Stipendiater 2019

Identifiering av molekylära mekanismer för ovanliga skelettsjukdomar

Anna Hammarsjö
PhD M.Sc, Karolinska Universitetssjukhuset

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Skelettsjukdomar är en heterogen grupp med en stor klinisk variabilitet där varje enskild diagnos är sällsynt. Människan har cirka tjugo tusen gener, varav mutationer i ungefär 400 av dem är kända att orsaka medfödda skelettsjukdomar. Symptombilden varierar beroende på vilken gen som är muterad. Kliniska diagnosen kan försvåras för många patienter, då mutationer i en gen kan leda till flera olika sjukdomar och mutationer i flera olika gener kan leda till en och samma diagnos. Tekniken för att hitta dessa mutationer bygger framför allt på massiv parallell sekvensering och är en mycket effektiv metod för att hitta den genetiska orsaken hos patienter med sällsynta sjukdomar, inte bara sjukdomar som drabbar skelettet. Genom att jämföra arvsanlagen från en sjuk individ med en frisk referenspopulation kan man avgöra vilka arvsanlag som är mutationer och leder till en genetisk sjukdom. Idag kan vi genom att titta på arvsanlagen i denna grupp av patienter ge ungefär hälften en genetisk diagnos. Det innebär dock att hälften saknar genetisk diagnos och det är dessa individer vi vill titta närmare på för att lösa den genetiska gåtan.

Skattningsskalan The Dyskinesia Impairment Scale, i ärftlig eller idiopatisk dystoni hos barn och unga vuxna

Annika Danielsson
Barnneurolog, doktorand, Karolinska Institutet

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
I detta projekt undersöks om skattningsskalan Dyskinesia Impairment Scale (DIS) tillförlitligt kan mäta grad av dystoni hos barn och unga vuxna med ärftlig dystoni.

Ärftlig dystoni är ett ovanligt tillstånd som kännetecknas av ofrivilliga muskelspänningar, som medför svårigheter att initiera rörelser eller upprätthålla en stabil kroppshållning. Denna typ av dystoni debuterar ofta i barnomen, eller i tidig vuxen ålder, och leder oftast till ett svårt livslångt motoriskt funktionshinder. De drabbade personerna har varierande grad av svårigheter med förflyttning, hanterande av föremål, kommunikation, sväljning och deras livskvalitet är ofta påverkad avsevärt.

Tyvärr finns det stora kunskapsluckor avseende medicinsk behandling av barn och unga med ärftlig dystoni. Mycket talar för att de flesta läkemedel är ineffektiva, men få studier är utförda. Sedan ett antal år tillbaka finns möjlighet att med en neurokirurgisk operation, så kallad deep brain stimulation (DBS), behandla dystoni. För att säkert veta om ett läkemedel, eller en intervention, är effektiv behöver man kunna mäta hur mycket dystoni en person har. Att mäta dystoni är dock svårt, då dystoni varierar avsevärt beroende på situation och tid, och det behövs därför tillförlitliga skattningsskalor.

Idag finns inga sådana skattningsskala för barn och unga med ärftlig dystoni. I brist på en skala fö barn, används ofta en skattningsskala utarbetad för vuxna med ärftlig dystoni, Burke Fahn Marsden (BFM). Det är dock problematiskt att använda en skala för vuxna på barn, då man måste ta hänsyn till barnets naturliga psykomotoriska utveckling. Barn med ärftlig dystoni har dessutom ofta förutom dystoni även andra rörelsestörningar, t ex choreoathetos. Choreoathetos mäts inte alls i BFM-skalan.

The Dyskinesia Impairment Scale (DIS) designades 2012 för att skatta graden av dystoni och choreoathetos hos barn och ungdomar med dyskinetisk cerebral pares. För denna grupp av barn och ungdomar har DIS visat sig vara tillförlitlig och lämplig att använda för att utvärdera nya behandlingsmöjligheter. I denna studie kommer 20 barn och unga med ärftlig dystoni utvärderas med DIS och BFM, för att undersöka om DIS tillförlitligt kan skatta grad av dystoni och choreoathetos även vid ärftlig dystoni.

