Dagens teknologi avleser enkelt alle våre gener og har gitt oss kraftfulle metoder for å stille presise diagnoser. Ofte er den største utfordringen å tolke resultatene avlesningen gir, spesielt hvis vi finner genfeil i en av de mange tusen genene med ukjent funksjon. Da er det behov for omfattende laboratoriearbeid for å vurdere om denne genfeilen kan gi sykdom. Videre forskning på genmodifiserte dyremodeller kan kaste lys på sammenhengen mellom genfeilen og sykdommen til pasienten.
Tekst av: Eirik Frengen, seniorforsker/professor, Oslo universitetssykehus (OUS)/Universitetet i Oslo (UiO).
Foto: Øystein Horgmo, Institutt for klinisk medisin, UiO og Shutterstock.
En ukjent sykdom
For tre år siden startet vi en undersøkelse av to søsken som begge har en alvorlig nevrologisk sykdom. Begge viste alvorlig psykisk utviklingshemming og bilder av hjernen hos begge barna viste spesifikke endringer spesielt i lillehjernen.
En diagnostisk undersøkelse av alle gener som er kjent for å gi denne type sykdom avdekket ingen genfeil her som forklarte sykdommen til barna. En mulighet er at sykdommen deres ikke tidligere har blitt beskrevet.
Påviste en genfeil i et gen med ukjent funksjon
Som en del av vår forskning fortsatte vi letingen etter årsaken til barnas sykdom. Vi undersøkte alle de cirka 20 000 genene fra begge barna.
Ved å sammenligne avlesninger av alle foreldrenes gener, fant vi en genfeil som vekket vår interesse.
Genet hvor feilen ble funnet koder for et protein som er svært likt det tilsvarende proteinet i arter som sebrafisk og bananflue.
Når et protein er svært godt bevart gjennom evolusjonen, gir det oss et hint om at det ikke er gunstig om en genfeil forandrer dette proteinet.
Sjeldent funn
Genfeilen i familien fantes ikke i databaser som inneholder gendata fra forskningsgrupper i hele verden, så dette funnet var sjeldent slik vi forventer av en genfeil som gir en alvorlig sykdom.
I denne familien hadde begge barna arvet genfeilen fra begge sine foreldre, slik at barna hadde genfeilen i begge kopier av genet. Vi tenkte denne genfeilen var en mulig forklaring på barnas sykdom. Derfor ønsket vi å undersøke genet videre.
Er det flere pasienter med samme sykdom der ute?
Det var ikke tidligere beskrevet pasienter med genfeil i dette genet. I et forsøk på å finne flere pasienter med samme sykdom, registrerte vi funnet i databasen GeneMatcher som benyttes av forskere i hele verden.
På denne måten kom vi i kontakt med en forskningsgruppe i Tyskland som hadde funnet en annen genfeil i samme gen. Sykdommen til deres pasient lignet sykdommen hos våre pasienter.
Dette gjorde oss sikrere på at vi hadde funnet årsaken til denne nye sykdommen. I samarbeid med det tyske teamet fortsatte vi arbeidet med å undersøke sammenhengen mellom genfeilen og sykdommen.
Kan genfeilen føre til sykdom i dyremodeller?
Siden genfeilen vi fant førte til en forandring i et protein man ikke kjenner funksjonen til, gikk vi videre med studier i sebrafisk for å undersøke effekten av tilsvarende genfeil i denne arten.
I samarbeid med forskere ved Duke University (USA) benyttet vi CrispR/Cas9-basert genredigering til å endre det tilsvarende genet i befruktede egg fra sebrafisk.
Utviklingen av et stort antall av de gjennomsiktige sebrafisk-larvene ble fulgt i flere dager.
I larver som hadde genfeilene fra våre pasienter observerte vi en reduksjon i antall nerveceller mellom de to hjernehalvdelene.
Utviklingsavvikene i hjernen hos sebrafisklarvene styrket vår antagelse om at genfeilen vi hadde funnet i pasientene var årsaken til deres sykdom.
Studier i celler fra pasientene gir kunnskap om genets funksjon
For å få mer kunnskap om funksjonen til proteinet som var forandret i våre pasienter, undersøkte vi celler fra pasientene.
Med utgangspunkt i en liten hudflik fra hver av pasientene fikk vi celler til å vokse i kultur.
Vi brukte et antistoff som bandt til proteinet vårt og som resulterte i at det lyste når vi så på cellene i mikroskop.
Da vi studerte cellene i kultur så vi at proteinet befinner seg ved roten av en tynn utvekst fra cellen, såkalte cilier.
I cellene fra våre pasienter var dette proteinet borte og ciliene var mye lengre.
Altså er vårt protein viktig både for strukturen og funksjonen til cilier.
Vi konkluderte med at genfeilen vi fant er årsaken til pasientenes sykdom.
Beskrivelse av ny sykdom gir viktig ny kunnskap
I dette tilfellet lykkes vi i å finne årsaken til sykdommen hos pasientene fordi vi benyttet hardtslående teknologi, kraftige datafiltreringsverktøy og vi fant andre pasienter via internasjonale databaser.
Og ikke minst avdekket vi effekten av den nye genfeilen gjennom et internasjonalt forskningssamarbeid.
Kan dele erfaring med andre familier
For pasientene og deres familie er et viktig resultat av vårt arbeid at de nå kan få kontakt med en annen familie for å dele erfaringer om denne nye sykdommen.
I tillegg vil avdelingen kunne tilby en test for å undersøke deres slektninger når dette er klinisk relevant, for eksempel for å finne ut om de er bærere av genfeilen som er påvist i denne familien. I tillegg vil de i denne familien kunne få et tilbud om prenatal testing om dette skulle bli ønskelig i fremtiden.
Ny kunnskap vil noen ganger avdekke behandlingsalternativer
I noen tilfeller vil kunnskapen som oppnås kunne gi direkte holdepunkter for å foreslå ny behandling for pasienten som er undersøkt. Dette var tilfellet for en annen pasient vi nylig beskrev som har en genfeil som påvirker transport av et hormon inn i celler i hjernen.
Denne forskningen ble nylig publisert (se lenken) og omtalt i NRK Dagsrevyen: Her kan du se innslaget.
Selv om det ikke er vanlig at man finner ny behandling når en ny sykdom beskrives, vil den nye kunnskapen om hva som forårsaker en pasients sykdom være viktig for fremtidige pasienter.
Med kunnskap om hvilke biologiske prosesser som er berørt vil det være mulig å jobbe videre for å finne behandlingsalternativer for pasienter med den samme eller lignende sykdommer.
Andre lenker til forskningen: http://ous-research.no/frengen/
ekspertsykehusetblog.wordpress.com 
Tilbaketråkk: Jeg beregner sannsynligheten for å arve sykdom
Tilbaketråkk: Avansert genetikk gir politiet bedre og flere spor
Tilbaketråkk: Slagkraftig laboratoriemedisin gir bedre persontilpasset behandling