretinochoroidopathie (ADVIRC), het microcornea, staaf-kegeldystrofie, cataract, posterior stafyloma (MRCS) syndroom, en autosomaal recessieve bestrophinopathie. De drie laatstgenoemde fenotypes zijn geassocieerd met afwijkingen in de oculaire ontwikkeling die verder reiken dan de retina. Dergelijke ontwikkelingsanomalieën van het oog wijzen op een rol van bestrophin-1 in de normale ontwikkeling van het oog, naast zijn rol in ion homeostase. Tot op zekere hoogte voldoen mutaties in het BEST1 gen en de geassocieerde fenotypes aan een genotype-fenotype correlatie model.

Deel 3.2 is een gedetailleerde klinische en moleculair genetische analyse van 20 patiënten met Best vitelliforme maculadystrofie uit 15 verschillende families. Alle patiënten droegen een mutatie in het BEST1 gen en hadden een abnormaal electrooculogram.AchtverschillendeBEST1mutatieswerdengevonden,inclusieftweenieteerder beschreven mutaties. Een opvallende fenotypische variabiliteit werd waargenomen, zelfs in associatie met één enkele BEST1 mutatie. Maar liefst 60% van de vitelliforme laesies kon niet worden geklassificeerd als een typisch stadium van Best vitelliforme maculadystrofie. Deze bevindingen bemoeilijkten het herkennen van duidelijke genotype-fenotype correlaties bij Best vitelliforme maculadystrofie. Beeldvorming met FAF en optische coherentie tomografie (OCT) bleken, met name wanneer ze in combinatie werden gebruikt, zeer nuttige niet-invasieve beeldvormingsmethoden voor de fenotypering en follow-up van patiënten met Best vitelliforme maculadystrofie. Deze beeldvormingstechnieken kunnen afwijkingen in vitelliforme laesies detecteren die niet zichtbaar zijn met funduscopie en fluorescentie angiografie. Op die manier vergroten FAF en OCT het inzicht in de pathogenese van Best vitelliforme maculadystrofie.

Deel 3.3. beschrijft de klinische en moleculair genetische bevindingen in multifocale vitelliforme dystrofie. Multifocale vitelliforme dystrofie blijkt zowel klinisch als genetisch heterogeen te zijn. Vijftien patiënten met multifocale vitelliforme laesies werden bestudeerd, evenals hun aangedane familieleden. Negen van deze 15 patiënten (60%) bleken een mutatie in het BEST1 gen te dragen. Zeven verschillende BEST1 mutaties werden gevonden, inclusief vier niet eerder beschreven mutaties. Het electro-oculogram was abnormaal in alle patiënten met multifocale vitelliforme dystrofie en een BEST1 mutatie. De leeftijd waarop de visusklachten begonnen was zeer variabel, net als het aantal en de grootte van de vitelliforme laesies buiten de macula. Het aspect van deze extramaculaire laesies kwam, ondanks hun kleinere afmetingen, echter behoorlijk overeen met de centrale vitelliforme laesie, zowel op funduscopie, FAF, als op OCT. De bevindingen in deze studie wijzen erop dat het beeld van multifocale vitelliforme dystrofie geassocieerd is met, maar niet exclusief is voor, mutaties in het BEST1 gen. Daarom kan multifocale vitelliforme dystrofie bij patiënten met een BEST1 mutatie en een abnormaal electro-oculogram beschouwd worden als een multifocale variant van Best vitelliforme maculadystrofie.

Hoofdstuk 4 bespreekt het scala aan retinale dystrofieën dat veroorzaakt wordt door mutaties in het peripherin/RDS gen. Deel 4.1 dient als een overzicht van het peripherin/ RDS gen en het intrigerend brede spectrum van doorgaans autosomaal dominant

410

Samenvatting

overervende retinale dystrofieën, die worden veroorzaakt worden door mutaties in dit gen. Het peripherin/RDS proteïne is een structureel eiwit, dat een belangrijke rol speelt in de vorming van de schijfvormige buitensegmenten van de fotoreceptoren. Ten eerste kunnen mutaties in het peripherin/RDS gen verscheidene dystrofieën van de macula veroorzaken, inclusief drie fenotypes die geklassificeerd zijn als “patroondystrofieën”: butterfly-shaped (vlindervormige) pigment dystrofie, adult-onset foveomaculaire vitelliforme dystrofie, en multifocale patroondystrofie met kenmerken van de ziekte van Stargardt/fundus flavimaculatus. Andere peripherin/RDS-geassocieerde maculadystrofieën zijn centrale areolaire chorioidea dystrofie en leeftijdsgebonden maculadegeneratieachtige late-onset maculadystrofie (AMD-like late-onset macular dystrophy). Naast deze maculadystrofieën kunnen peripherin/RDS mutaties ook kegel-staaf dystrofie veroorzaken, een beeld dat in dit geval zowel funduscopisch als op FAF kan lijken op centrale areolaire chorioidea dystrofie. Mutaties in peripherin/RDS behoren bovendien tot de meest frequente veroorzakers van autosomaal dominante retinitis pigmentosa. Tenslotte kan een specifieke peripherin/RDS mutatie, in samenwerking met een mutatie in het ROM1 gen, digene retinitis pigmentosa veroorzaken. Eén enkele peripherin/RDS mutatie kan een opvallend breed scala aan retinale fenotypes veroorzaken, zelfs bij leden van dezelfde familie. Dit bemoeilijkt het herkennen van consistente genotype-fenotype correlaties in peripherin/RDS-gerelateerde retinale dystrofieën.