Genetiska orsaker till missbildningar i centrala nervsystemet

Britt-Marie Anderlind
Docent, överläkare, Karolinska Universitetssjukhuset

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Missbildningar i centrala nervsystemet (CNS) är vanliga orsaker till svåra funktionshinderoch svårbehandlad epilepsi hos barn och leder till omfattande sjukvårds- ochomvårdnadsbehov. Vår kunskap om utvecklingen av CNS, genetiska orsaker till CNSmissbildningaroch nya genetiska analysmetoder har ökat snabbt under det senastedecenniet, men fortfarande saknar majoriteten av barn med CNS-missbildning en orsaksdiagnos.

Det övergripande målet med projektet är att kartlägga genetiska orsaker till olika typer av missbildningar i CNS med nya genetiska analysmetoder samt att utveckla dessa metoder så att de blir lämpliga för kliniskt diagnostik. Kunskap om nya gener och ”pathways”, viktiga för CNS-utveckling, är nödvändigt för utveckling av riktade behandlingsstrategier.

Kliniskt och radiologiskt välkaraktäriserade grupper av patienter med CNS-missbildningar kommer att analyseras med nya genetiska metoder som helexom- och helgenomsekvensering och specialdesignad array-CGH. Kandidatgener som identifieras kommer att testas i biologiska system, i första hand knock-down zebrafiskmodeller, och i utvalda fall med reprogrammering av hudceller till neuron. I de fall där neurokirurgiskresektion av skadad vävnad utförs kan genetiska analyser utföras parallellt på blod och CNS-vävnad.

Forskningsprojektet är ett typ exempel på translationell forskning där ny kunskap snabbt kommer till användning vid diagnostik av enskilda patienter och deras familjemedlemmar.Genom projektet har nya molekylära metoder införts i det kliniska arbetet, och dessa metoder möjliggör diagnostisering, genetisk vägledning samt bärar- och prenataldiagnostik.

UNIKA - En studie av kognition och beteende vid sällsynta genetiska syndrom

Charlotte Willfors
Medicinie Doktor, Leg Psykolog, Karolinska Universitetssjukhuset

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Sällsynta diagnoser är ofta genetiskt orsakade syndrom med specifika kombinationer av symtom som leder till mångfacetterade behov och varierar över livsförloppet. Vid många syndrom förekommer komplexa beteendestörningar som ingår som delsymtom. Trots detta är beteendefenotyper vid många syndrom bristfälligt utforskade och beskrivna, vilket förhindrar möjligheten att erbjuda ett optimalt omhändertagande av patienter med dessa diagnoser. Syftet med vår forskning är att ingående kartlägga beteende- och neuronala fenotyper vid sällsynta och genetiskt orsakade syndrom. 

Karaktäriseringen av beteendefenotyper inkluderar kognition, beteende, adaptiva funktioner, livskvalitet, neuropsykiatriska och psykiatriska symtom och medicinska journaluppgifter. Vidare kommer vi att genom magnetkameraundersökningar undersöka  diagnosspecifika strukturella och funktionella avvikelser i hjärnan samt använda stamcellsteknik (inducerade pluripotenta stamceller) för att kunna studera tex funktion i hjärnceller.

Utöver ökad kunskap om specifika diagnosgrupper, kommer resultaten från projektet kunna bidra till forskningen om hjärna och beteende vid mer vanligt förekommande neuropsykiatriska tillstånd som autism och ADHD. Vi ämnar studera syndrom med en misstänkt intellektuell påverkan, orsakade av både mikrodeletion och -duplikation, samt nyligen upptäckta monogena syndrom.

Studies of gene expression, non-coding RNAs and epigenetic variations in rare congenital malformations

Fulya Taylan
Forskarassistent, Karolinska Institutet

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
We cannot increase the life quality of or bring treatment options to the majority of the rare disease (RD) patients and their families when we fail to solve two-thirds of the cases even if we managed to read their entire genome. Because we still struggle to interpret what we read in the genome and sequencing the entire genome alone is not enough in these cases. This is frustrating everyone involved in this process. Therefore, we have to widen our scope and use other methods to interpret what we read since the genome is more complex than a linear sequence of letters and interpreting the functional effect of some variants is more challenging than the ones in “solved” cases. Employing new approaches, we can solve aportion of these challenging “unsolved” cases with VACTERL association. These new approaches involve sequencing of gene products -RNA- and methylation marks on DNA.These two methods can help us discover and interpret genetic variants that could have been missed or not detected at all by whole genome sequencing.

