Lot Snijders Blok

De meeste kinderen verwerven zonder al te veel moeite spraak- en taalvaardigheden, maar voor sommige kinderen geldt dit niet: zij hebben problemen met de spraak- en taalontwikkeling. Als deze problemen aanhouden, kan een kind een spraak- of taalontwikkelingsstoornis hebben. Spraak- en taalontwikkelingsstoornissen zijn neurobiologische ontwikkelingsstoornissen. Kinderen met deze aandoeningen kunnen problemen hebben met verschillende aspecten van de spraak- en taalontwikkeling, en ook de ernst van de problemen kan zeer variabel zijn. Spraak- en taalontwikkelingsstoornissen komen vaak samen voor met andere ontwikkelingsstoornissen zoals bijvoorbeeld ADHD, een vertraagde motorische ontwikkeling en dyslexie. De aanwezigheid van andere ontwikkelingsstoornissen kan het stellen van een juiste diagnose of het toepassen van de juiste behandeling soms bemoeilijken.

In Hoofdstuk 1 geven we een overzicht van de huidige literatuur over spraak- en taalontwikkelingsstoornissen. We beschrijven de klinische presentatie, de veelgebruikte terminologie en diagnostische categorisatie, en de huidige kennis over de genetische achtergrond van deze aandoeningen. Vanuit familiestudies en tweelingstudies is al bekend dat het ontstaan van spraak- en taalontwikkelingsstoornissen sterk wordt beïnvloed door genetische factoren. De onderliggende genetische basis is echter vaak complex en multifactorieel, en de precieze bijdrage van Mendeliaans overervende DNA-varianten aan het ontstaan van spraak- en taalontwikkelingsstoornissen is tot op heden onbekend.

Het doel van dit proefschrift was om Mendeliaans overervende oorzaken van spraak- en taalontwikkelingsstoornissen te bestuderen, om de moleculaire achtergrond van deze aandoeningen beter te begrijpen om zo uiteindelijk de zorg te kunnen verbeteren. We bestudeerden hiervoor de impact van zeldzame de novo varianten vanuit een klinisch en moleculair perspectief, en maakten hierbij gebruik van veel verschillende methoden zoals next generation sequencing, systematisch fenotyperen en functionele laboratoriumexperimenten. Door deze aanpak hebben we vijf nieuwe Mendeliaans overervende aandoeningen ontdekt en gekarakteriseerd waarbij spraak- en taalproblemen een belangrijk symptoom zijn (Hoofdstuk 2-6), en hebben we het spraak-, taal- en neuropsychologisch profiel van SATB2-geassocieerd syndroom (een bekende aandoening waarbij ernstige spraakproblemen op de voorgrond staan) uitgebreid in kaart gebracht (Hoofdstuk 7). We hebben ook een prospectieve cohort studie opgezet (Hoofdstuk 8) waarmee op een systematische manier de bijdrage van de novo varianten aan het ontstaan van taalontwikkelingsstoornissen (TOS) kan worden onderzocht.

Hoofdstuk 2 beschrijft ons onderzoek naar pathogene varianten in MEDNP, een gen dat codeert voor een component van de CDK8-kinase module, dat reversibel kan binden met het zogenoemde Mediator complex. We hebben klinische gegevens en gegevens over de gevonden varianten verzameld van 13 individuen met pathogene varianten in dit gen, en zo hebben we een nieuwe ontwikkelingsstoornis beschreven, die wordt gekarakteriseerd door een verstandelijke beperking (of algehele ontwikkelingsachterstand) en spraak- en taalstoornissen. Bijkomende kenmerken die werden gezien in een deel van de personen met varianten in MEDNP waren autismespectrumstoornis, ADHD, hypotonie, afwijkingen aan de oogzenuw, Duane anomalie en milde aangeboren hartafwijkingen. Naast zes truncerende varianten vonden we ook een clustering van niet-truncerende varianten (missense varianten en een in-frame deletie van één aminozuur) in twee verschillende regio’s van het MEDNP eiwit: een N-terminale en een C-terminale regio. De vier mutaties in de N-terminale regio beïnvloeden twee naast elkaar gelegen aminozuren waarvan bekend is dat zij een rol spelen bij de ubiquitinatie en degradatie van MEDNP; p.Thr326 en p.Pro327. Al met al kan door ons onderzoek MEDNP worden toegevoegd aan de groep van ‘CDK8-kinase module-associated disease genes’.

