Project iTwin is een wetenschappelijk onderzoek onder eeneiige tweelingen waarbij één van de tweeling ALS heeft. De genetische risicofactoren voor ALS worden bij deze tweelingen onderzocht. Alhoewel eeneiige tweelingen wat betreft DNA heel veel op elkaar lijken zijn ze niet identiek. Vroeg in de ontwikkeling van het embryo kunnen al kleine genetische verschillen ontstaan. Van dit tweelingenonderzoek kunnen we leren welk samenspel van genetische factoren invloed heeft op het ontstaan van ALS.
Waarom een tweeling-studie?
De genetische achtergrond van sporadische ALS (de niet familiaire vorm van ALS) is grotendeels onbekend. Ondanks de grote successen van genome-wide association studies (GWAS) zoals in project MinE zijn nog niet alle genetische oorzaken van ALS gevonden. Een verklaring hiervoor kan liggen in de mogelijkheid dat de genetische oorzaken in ALS moeilijk te vinden of zeldzaam en zelfs uniek kunnen zijn.
Om dergelijke zeldzame varianten te vinden wordt binnen project MinE het volledige DNA-profiel afgelezen met whole genome sequencing. Project MinE kan echter niet beantwoorden hoe deze zeldzame varianten in het DNA zijn ontstaan. Er bestaat de mogelijkheid dat veranderingen in het DNA het gevolg zijn van recente of nieuwe (de novo) mutaties. De novo mutaties zijn veranderingen in het DNA die niet zijn overgeërfd van een van de ouders. Deze spontane veranderingen in het DNA ontstaan in de eicel of zaadcel, of in een vroege fase in het embryo.
Om de rol van de novo mutaties te kunnen bestuderen kun je het DNA bestuderen van eeneiige tweelingen waarvan een iemand ALS heeft en de ander gezond is. Dit noemen we ALS-discordante monozygote tweelingen. De onderzoekers zoeken dus de genetische verschillen in een eeneiige tweeling waarbij slechts één van de twee de ziekte ALS heeft.
Doel van project iTwins
Het doel van project iTwins is om door middel van internationale samenwerking zoveel mogelijk ALS-discordante monozygote tweelingen te verzamelen. In de genetische data van deze tweelingen zoeken de onderzoekers zoveel mogelijk genetische en epigenetische verschillen.
De onderzoekers zoeken genetische verschillen in de letters van het DNA (A-T en C-G) met behulp van whole genome sequencing, dat is het aflezen van het volledige DNA-profiel. Het DNA van elk persoon bestaat uit 6 miljard letters (3 miljard basisparen).
Daarnaast wordt ook gezocht naar en epigenetische verschillen, dat zijn verschillen in hoe de letters van het DNA worden afgelezen, in de transcriptie. Deze epigenetische verschillen worden gezocht met behulp van methylatie analyse. Bij een eeneiige tweeling met exact dezelfde lettervolgorde in het DNA (sequence), kunnen door verschillen in hoe het DNA wordt afgelezen (genexpressie), toch verschillen ontstaan.
De verschillen die onderzoekers vinden in het DNA van de eeneiige tweelingen kunnen leiden tot de identificatie van nieuwe (epi)genetische factoren en tevens meer inzicht geven in de rol van DNA-mutaties in ALS.
Update van het project
Inmiddels zijn er in deze studie 21 paar tweelingen geïncludeerd in dit onderzoek en is hun DNA in kaart gebracht middels whole-genome sequencing.
Om de meest waarschijnlijke de novo mutaties te vinden hebben we een speciale analyse van de data opgezet. Echter, er bleef een groot aantal mogelijke puntmutaties (een verandering van een letter in 1 enkel DNA base-paar, een Single Nucleotide Variation, SNV), waarvan onduidelijk was of deze verband hielden met ALS (kandidaten). Om die reden is er gebruikt gemaakt van een tweede methode om de novo SNVs te valideren, namelijk door gebruik te maken van een custom designed genotyping assay. Dit heeft inmiddels geleid tot een lijst van 1.159 de novo mutaties. Daarmee is een belangrijke eerste stap in het iTwin onderzoek gezet, namelijk het succesvol kunnen vinden van DNA verschillen tussen tweelingen. Momenteel wordt gekeken of in deze gevonden de novo mutaties ook daadwerkelijk een verklaring gevonden kan worden voor ALS.
Update december 2017: Genetisch onderzoek bij tweelingen