Sällsynta diagnoser – Ann Nordgren och Anna Lindstrands forskargrupp

Sällsyntheten gör att okunskapen fortfarande är stor, både gällande vilka cellulära mekanismer som leder till sjukdom och avseende information om sjukdomens förlopp under hela livet. Detta leder till att personer med sällsynta diagnoser tillhör en grupp patienter som riskerar att inte få den utredning, behandling eller det stöd som de borde. Många får aldrig någon molekylär diagnos, vilket är en förutsättning för att kunna erbjuda individbaserad vård.

Forskargruppen sällsynta diagnoser studerar sällsynta diagnoser både kliniskt och på molekylär nivå för att förbättra genetisk diagnostik, öka kunskapen om genotyp-fenotyp korrelationer och förstå mer om de biologiska mekanismer som leder till sjukdom. Det långsiktiga målet är att våra resultat ska leda till nya preventions- och behandlingsstrategier för individer med sällsynta diagnoser.

Forskargruppen arbetar med translationella studier inom fem huvudområden:

Identifiering av nya sjukdomsgener och genetiska sjukdomsmekanismer

I nära samarbete med det kliniska exom/WGS-programmet på klinisk genetik följer vi upp nya kandidatgener hos patienter, i celler och i zebrafisk. Sällsynta sjukdomar kan påverka många olika organsystem, men vi har ett särskilt intresse för följande sjukdomar:

• Intellektuell funktionshinder och autism
• Hjärnmissbildningar och missbildningssyndrom
• Ciliopatier
• Skelettdysplasier
• Neuromuskulära sjukdomar

Genom att studera patienter och familjer med dessa sällsynta sjukdomar kommer vi inte bara att upptäcka nya sjukdomsgener utan också identifiera nya genetiska och cellulära sjukdomsmekanismer. Genom tvärvetenskapligt samarbete kommer våra studier leda till bättre förståelse för grundläggande sjukdomsmekanismer som i förlängningen kan överföras till vanliga sjukdomar som neuropsykiatriska störningar, sporadiska missbildningar och cancer.

Cancer predispositionssyndrom och familjär barncancer

Vår forskning är inriktad på att identifiera gener som ökar risken att drabbas av barncancer. För att upptäcka dessa så kallade ”cancerpredispositionsgener” och öka vår förståelse för cancermekanismer använder vi flera olika tillvägagångssätt; tex registerbaserade studier, molekylära studier av sällsynta familjer med flera fall av barncancer, genetiska studier av patienter med sällsynta syndrom eller överväxt som utvecklat cancer och studier av patienter som på grund av okända faktorer utvecklat cancer i barndomen. Vi gör en noggrann klinisk och dysmorfologisk utvärdering och vi jämför sedan medfödda genetiska varianter med föräldraprover och med somatiska (förvärvade) mutationer i cancergener. På detta vis kommer vi att öka förståelsen för hur medfödda mutationer medför ökade risker för barncancer.

Studier av strukturella kromosomförändringar, varför uppstår de och hur orsakar de sjukdom

Strukturella kromosomavvikelser innebär en förändring av den normala strukturen hos en eller flera kromosomer (translokation, inversion, deletion, duplikation). En specifik avvikelse är ur genetisk synvinkel väldigt stor och kan påverka många olika gener och/eller regulatoriska element. Vanliga symtom som kan uppstå är utvecklingsneurologiska problem såsom ADHD, autism och utvecklingsförsening. En förutsättning för individbaserad vård hos dessa patienter är att förstå vilka de specifika sjukdomsorsakande generna är och varför de orsakar medicinska problem.

För att studera kromosomavvikelser i detalj använder vi massiv parallell helgenomsekvensering. Vi har preliminära data från flera hundra patienter som visar att det är en välfungerande metod för att identifiera både punktmutationer och strukturella kromosomavvikelser. Med helgenomsekvensering kan vi både påvisa det exakta brottet i DNA-kedjan och samtidigt identifiera punktmutationer i de gener som påverkas av kromosomförändringen. Genom brottspunktsanalyser har vi sedan möjlighet att studera underliggande uppkomstmekanismer. Slutligen kommer vi med funktionella studier av primära celler, inducerade pluripotenta stamceller och zebrafisk att utvärdera om/hur olika gener bidrar till sjukdom.

