Afdækning af gener bag brusktumorer og vaskulære anomalier ved hjælp af genomisk sekventering

Studiedesign:

Studiet vil rekruttere og indskrive op til 100 patienter med Olliers sygdom (OD) og Maffucci syndrom (MS) over fem år. Hver deltager vil blive set på NIH Clinical Center (CC) for et indlagt studiebesøg på 5 dage eller længere.

Under dette besøg vil følgende procedurer blive udført: dobbeltenergi røntgenabsorptiometri (DXA), røntgen af ​​hele kroppen, magnetisk resonansangiografi (MRA), helkropspositronemissionstomografi (PET) scanning, en magnetisk resonans billeddannelse (MRI) og enkelt-voxel magnetisk resonansspektroskopi af hjernen. Efter at være blevet set på NIH CC af undersøgelsesholdet, vil deltagerne modtage en oversigt over alle resultaterne af de test og konsultationer, der er gennemført på NIH.

Familiemedlemmer, der er tilmeldt genomsekventering, vil ikke gennemgå nogen kliniske evalueringer på NIH CC.

Dr. Gordon vil føre tilsyn med gennemførelsen af ​​undersøgelsen på NIH. Dr. Marini var involveret i den oprindelige NIH-tilskudsansøgning og er gået på pension, men hun beholder en aftale på NIH som videnskabsmand emeritus/frivillig. Dr. Marini vil tjene på protokollen som senior klinisk konsulent og arbejde på NIH CC. Hun vil ikke give samtykke til deltagerne, men vil være til stede ved mange af studiebesøgene.

Medlemmer af JHU-studieteamet vil have tilladelse til at arbejde og/eller observere på NIH; de vil dog ikke blive betragtet som en del af NIH-undersøgelsesteamet og vil ikke blive identificeret som NIH Associate Investigators.

Mål:

Ollier sygdom (OD) og Maffucci syndrom (MS), er karakteriseret ved multiple enchondromer, der resulterer i alvorlige skeletdeformiteter i den tidlige barndom og en øget risiko for hondrosarcomer og andre maligne sygdomme. Patienter med MS har også vaskulære anomalier. Chondrosarkom er en ondartet tumor, der stammer fra bruskceller. Det er den tredje mest almindelige primære malignitet i knogler efter myelom og osteosarkom. Det tegner sig for omkring 20% ​​af knogletumorer og diagnosticeres hos cirka 600 patienter hvert år i USA. Op til 40 % af chondrosarcomerne stammer fra et enchondroma. Risikoen for chondrosarkom ved OD er ​​op til 45,8 % og i MS op til 57,1 %. I øjeblikket er den eneste behandling for patienter med disse lidelser kirurgisk; der er ingen effektiv farmakologisk behandling.

Vi identificerede heterozygote kimlinjetab af funktionsvarianter i PTPN11 (der koder for et ikke-receptorprotein tyrosinphosphatase SHP2), der forårsager MC. I foreløbige undersøgelser identificerede vi også PTPN11 R138X-varianten i et retiformt hæmangioendotheliom hos en patient med MS og kimlinien PTPN11 L560F-varianten hos en patient med OD. PTPN11 koder for SHP2, en cytosolisk proteintyrosinphosphatase involveret i et tidligt trin i RAS/MAPK-signalering nedstrøms for flere receptortyrosinkinaser, herunder EGFR og FGFR. Ved hjælp af immunoblotanalyse målte vi ekspressionen af ​​slutprodukterne af denne vej, pERK1 og 2 i fibroblaster fra patienter med MC og OD og observerede nedsat ekspression af pERK1 og 2 hos patienter sammenlignet med kontrollerne (Sobreira et al., upubliceret). Tilsvarende viste eksperimenter i Ptpn11 betingede knockout-musemodeller reduceret ERK1/2-signalering i chondrocytter, der mangler SHP2. Tilsammen tyder disse resultater på, at reduktion af RAS/MAPK-signalering kan føre til dannelsen af ​​enkondromer. Heterozygote somatiske varianter af IDH1 og 2 er blevet identificeret i tumorerne hos en del af patienterne med MS og OD. Ingen af ​​varianterne blev identificeret i de berørte individers kimlinje-DNA. Og vores foreløbige undersøgelser har identificeret kimlinjevarianter KDM4C og HIF1A, 2 gener, der er kendt for at interagere med IDH1 og 2, som kandidatgenerne i 2 ubeslægtede probander med flere enchondromer.