Deel 4.2 is de grootste klinische en genetische studie die tot op heden is gepubliceerd over centrale areolaire chorioidea dystrofie (CACD) en beschrijft de kenmerken van een groep van 103 CACD patiënten. Follow-up data waren beschikbaar van 42% van de patiënten, met een follow-up periode tot 35 jaar. Deze specifieke maculadystrofie bleek in 95% van de gevallen te worden veroorzaakt door autosomaal dominante overerving van een p.Arg142Trp mutatie in het peripherin/RDS gen. Dit hoge percentage p.Arg142Trp mutaties is hoogstwaarschijnlijk te wijten aan het feit dat peripherin/RDS p.Arg142Trp een relatief frequente founder mutatie is, afkomstig van een gemeenschappelijke voorouder, in de zuidoostelijke regio van Nederland. De overige CACD patiënten, afkomstig uit één familie, droegen een p.Arg172Gln mutatie in peripherin/RDS. In vrijwel alle patiënten kwamen de maculaire laesies overeen met een typisch CACD stadium. Peripherin/RDS p.Arg142Trp-geassocieerde CACD bleek een centrale kegeldystrofie fenotype te zijn. Een opvallende variabiliteit in de ernst van het ziektebeeld evenals non-penetrantie werd waargenomen tot en met de leeftijd van 64 jaar, in tot wel 21% van de dragers van de p.Arg142Trp mutatie. De differentiaal diagnose tussen CACD en atrofische leeftijdsgebonden maculadegeneratie kan uitdagend zijn, vanwege de gelijkaardige klinischekenmerken,deoverlapindeleeftijdwaaropdezeaandoeningensymptomatisch worden, alsmede de verminderde penetrantie van de p.Arg142Trp mutatie in het peripherin/RDS gen.

Deel 4.3 is de eerste studie die specifiek gericht is op de klinische en genetische

analyse van multifocale patroondystrofie met kenmerken van de ziekte van Stargardt/ 7 fundus flavimaculatus (MPD), een autosomaal dominante patroondystrofie van de

retina. Mutaties in het peripherin/RDS gen bleken de belangrijkste oorzaak te zijn van dit

411

Chapter 7

fenotype. Wij beschrijven negen verschillende peripherin/RDS mutaties in 10 verschillende families, inclusief zes niet eerder beschreven mutaties. Alle patiënten met peripherin/ RDS-geassocieerde MPD presenteerden zich met onregelmatige, geelwitte vlekjes in de achterpool. Deze vlekjes leken erg op de geelwitte laesies die worden gezien in het fundus flavimaculatus-subtype van de ziekte van Stargardt, veroorzaakt door autosomaal recessieve mutaties in het ABCA4 gen. Verschillende klinische kenmerken van MPD kunnen het maken van een onderscheid tussen MPD en de ziekte van Stargardt vergemakkelijken. Tot deze differentiaal diagnostische kenmerken behoren de autosomaal dominante overervingswijze, de relatief late leeftijd waarop het visusverlies doorgaans optreedt, evenals de afwezigheid van een “dark choroid” on fluorescentie angiografie. De verminderde penetrantie en de opvallend variabele expressiviteit van meerdere van deze peripherin/RDS mutaties kan het onderscheid tussen MPD en de ziekte van Stargardt echter compliceren. In dergelijke gevallen is een analyse van het ABCA4 gen en het peripherin/RDS gen aangewezen.

Hoofdstuk5beschrijftdeklinischeenmoleculairgenetischebevindingeninfenotypes die geassocieerd zijn met varianten in het Complement factor H (CFH) gen. Hierbij wordt de nadruk gelegd op de fenotypes die geassocieerd zijn met drusen, de kenmerkende laesies in leeftijdsgebonden maculadegeneratie. Drusen zijn ronde, geelwitte deposities tussen het RPE en de membraan van Bruch. Het CFH eiwit is een multifunctioneel proteïne, dat hoofdzakelijk een rol speelt in het afremmen van overmatige stimulatie van de alternatieve route van de complementcascade. De complementcascade is een essentieel onderdeel van de aangeboren immuniteit.