Medfödda skelett- och bindvävssjukdomar: klinisk karakterisering och identifiering av bakomliggande molekylära mekanismer

Giedre Grigelioniene
Barnläkare och klinisk genetiker, docent i klinisk genetik, Karolinska Universitetssjukhuset

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Medfödda skelett- och bindvävssjukdomar orsakas oftast av förändringar i arvsanlag som styr
skelett- och bindvävsutvecklingen. Symptom är kortvuxenhet, skelettdeformiteter, smärtor och
ibland komplikationer p.g.a. inre organpåverkan. Förekomst av alla skelettdysplasier är 1:2000
och bindvävssjukdomar 1:1000, men då varje enskild diagnos är sällsynt, saknas ofta kunskap
om molekylära mekanismer, symptom och komplikationer för de olika diagnoserna. Vårt syfte
är att: 1) studera molekylära sjukdomsmekanismer vid olika skelett- och bindvävssjukdomar; 2)
förbättra den kliniska och genetiska diagnostiken för dem; 3) sammanfatta kliniska symptom
vid specifika diagnoser och korrelera dem till genetiska fynd. Vi kommer att använda de
moderna genetiska teknikerna så kallad massiv parallell sekvensering av DNA och RNA för att
söka efter genetiska orsaker till medfödda skelett- och bindvävssjukdomar. Vidare kommer vi
korrelera fynden till kliniska symptom och undersöka molekylära sjukdomsmekanismer i celler
från patienter och transgena djurmodeller (zebrafisk och mus). Resultaten kommer leda till
ökad förståelse av molekylära mekanismer bakom medfödda skelett- och bindvävssjukdomar,
förfinad diagnostik och förbättrade riktlinjer för handläggning av patienter. Långsiktigt har det
stor betydelse till ökad kunskap om mekanismer för skelett- och bindvävsutveckling samt dess
tillväxt, samt om nya sätt att förebygga och behandla vanliga skelettsjukdomar som skolios,
artros och benskörhet.

Social uppmärksamhet hos individer med Williams syndrom: en studie med ögospårningsteknik (eye tracking)

Johan Lundin Kleberg
Filosifie doktor, leg psykolog, Karolinska Institutet, BUP Stockholm

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Williams syndrom (WS) är ett genetiskt syndrom som orsakas av en deletion av omkring 25
gener vid regionen 7q11.23 av kromosom sju. Personer med Williams syndrom har i de
flesta fall flera fall en utvecklingsstörning och kognitiva funktionsnedsättningar. Williams
syndrom hänger också samman med en karakteristisk personlighet som kännetecknas av ett
starkt socialt intresse, öppenhet och intresse för andra människor. De beskrivs därför ibland
som ”hypersociala”. Men även om människor med Williams syndrom har ett starkt socialt
intresse har de ofta svårt att reglera distans och närhet, vilket kan leda till problem i
interaktionen med andra. Människor med Williams syndrom utvecklar också ofta stark
ångest. Sammanfattningsvis hänger Williams syndrom samman med en unik kombination
av svårigheter, styrkor och beteenden, och det behövs mer kunskap för att kunna hjälpa
människor med tillståndet i vardagen. Social uppmärksamhet är ett samlingsnamn för
människors tendens att uppfatta och lägga märke till socialt och känslomässigt viktiga delar
av omgivningen, såsom andras ansiktsuttryck och känslotillstånd. En omfattande litteratur
inom psykologi och neurovetenskap har visat att social uppmärksamhet ofta sker mycket
snabbt och automatiskt.