På grundlag af disse resultater antager vi, at OD og MS er tumorprædispositionssyndromer forårsaget af kimlinjevarianter såsom neurofibromatose type 1 og schwannomatose. Efterfølgende hits i de samme eller forskellige gener såsom IDH1 og IDH2 eller andre endnu identificerede gener er involveret i dannelsen af ​​enchondromer og chondrosarcomas. Desuden nedregulerer disse varianter sandsynligvis RAS/MAPK-vejen eller er i gener, der interagerer med IDH1 og 2.

For at teste denne model vil vi forfølge følgende specifikke mål:

Specifikt mål 1. Udførligt definere de fænotypiske træk hos patienter med OD og MS.

Hypotese: OD og MS er distinkte underkarakteriserede cancermodtagelighedssyndromer med forskellige funktioner. For nylig foreslog vi diagnostiske og overvågningsretningslinjer for systematisk evaluering af patienter med OD og MS9. Her vil vi: (a) identificere det komplette sæt af fænotypiske træk, der er karakteristiske for patienter med OD og MS, ved at udføre detaljeret vurdering af deres kliniske og familiehistorier og fysiske træk på NIH/CC; (b) bestemme antallet, størrelsen og placeringen af ​​enchondromer og vaskulære anomalier og identificere andre tumorer hos disse patienter ved at udføre fuldkrops-MR eller røntgen, MRA og hjernemagnetisk resonansspektroskopi; og (c) etablere en biobank af prøver fra patienter og familiemedlemmer til genetisk, metabolisk og funktionel testning.

Specifikt mål 2. Søg efter manglende kimlinie (og/eller somatisk mosaik) kausative varianter (kodende og ikke-kodende) i DNA fra blod, enchondromer, chondrosarcomer og associerede hæmangiomer. Vi vil udføre WGS på kimlinie og tumor (enchondroma, chondrosarcomas og hæmangiomer) DNA for at identificere kimlinjevarianterne i blodet og de efterfølgende hits involveret i tumorens dannelse. Vi vil også lave RNA-sekventering (RNAseq) på RNA isoleret fra tumorprøver for at udføre en genekspressionsanalyse og identificere andre mulige veje påvirket af disse lidelser; og at hjælpe med fortolkningen af ​​varianter detekteret af WGS, især synonyme og ikke-kodende varianter, der påvirker henholdsvis splejsning og RNA-overflod.

Specifikt mål 3. For at teste hypotesen om, at standardanalyse kan overse en kausativ variant på grund af en alternativ nedarvningsmåde, vil vi anvende nye analytiske tilgange, der undersøger alternative nedarvningsmåder, der typisk ikke tages i betragtning. Vi vil undersøge faderlige og maternale prægningsmåder for arv og undersøge varianter identificeret i generne, der undslipper X-inaktivering. Med WGS vil vi også være i stand til at undersøge varianterne i X-koblede gener, der undslipper X-inaktivering, og varianterne i Y-linkede gener.

Specifikt mål 4. Bestem effekten af ​​kausative varianter af OD eller MS i HIF-1-vejen.

Hypotese: Årsagsvarianter af OD og MS forårsager nedregulering af HIF1A og dets målgener. Vores foreløbige analyse af RNAseq-data fra fibroblast- og enchondroma-prøver fra patienter med OD og MS viste svækket induktion af HIF-1-relaterede gener i modsætning til andre cancerindstillinger. HIF1A-varianter er ikke blevet identificeret som sygdomsfremkaldende, men syv af vores patienter har en årsagsvariant i dette gen. Vi fandt, at HIF1A og VHL blev muteret med en højere hastighed blandt patienter med OD og MS sammenlignet med kontroller (p<0,05). Derfor vil vi: (a) bruge knock-in celle-baserede modeller til at undersøge effekten af ​​de årsagsvarianter, vi identificerede i HIF1A (muteret hos syv patienter), VHL (muteret hos seks patienter) og KDM4C (muteret hos fire patienter) ) på HIF-1 transkriptionel aktivitet under anvendelse af et dobbelt-luciferaseassay40; og (b) identificere differentielt udtrykte gener og forstyrrede veje med enchondroma RNAseq.

Specifikt mål 5. Datadeling. Som vi gør i andre projekter, vil vi indsende vores sekvensdata til dbGaP for at lette datadeling. JHM IRB vil træffe afgørelsen om, at deling er i overensstemmelse med NIHs genomiske politik. For at identificere andre med data, der er relevante for vores kandidatvarianter og gener, vil vi også bruge GeneMatcher og Matchmaker Exchange. Vi vil også indsende vores data til ClinVar og COSMIC database. Vi er ivrige efter at deltage i et konsortium for at etablere Kids First-dataressourcen og til det overordnede genetiske datasæt for børnekræft på NCI Genomic Data Commons.