In Hoofdstuk 3 presenteren we de resultaten van onze studie over POUPFP (ook bekend als Brain-1), een gen dat codeert voor een transcriptiefactor die essentieel is voor een goede genregulatie tijdens de vroege hersenontwikkeling. We vonden 19 personen met heterozygote truncerende varianten of missense varianten in dit gen, en stelden vast dat al deze personen een ontwikkelingsachterstand en/of verstandelijke beperking hadden met hierbij ook problemen met de spraak- en taalvaardigheden. De meerderheid van deze personen had opvallende oorafwijkingen: laagstaande, prominente oren en vaak zogenoemde cupped ears. Met luciferase experimenten konden we aantonen dat twee missense varianten de transactivatie capaciteit van de transcriptiefactor verlaagden, terwijl een andere variant juist een toegenomen functie liet zien. Met bioluminescence resonance energie transfer (BRET) interactie experimenten zagen we dat alle getrunceerde versies van POUPFP een significant verminderde dimerisatie lieten zien, terwijl alle missense varianten wel een normale dimerisatie met POUPFP vertoonden. Alles bijeengenomen toonden wij aan dat mutaties in POUPFP een karakteristieke en mogelijk ook herkenbare ontwikkelingsstoornis kunnen veroorzaken.

De identificatie van pathogene varianten in CHDP als oorzaak voor een ontwikkelingsstoornis met macrocefalie en opvallende spraakproblemen is beschreven in Hoofdstuk 4. Als onderdeel van een grote internationale samenwerking verzamelden we gegevens over fenotypes en varianten van personen met een de novo variant in CHDP. CHDP is een gen dat codeert voor een eiwit dat betrokken is bij chromatin remodeling via nucleosome sliding. Personen met een pathogene variant in CHDP hadden een ontwikkelingsachterstand of verstandelijke beperking met verschillende gradaties van ernst, en vaak ook macrocefalie en duidelijke spraakproblemen. Bij de meerderheid werden ook opvallende uiterlijke kenmerken gezien. De meeste personen in onze studie hadden missense varianten, clusterend in het ATPase/helicase domein van CHDP. Met functionele experimenten hebben wij de de ATPase enzymactiviteit en de nucleosome sliding capaciteit van verschillende varianten bepaald om zo de pathogeniciteit te kunnen beoordelen, en zo de moleculaire mechanismen van deze aandoening beter te kunnen begrijpen.

Hoofdstuk 5 laat de resultaten zien van ons onderzoek naar WDRS, een sterk geconserveerd eiwit betrokken bij zeer veel verschillende biologische processen, meestal als onderdeel van een eiwitcomplex (bijvoorbeeld het COMPASS complex) dat genregulatie beïnvloedt via posttranslationele modificatie van histonen. We verzamelden klinische gegevens van tien personen met zes verschillende de novo varianten in WDRS. We beschreven het spectrum van fenotypes geassocieerd met deze nieuwe ontwikkelingsstoornis veroorzaakt door WDRS-varianten, waarbij o.a. een achterlopende spraak- en taalontwikkeling, verstandelijke beperking, epilepsie, autismespectrumstoornissen, abnormale groeiparameters, hartafwijkingen en gehoorverlies werden gezien. Door de varianten te visualiseren in driedimensionale eiwitstructuren zagen we dat alle betrokken aminozuren (aminozuren beïnvloed door missense varianten) aan het oppervlak van één kant van het WDRS eiwit lagen, en voorspelden we dat vijf van de zes gevonden varianten de interactie met RbBP5 en/of KMT2A/C verstoren. Ons onderzoek over WDRS onderstreept de belangrijke rol van eiwitten uit de ‘COMPASS complex’-familie in ontwikkelingsstoornissen.

Hoewel heterozygote varianten in verschillende FOXP genen ontwikkelingsstoornissen kunnen veroorzaken, was het fenotype veroorzaakt door pathogene varianten in FOXP4 tot nu toe nog niet beschreven. In Hoofdstuk 6 bestudeerden we FOXP4 door een cohort van acht personen met een heterozygote en meestal de novo variant in dit gen samen te stellen. We verzamelden klinische gegevens over zes personen: vijf personen met een missense variant in het forkhead box domein van FOXP4 en een persoon met een truncerende variant. Overlappende kenmerken waren spraak- en taalproblemen, afwijkende groeiparameters, een aangeboren breuk in het middenrif (hernia diafragmatica), afwijkende nekwervels en een hangend ooglid (ptosis). Luciferase experimenten lieten een loss-of-function effect zien voor alle missense varianten in het forkhead box domein, terwijl BRET experimenten voor deze varianten een normale dimerisatie capaciteit liet zien. Al met al toonden wij aan dat dat, naast FOXPN en FOXP2, een verlies van functie van FOXP4 ook geassocieerd is met een autosomaal dominante ontwikkelingsstoornis met taal- en spraakproblemen.