Molekylära och kliniska studier av intestinal malrotation

Karin Salehi Karlslätt
MD PhD-student, Karolinska Universitetssjukhuset

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Intestinal malrotation är en medfödd missbildning då tarmarna inte lägger sig rätt i buken.
Man får en ökad risk för tarmvred (midgut volvulus) som ger akuta symptom och är ett
livshotande tillstånd. Behandlingen är att akut göra sk Ladd's operation varpå man snurrar
tillbaka tarmen och korrigerar en del av missbildningen för att undvika att få tarmvred på
nytt. De kliniska symptomen är magont, kräkningar och försämrat allmäntillstånd.
Symptomen från malrotation kan drabba alla åldrar, men har traditionellt setts som en
barnkirugisk åkomma, vanligast är att drabbas under ett års ålder. Äldre patienter som fått
midgut volvulus har en betydligt högre risk för en försenad diagnos.
Malrotation uppkommer genom en kombination av genetiska faktorer och miljö. Vi vill finna
orsaken till intestinal malrotation genom molekylärgenetiska studier. Det gör vi genom att
analysera DNA med avancerade genetiska metoder, array-CGH och
helgenomsekvensering. Vi vill kunna informera om orsak, återupprepningsrisk, eventuella
associerade genetiska sjukdomar och även minska skuldbördan som finns hos många
föräldrar när ett barn har fötts med en missbildning. Ökad kunskap om ärftlighet kan även
leda till diagnos i ett tidigare skede, vilket leder till minskat lidande för patienten och hela
familjen. Detta kan även bidra till en förståelse för vilka gener som är viktiga i den normala
embryonala utvecklingen av tarmarna och kan ha klinisk relevans inom fler områden.
Dessutom kan det ändra rutinerna för genetisk utredning hos patientgruppen.

RNA-sekvensering vid neuromuskulär sjukdom

Malin Kvarnung
Läkare, Med Dr, Karolinska Universitetssjukhuset

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Neuromuskulär sjukdom är ofta av ärftlig genes. Patienter erbjuds idag analys med helgenomsekvensering, där vi analyserar alla de omkring 500 gener som knutits till neuromuskulär sjukdom. En exakt molekylär diagnos är avgörande för genetisk vägledning och familjeplanering, men kan också vara omvälvande för omhändertagande.
Dock återstår många patienter som inte får diagnos. Ofta finns oklara varianter i kända gener, vilka vi inte kan bedöma kliniskt. Tidigare studier ger vid handen att 35% fler patienter kan bjudas diagnos om också RNA analyseras (Cummings et al 2017).
RNA-seq är en väl etablerad teknik för storskalig sekvensering av RNA.
I många fall räcker det med RNA från ett blodprov. För patienter där diagnostiska fynd inte gjorts i blod kan muskelbiopsier erbjuda direkt tillgång till representativ vävnad. I muskelbiopsier kan man också med immunohistokemisk infärgning av valda proteiner testa hypoteser kring oklara mutationer.

Underliggande uppkomstmekanismer vid strukturella kromosomavvikelser

Maria Pettersson
PhD, Karolinska Universitetssjukhuset/Institutet

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Strukturella kromosomavvikelser, där den fysiska strukturen på en eller flera kromosomer avviker från det normala, ses hos ungefär 0,6% av nyfödda barn. Dessa typer av avvikelser innefattar både obalanserade avvikelser där genetisk information har förlorats (deletion) eller tillkommit (duplikation), samt balanserade avvikelser där endast kromosomernas fysiska struktur och uppbyggnad har förändrats (translokationer, inversioner). Bärare av
balanserade kromosomavvikelser är oftast friska, men har en ökad risk att bilda könsceller med en obalanserad kromosomuppsättning vilket kan leda till infertilitet, missfall samt att ett barn föds med svåra syndrom och/eller missbildningar. I ovanliga fall kan bärare av till synes balanserade kromosomavvikelser uppvisa kliniska symptom, ofta i form av
neurokognitiva besvär varierande från milda (ADHD, dyslexi) till svåra (intellektuell funktionsnedsättning, autism). Rutinmässig klinisk undersökning av kromosomer görs i mikroskop och kan inte upptäcka avvikelser mindre än cirka fem miljoner baspar, vilket kan omfatta hundratals gener (arvsanlag). Därmed kan det ändå finnas obalans som inte syns under mikroskop, exempelvis brutna gener eller positionseffekter, där reglerande element
har förflyttats bort ifrån eller närmare en gen, vilket inte påverkar genens innehåll men stör uttrycket av den. Vi och andra har de senaste åren kunnat använda massiv parallell helgenomsekvensering för att kartlägga brotten hos bärare av balanserade kromosomavvikelser med olika kliniska symtom. Helgenomsekvensering har gett oss möjligheten att studera kromosomavvikelser ner på basparsnivå, vilket ger oss en möjlighet att både identifiera nya sjukdomsgener men även möjliga
uppkomstmekanismer som ligger bakom avvikelsen. Vi kan exempelvis avgöra om det är kromosomer nedärvda från mamman eller pappan som påverkats, och med hjälp av karaktäristiska ”ärr” (så kallade mutational signatures) i sekvensen avgöra vilken mekanism som gett upphov
till avvikelsen.