Deel 5.1 is een uitgebreid overzicht van het spectrum van fenotypes die geassocieerd zijn met varianten in het CFH gen. Dit klinische spectrum omvat nierziekten zoals membranoproliferatieve glomerulonefritis en het atypisch hemolytisch uremisch syndroom, maar ook oogziekten, zoals basal laminar drusen en leeftijdsgebonden maculadegeneratie. Daarnaast worden verschillende overlappende klinische beelden besproken die geassocieerd zijn met CFH varianten. Een interessant gemeenschappelijk kenmerk van leeftijdsgebonden maculadegeneratie, basal laminar drusen, en membranoproliferatieve glomerulonefritis, is de aanwezigheid van drusen, hoewel de leeftijd waarop deze drusen zichtbaar worden verschilt tussen deze aandoeningen. Het gemeenschappelijke kenmerk van drusen bij deze ziekten kan worden verklaard door een deelsgelijkaardigepathogenese,diegerelateerdisaaneenabnormaalverhoogdeactivatie van de alternatieve complementcascade. De klinische consequenties van varianten in het CFH gen hangen af van hun impact op de functie van plasmaen celoppervlak-gebonden CFH. Als gevolg daarvan kunnen specifieke genotype-fenotype correlaties worden waargenomen. In dit proefschrift worden deze correlaties besproken en stellen we een genotype-fenotype correlatiemodel voor CFH-geassocieerde ziekten voor.

In deel 5.2 wordt de rol van het CFH gen geëvalueerd in 30 patiënten uit verschillende families met early-onset basal laminar drusen. Het ziektebeeld basal laminar drusen wordt gekenmerkt door een ontelbaar aantal kleine drusen in de macula, en vaak ook verspreid over de hele fundus. Deze drusen vertonen een karakteristiek “stars-in-the-sky”

412

Samenvatting

(sterrenhemel-)beeldopfluorescentieangiografie.Wijtonenaandatbasallaminardrusen een genetisch heterogeen fenotype is, aangezien we vier verschillende CFH varianten in vijf basal laminar drusen families vonden. Onze bevindingen wijzen sterk op een recessief overervingsmodel in deze subgroep van patiënten met basal laminar drusen. In deze families ontwikkelt men early-onset basal laminar drusen als men een CFH mutatie op het ene allel draagt, en de p.Tyr402His variant in CFH op het andere allel. Het dragen van een CFH mutatie in de afwezigheid van de p.Tyr402His variant kan bijdragen aan de ontwikkeling van leeftijdsgebonden maculadegeneratie op latere leeftijd. Zo lijken basal laminar drusen en leeftijdsgebonden maculadegeneratie dus deel uit te maken van een spectrum van ziektebeelden gekenmerkt door drusen, die geassocieerd zijn met monogene dan wel multifactoriële overerving van varianten in het CFH gen.

Hoofdstuk 6 is een algemene discussie van de bevindingen in dit proefschrift. De overeenkomsten en verschillen tussen gelijkaardige fenotypes worden besproken, op basis van hun klinische, genetische, en pathofysiologische kenmerken. De voorgestelde genotype-fenotype correlatiemodellen worden besproken. Daarnaast wordt in deze algemene discussie gepoogd om een licht te werpen op de fenomenen van fenotypische variabiliteit en non-penetrantie, die regelmatig werden geobserveerd in combinatie met de in dit proefschrift besproken genen. Mogelijke modificerende genetischeen omgevingsfactoren van deze erfelijke netvliesaandoeningen worden besproken. Leeftijdsgebonden maculadegeneratie, het voorbeeld bij uitstek van een multifactoriële netvliesaandoening geassocieerd met complementactivatie en drusen, wordt bediscussieerd in het licht van de belangrijke bijdragende genetischeen omgevingsfactoren, en hun pathofysiologische consequenties. Tenslotte worden de toekomstperspectieven wat betreft gentherapie en andere mogelijke therapeutische benaderingen besproken.

Een grondige kennis van de klinische, genetische, en pathofysiologische kenmerken van erfelijke netvliesaandoeningen is belangrijk. Op die manier wordt immers een optimale informatievoorziening en genetisch advies aan de patiënt mogelijk. Daarnaast kunnen deze gegevens de toepassing en evaluatie van toekomstige therapeutische strategieën voor deze ziekten vergemakkelijken. Dergelijke inzichten kunnen immers bepalend zijn in de besluitvorming over welke patiënten het meest in aanmerking komen voor behandelingen met bijvoorbeeld vaatgroeiremmers en gentherapie.

7

413

List of publications

Publications related to this thesis:

Clinical and genetic heterogeneity in multifocal vitelliform dystrophy.