Målet med projektet är att identifiera nya gener som leder till utvecklingsneurologiska problem och att studera hur strukturella kromosomavvikelser samverkar med punktmutationer och orsakar sjukdom. Våra studier kommer direkt att bidra till förbättrad diagnostik och prognos i patientvården. Nya sjukdomsgener kan ge information om viktiga biologiska system och sjukdomsmekanismer som i förlängningen kan leda till nya preventions- och behandlingsstrategier för individer med utvecklingsneurologiska sjukdomar.

Funktionella studier av genetiska varianter i zebrafisk och celler

I det här projektet utvärderar vi nya gener och mutationer som identifierats hos patienter med sällsynta sjukdomar med klinisk exom-/genom-sekvensering eller i våra forskningsstudier. Genom studier av primära celler från patienterna kan vi först utvärdera cellulära effekter på RNA och proteinnivå. Funktionella studier utförs sedan i två olika modellsystem:

Inducerade pluripotenta stamceller (iPS-celler):

Vi använder oss av KIs stamcells core för att reprogrammera hudceller från patienterna till iPS-celler och neuronala stamceller. Vi kommer sen att använda etablerade stamcellslinjer för att studera hur mutationer påverkar genuttryck i nervceller så vi kan förstå hur olika typer av mutationer som vi hittar hos patienter samverkar och orsakar neurokognitiva sjukdomar. Dessa studier bedrivs i nära sammarbete med Anna Falk.

Zebrafisk:

Effekt på embryologisk utveckling av nervsystemet görs i zebrafisk, ett fysiologiskt relevant ryggradsdjur. Zebrafisken delar ungefär 70% av sina gener med människan. Detta innebär att för en majoritet av detekterade genetiska förändringar kan vi "humanisera" fisken och ersätta fiskens mRNA med den humana versionen. På detta sätt kan vi exakt utvärdera specifika genetiska förändringar i ett relevant funktionellt modellsystem. För knock down studier används CRISPR/Cas9 mutagenes eller morpholinos. Bedömning av embryona genomföras i enlighet med den fenotyp som observerats hos patienter (t.ex. huvudstorlek, kraniofaciala defekter, kardiovaskulära missbildningar). Hjärt- och andra organfel bedöms efter 2-3 dagar, medan hjärnans storlek bedöms efter 5 dagar.

Strategier för att hantera kulturella, sociala, psykologiska och emotionella konsekvenser av att utredas för och leva med en sällsynt diagnos

Gemensamt för personer med olika sällsynta syndrom är en speciell problematik som beror på att diagnosen är sällsynt – och därmed okänd. För det mesta är det knappast någon i omgivningen som vet något om diagnosen. Det räcker därför inte att kämpa med konsekvenserna av diagnosen. Man måste också kämpa mot okunskap för att hävda sin rätt till stöd från vård och samhälle.

Personer med sällsynta syndrom har unika behov och problem som är betingade av syndromet. Som exempel kan nämnas att olika beteenden kan ingår som delsymtom vid specifika tillstånd, tex svåra humörsvängningar vid Smith-Magenis syndrom, ökad aptit vid Prader-Willis syndrom, svår ängslighet och ångestproblematik vid Williams syndrom och risk för depression och annan psykisk sjukdom vid 22q11 deletion. Den psykologiska symptombilden som förekommer vid olika syndrom är mycket bristfälligt utredd vilket gör att man inte kan erbjuda personer med sällsynta syndrom ett optimalt omhändertagande. Projektets huvudsakliga syfte är att öka informationen om hur det är att leva med en särskild diagnos för att på ett bättre sätt kunna individanpassa diagnostik, behandling och bemötandet av diagnosbäraren och hans/hennes familj.

K-UDP är helt ett nytt nationellt initiativ där Karolinska kommer att fungera som samordningscentrum för det nationella samarbetet och SciLifeLab som sekvenseringskärna. Detta nationella initiativ kommer att underlätta upptäckter av nya sjukdomsgener och mekanismer vid odiagnostiserade sjukdomar. Vår forskargrupp är också medlem i UDNI (Undiagnosed Diseases Network International) - ett internationellt samarbete med kliniska centra och forskargrupper från hela världen, bland annat från flera toppuniversitet i USA. UDP-konceptet kräver internationellt samarbete och tvärvetenskapliga så kallade ”one-stop shop” mottagningar för diagnostik av patienter med sällsynta sjukdomar i alla åldrar.

I augusti 2017 hölls den 5e internationella UDP-konferensen om sällsynta och odiagnostiserade sjukdomar i Stockholm.