Medfödda TP53-mutationer i den svenska konstitutionella TP53-kohorten: molekylär karakterisering av genotyp-fenotypkorrelation och utvärdering av kliniska kontroller.

Meis Omran
ST-läkare i onkologi, doktorand, Karolinska Universitetssjukhuset

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Li-Fraumenisyndromet (LFS) är ett sällsynt ärftligt cancersyndrom med en 70–100%livstidsrisk att drabbas av cancer. Cancern debuterar hos många vid ung ålder och ofta medflera olika tumörer. Hos barn är skelett- och mjukdelstumörer, hjärntumörer ochbinjurebarkscancer vanligt, viket gäller även för vuxna som utöver dessa tumörer ävendrabbas av bröstcancer i hög utsträckning. LFS orsakas av medfödda mutationer i TP53-genen, men det finns familjer med enbart ärftlig bröstcancer orsakad av TP53-mutation. Barn och vuxna som bär på mutationerna måste idag själva söka vård vid eventuellasymtom, då det saknas ett nationellt uppföljningsprogram för personer med LFS. År 2017 startade därför en studie, SVEP53, som har fyra syften:

1) Kartlägga alla svenska TP53-familjer avseende mutationer i familjer, tumörtyper och debutålder för att bygga en databasinför framtida forskning.
2) Erbjuda ett kontrollprogram med årliga läkarundersökningar ochhelkroppsmagnetkameraundersökning från 15 år eller ultraljud buk var tredje månad förbarn samt utvärdera cellfritt tumör-DNA som diagnostisk markör, med förhoppning om tidigdiagnos och bättre prognos.
3) Utvärdera, genom frågeformulär, deltagarnas synpunkter påkontrollprogrammet, samt om deltagande påverkar oron för cancer och hälsorelateradlivskvalitet.
4) Analysera prover från mutationsbärare för att försöka förstå varför vissafamiljer får LFS medan andra ”endast” får bröstcancer.

Samtliga svenska mutationsbärareerbjuds deltagande i studien. LFS och medfödd TP53-mutation är sällsynt, men TP53 haren nyckelroll vid cancerutveckling generellt då genen är muterad hos hälften av alla somdrabbas av cancer (icke medfött utan uppstår i tumören). Genom att delta i studien får manett strukturerat omhändertagande med förhoppning om tidigare cancerupptäckt och därmedäven behandling i ett botbart skede. Vi hoppas därför att slutsatser från SVEP53 kan leda tillförnyade insikter och kopplingar mellan medfödda TP53-mutationer och hur detta avspeglashos individen.

Molekylära studier av blåsexstrofi och epispadi komplexet

Samara Arkani
ST-läkare i urologi, doktorand, Danderyds sjukhus

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet
Blåsexstrofi är en sällsynt missbildning då barnet föds med en öppen urinblåsa. Detta drabbar ca 3 barn per år i Sverige. Barnen opereras tidigt och ofta senare flera gånger under uppväxten för att klara njurfunktion och urinkontinens. Alla missbildningar väcker mycket frågor hos familjen om uppkomst och hur det ska gå framöver. Många data talar för en genetisk bakgrund till blåsexstrofi. Information om missbildningars orsak, återupprepningsrisk och hur det kommer att gå på lång sikt är därför viktigt för patienten.
Målet med projektet är att identifiera orsaker till blåsexstrofi, vilket gör att återupprepningsrisk och associerade senare sjukdomar och behov kan identifieras.
Vi har identifierat den första och hittills mest frekventa genetiska riskfaktorn för blåsexstrofi (22q11-duplikation) samt identifierat WNT3-genen som orsak till blåsexstrofi. Vi arbetar med arrayCGH för att identifiera submikroskopiska kromosomförändringar och helgenomsekvensning av familjer och trios (patient med föräldrar) och har för detta ändamål samlat in drygt 140 DNA-prover från drabbade i Sverige.