De autosomaal recessieve aandoening proximale spinale musculaire atrofie (SMA, MIM #253300) is een ernstige neuromusculaire ziekte die wordt gekenmerkt door degeneratie van alfa-motorische neuronen in het ruggenmerg, wat resulteert in progressieve proximale spierzwakte en verlamming. SMA is de tweede meest voorkomende fatale autosomaal recessieve aandoening na cystische fibrose, met een geschatte prevalentie van 1 op 10.000 levendgeborenen en een dragerschapsfrequentie van 1/40Ð1/60. SMA bij kinderen wordt onderverdeeld in drie klinische groepen op basis van leeftijd van begin en klinisch beloop: type I SMA (Werdnig-Hoffmann) wordt gekenmerkt door ernstige, gegeneraliseerde spierzwakte en hypotonie bij de geboorte of binnen de eerste 3 maanden. Overlijden door ademhalingsmoeilijkheden gebeurt meestal binnen de eerste 2 jaar. Kinderen met type II kunnen zitten, maar niet staan of lopen zonder hulp en overleven na 4 jaar. Type III SMA (Kugelberg-Welander) is een mildere vorm, met begin tijdens de zuigelingen- of jeugdjaren: patiënten leren zelfstandig lopen.
Het overlevingsmotor neuron (SMN) gen bestaat uit negen exonen en het is aangetoond dat dit het primaire SMA bepalende gen is. Twee vrijwel identieke SMN genen zijn aanwezig op 5q13: het telomerische of SMN1 gen, dat het SMA bepalende gen is, en het centromerische of SMN2 gen. Het SMN1 gen exon 7 is homozygoot afwezig in ongeveer 95% van de getroffen patiënten, op enkele uitzonderingen na, de rest is heterozygoot voor de exon 7 deletie en een kleine subtielere mutatie in het andere allel (samengestelde heterozygoten). Hoewel afwijkingen van het SMN1-gen bij de meerderheid van de patiënten worden waargenomen, is er geen fenotypeÐgenotype-correlatie waargenomen omdat SMN1 exon 7 bij de meerderheid van de patiënten afwezig is, onafhankelijk van het type SMA. Dit komt doordat de routinediagnostische methoden geen onderscheid maken tussen een deletie van SMN1 en een conversie waarbij SMN1 wordt vervangen door een kopie van SMN2. Er zijn nu verschillende studies die hebben aangetoond dat het kopiegetal van SMN2 de ernst van de ziekte beïnvloedt. Het kopiegetal varieert van nul tot drie kopieën in de normale populatie, waarbij ongeveer 15% van de normale personen geen SMN2 heeft. Bij mildere patiënten met type II of III is echter aangetoond dat zij meer kopieën van SMN2 hebben dan type I patiënten. Er is voorgesteld dat de extra SMN2 bij de milder aangedane patiënten ontstaat door genconversie, waarbij het SMN2-gen geheel of gedeeltelijk in de telomerische locus wordt gekopieerd.
Vijf basenpaar veranderingen bestaan tussen SMN1 en SMN2 transcripten, en geen van deze verschillen veranderen aminozuren. Omdat vrijwel alle SMA individuen ten minste één SMN2 genkopie hebben, werd aanvankelijk niet begrepen waarom individuen met SMN1 mutaties een SMA fenotype hebben. Nu is aangetoond dat het SMN1 gen overwegend een volledig transcript produceert, terwijl de SMN2 kopie overwegend een alternatief getranscribeerd (exon 7 verwijderd) product produceert. De insluiting van exon 7 in SMN1 transcripts en de uitsluiting van dit exon in SMN2 transcripts wordt veroorzaakt door een enkel nucleotide verschil op +6 in SMN exon 7. Hoewel de C naar T verandering in SMN2 exon 7 geen aminozuur verandert, verstoort het een exonische splicing enhancer die resulteert in de meerderheid van SMN2 transcripten die exon 7 missen. Daarom ontstaat SMA omdat het SMN2 gen het gebrek aan SMN1 expressie niet volledig kan compenseren wanneer SMN1 gemuteerd is. De kleine hoeveelheid door SMN2 gegenereerde transcripten van volledige lengte is echter in staat een milder type II of III fenotype te produceren wanneer het kopie-aantal van SMN2 wordt verhoogd.
De moleculaire diagnose van SMA bestaat uit het aantonen van de afwezigheid van exon 7 van het SMN1 gen. De homozygote afwezigheid van aantoonbaar SMN1 bij SMA patiënten wordt gebruikt als een krachtige diagnostische test voor SMA. Hoewel de gerichte mutatie analyse een uitstekende gevoeligheid van ongeveer 95% heeft in het identificeren van getroffen homozygoten, kan het geen SMA dragers detecteren die heterozygote deleties van SMN1 hebben. In plaats daarvan is een analyse van de dosering van het SMN1-gen nodig om dragers op te sporen en deze analyse is zeer nauwkeurig wanneer deze in een ervaren laboratorium wordt uitgevoerd. Omdat SMA een van de meest voorkomende dodelijke genetische aandoeningen is, met een dragerschapsfrequentie van 1/40Ð1/60, hebben veel families met getroffen kinderen baat gehad bij directe dragerschapsdoseringstesten. Een aantal kwantitatieve polymerase-kettingreactie-tests zijn gebruikt voor de identificatie van SMA-dragers.