C.J.F. Boon, B.J. Klevering, A.I. den Hollander, M.N. Zonneveld, T. Theelen, F.P.M. Cremers, C.B. Hoyng. Arch Ophthalmol 2007;125:1100-1106.

Mutations in the peripherin/RDS gene are an important cause of multifocal pattern dystrophy simulating STGD1/fundus flavimaculatus.

C.J.F. Boon, M.J. van Schooneveld, A.I. den Hollander, J.J.C. van Lith-Verhoeven, M.N. Zonneveld-Vrieling, T. Theelen, F.P.M. Cremers, C.B. Hoyng, B.J. Klevering.

Br J Ophthalmol 2007;91:1504-1511.

Analysis of visual pigment by fundus autofluorescence.

T. Theelen, T.T.J.M. Berendschot, C.J.F. Boon, C.B. Hoyng, B.J. Klevering.

Exp Eye Res 2008;86:296-304.

Basal laminar drusen caused by compound heterozygous variants in the CFH gene.

C.J.F. Boon, B.J. Klevering, C.B. Hoyng, M.N. Zonneveld-Vrieling, S.B. Nabuurs, E. Blokland, F.P.M. Cremers, A.I. den Hollander.

Am J Hum Genet 2008;82:516-523.

The spectrum of retinal dystrophies caused by mutations in the peripherin/RDS gene. C.J.F. Boon, A.I. den Hollander, C.B. Hoyng, F.P.M. Cremers, B.J. Klevering, J.E.E. Keunen. Prog Retin Eye Res 2008;27:213-135.

Fundus autofluorescence in patients with inherited retinal diseases: Patterns of fluorescence at two different wavelengths.

T. Theelen*, C.J.F. Boon*, B.J. Klevering, C.B. Hoyng.

Ophthalmologe 2008;105:1013-1022. [in German]. (* joint first authors)

Fundus autofluorescence imaging of retinal dystrophies.

C.J.F. Boon, B.J. Klevering, J.E.E. Keunen, C.B. Hoyng, T. Theelen.

Vision Res 2008;48:2569-2577.

Central areolar choroidal dystrophy.

C.J.F. Boon, B.J. Klevering, F.P.M. Cremers, M.N. Zonneveld-Vrieling, T. Theelen, A.I. den Hollander, C.B. Hoyng. Ophthalmology 2009;116:771-782.

Clinical and molecular genetic analysis of Best vitelliform macular dystrophy.

C.J.F. Boon, T. Theelen, E.H. Hoefsloot, M.J. van Schooneveld, J.E.E. Keunen, F.P.M. Cremers, B.J. Klevering, C.B. Hoyng.

Retina, 2009 [Online publication ahead of print].

414

List of publications

The spectrum of phenotypes caused by variants in the CFH gene.

C.J.F. Boon, N.C. van de Kar, B.J. Klevering, J.E.E. Keunen, F.P.M. Cremers, C.C.W. Klaver, C.B. Hoyng, M.R. Daha, A.I. den Hollander.

Mol Immunol 2009;46:1573-1594.

The spectrum of ocular phenotypes caused by mutations in the BEST1 gene. C.J.F. Boon, B.J. Klevering, B.P. Leroy, C.B. Hoyng, J.E.E. Keunen, A.I. den Hollander. Prog Retin Eye Res, 2009 [Online publication ahead of print]

Other publications:

Erosive vitreoretinopathy and Wagner disease are caused by intronic mutations in CSPG2/Versican that result in an imbalance of splice variants.

A. Mukhopadhyay, K. Nikopoulos, A. Maugeri, A.P. de Brouwer, C.E. van Nouhuys, C.J.F. Boon, R. Perveen, H.A. Zegers, D. Wittebol-Post, P.R. van den Biesen, S.D. van der Velde-Visser, H.G. Brunner, G.C. Black, C.B. Hoyng, F.P.M. Cremers.

Invest Ophthalmol Vis Sci 2006;47:3565-3572.

Reflux after intravitreal injection of bevacizumab.

C.J.F. Boon, N. Crama, B.J. Klevering, F.J. van Kuijk, C.B. Hoyng.

Ophthalmology 2008;115:1270.

Extensive macular atrophy with pseudodrusen-like appearance: a new clinical entity? C.J.F. Boon, T. Theelen, C.B. Hoyng.

Am J Ophthalmol (Letter, in press)

Near-infrared fundus reflectance in neovascular age-related macular degeneration. T. Theelen, T.T.J.M. Berendschot, C.B. Hoyng, C.J.F. Boon, B. J. Klevering. (Submitted)

Clinical application of autofluorescence densitometry using a scanning laser ophthalmoscope. T. Theelen, T.T.J.M. Berendschot, C.J.F. Boon, C.B. Hoyng, B.J. Klevering, G. Staurenghi.

Invest Ophthalmol Vis Sci (Letter, in press)

415