Naast het identificeren en karakteriseren van nieuwe Mendeliaans overervende aandoeningen, onderzochten we in Hoofdstuk 7 de spraak- en taalstoornissen en het neuropsychologisch functioneren in een bekende ontwikkelingsstoornis: SATB2-geassocieerd syndroom (SAS). We hebben hiervoor gedetailleerd logopedisch onderzoek verricht van zowel de mondmotoriek, spraak- en taalvaardigheden, in combinatie met neuropsychologische testen in 23 personen met een moleculair bevestigde diagnose SAS. We stelden vast dat alle personen ernstige taalachterstanden hadden, konden onderliggende spraakproblemen definiëren voor alle verbale personen, en zagen een overeenkomend profiel voor het adaptief functioneren bij deze aandoening. In aanvulling op de overlappende en terugkerende fenotypes was er ook een sterke variabiliteit, met name in ernst, van de kenmerken van deze aandoening. Deze studie geeft meer inzicht in het functioneren op spraak-, taal- en neurologisch gebied in personen met SAS en geeft families, behandelaars en andere zorgverleners informatie die van belang kan zijn voor goede diagnostiek, behandeling en begeleiding.

Hoewel Hoofdstuk 2-7 laten zien dat er geen twijfel is dat zeldzame pathogene varianten ernstige spraak- en taalstoornissen (inclusief TOS) kunnen veroorzaken, is het nog niet duidelijk hoeveel kinderen met TOS zo’n monogene oorzakelijke DNA-variant hebben. In Hoofdstuk 8 beschrijven wij de opzet van een prospectieve cohort studie, de GENTOS studie, om systematisch de ‘diagnostische opbrengst’ van genoomsequencing bij TOS te onderzoeken. Met deze studie hopen we nog meer genen te vinden waarin varianten TOS kunnen veroorzaken, evenals de bijbehorende moleculaire pathways en het type varianten dat hierbij betrokken is. Meer kennis over frequentie van genetische aandoeningen en de soorten genetische varianten is belangrijk om de genetische achtergrond van TOS te begrijpen, maar is ook cruciaal voor het bepalen van de juiste verwijsstrategieën en diagnostische beslissingen. Inclusie voor de GENTOS studie is gestart in maart 2020 en is nog steeds bezig op het moment van schrijven.

In Hoofdstuk 9 vatten we de resultaten van ons onderzoek samen en beschrijven we de klinische relevantie en implicaties. We beschrijven hoe we de novo varianten in kinderen met spraak- en taalontwikkelingsstoornissen bestudeerden, en zo vijf nieuwe ontwikkelingsstoornissen hebben geïdentificeerd waarbij het geassocieerde fenotype breder was dan alleen spraak- en taalstoornissen. We lieten zien hoe vergelijkbare moleculaire defecten verschillende fenotypes kunnen geven bij verschillende personen, en hoe verschillende onderliggende moleculaire mechanismen vergelijkbare stoornissen in de spraak- en taalontwikkeling kunnen veroorzaken. We hebben geen bewijs gevonden voor het bestaan van ‘spraak- en taalstoornis-specifieke genen’, maar we zagen wel dat pathogene varianten in een deel van de totale groep van genen geassocieerd met ontwikkelingsstoornissen, inclusief de genen gekarakteriseerd in dit proefschrift, ontwikkelingsstoornissen kunnen veroorzaken met prominente spraak- en taalproblemen. Voor de classificatie van genetische stoornissen met spraak- en taalproblematiek, denken wij dat een model dat de diversiteit van kenmerken geassocieerd met varianten in een specifiek gen erkent beter aansluit bij de klinische praktijk dan een model waarbij varianten in een specifiek gen altijd leiden tot een heel specifiek fenotype.

Voor de toekomst is het wat ons betreft belangrijk om niet terughoudend te zijn met het gebruik van next generation sequencing in personen waarbij een spraak- of taalontwikkelingsstoornis op de voorgrond staat. Een genetische diagnose kan voor aangedane personen en hun familieleden belangrijk zijn, omdat het duidelijkheid kan geven over de oorzaak van de problemen, de herhalingskans en over het optreden van mogelijk relevante co-morbiditeit. Om wetenschappelijk onderzoek over genetica van spraak- en taalstoornissen te verbeteren, is systematisch en consistente fenotypering cruciaal, dit blijft één van de grootste uitdagingen. Daarnaast zijn research consortia, het delen van data en patient empowerment belangrijk, en kan dit alle partijen ten goede komen bij het verrichten van betekenisvolle studies met grote wetenschappelijke en sociale impact.