Er zijn twee beperkingen van de dragerschapstest. Ten eerste is ongeveer 2% van de gevallen van SMA het gevolg van de novo mutaties, hetgeen hoog is in vergelijking met de meeste autosomaal recessieve aandoeningen. Het hoge percentage de novo mutaties in SMN1 kan een verklaring zijn voor de hoge dragerschapsfrequentie in de algemene bevolking ondanks de genetische letaliteit van de type I ziekte. Het grote aantal herhaalde sequenties rond de SMN1 en SMN2 locus predisponeert deze regio waarschijnlijk voor ongelijke crossovers en recombinatie gebeurtenissen en resulteert in het hoge de novo mutatiecijfer. Het is aangetoond dat de novo mutaties voornamelijk tijdens de vaderlijke meiose optreden. Ten tweede kan het aantal kopieën van SMN1 op een chromosoom variëren; wij hebben waargenomen dat ongeveer 5% van de normale bevolking drie kopieën van SMN1 bezit. Het is dus mogelijk dat een drager één chromosoom met twee kopieën bezit en een tweede chromosoom met nul kopieën. Het vinden van twee SMN1 genen op een enkel chromosoom heeft ernstige implicaties voor de genetische counseling, omdat een drager met twee SMN1 genen op een chromosoom en een SMN1 deletie op het andere chromosoom hetzelfde doseringsresultaat zal hebben als een niet-drager met een SMN1 gen op elk chromosoom 5. Het vinden van een normale dosering van twee SMN1-kopieën vermindert het risico van dragerschap dus aanzienlijk; er is echter nog steeds een restrisico van dragerschap en vervolgens een klein recidiverisico van toekomstige getroffen nakomelingen voor personen met twee SMN1-genkopieën. Risicobeoordelingsberekeningen met behulp van Bayesiaanse analyse zijn essentieel voor de juiste genetische counseling van SMA families.
Huidig worden alleen individuen met een familiegeschiedenis van SMA routinematig dragerschapstesten aangeboden. Een breder bevolkingsonderzoek op dragerschap wordt momenteel echter aanbevolen voor een aantal andere genetische aandoeningen met vergelijkbare dragerschapsfrequenties. Het prototype voor heterozygotenscreening was het testen op de ziekte van Tay-Sachs in de Asjkenazische Joodse bevolking, waar sinds 1969 dragerschapstests worden aangeboden. Dragerschap screening, gevolgd door prenatale diagnose indien geïndiceerd, heeft geresulteerd in een dramatische daling van de incidentie van de ziekte van Tay-Sachs in de Joodse bevolking. Het is algemeen aanvaard dat aan de volgende criteria moet worden voldaan wil een screeningsprogramma succesvol zijn: (1) aandoening is klinisch ernstig, (2) hoge frequentie van dragers in de gescreende populatie, (3) beschikbaarheid van een betrouwbare test met een hoge specificiteit en sensitiviteit, (4) beschikbaarheid van prenatale diagnose, en (5) toegang tot genetische counseling. SMA voldoet aan de criteria voor genetische screening op bevolkingsniveau. Dragerschapsscreening wordt aanbevolen als er voorlichtingsmateriaal beschikbaar is dat door patiënten en zorgverleners kan worden gebruikt.
Het doel van het bevolkingsonderzoek naar SMA is om paren te identificeren die risico lopen op het krijgen van een kind met SMA. Dragerschapsscreening vóór de conceptie stelt paren met SMA-dragerschap in staat om een zo volledig mogelijk scala aan reproductieve opties te overwegen. De keuze om een SMA-dragerschapstest te laten doen moet worden gemaakt door een weloverwogen beslissing. Voorlichtingsbrochures zijn beschikbaar en geven informatie over SMA en de overervingspatronen. Het is belangrijk dat paren de dragerschapstest begrijpen. Omdat SMA in 95% van de gevallen het gevolg is van een enkele deletie, is de dragerschapstest zeer gevoelig (.90% detectiegraad). De moleculaire test identificeert echter niet alle dragers en daarom kunnen vals-negatieven voorkomen. Ongeveer 5% van de getroffen patiënten zijn samengestelde heterozygoten, die een deletie en een puntmutatie vertonen. De doseringstest identificeert dergelijke dragers van een puntmutatie niet. Het is bekend dat een vals-negatief resultaat bij dragers van SMA optreedt wanneer de drager twee SMN1-genen in cis op één chromosoom 5 heeft. Bovendien heeft ongeveer 2% van de getroffen personen een de novo mutatie. Daarom moet genetisch advies worden gegeven aan personen die voor dragerschapstests kiezen, waarbij specifiek wordt ingegaan op de mogelijkheid van fout-negatieve resultaten.