Aufdecken von Genen hinter Knorpeltumoren und Gefäßanomalien mithilfe der Genomsequenzierung

Studiendesign:

Für die Studie werden über einen Zeitraum von fünf Jahren bis zu 100 Patienten mit Morbus Ollier (OD) und Maffucci-Syndrom (MS) rekrutiert und aufgenommen. Jeder Teilnehmer wird im NIH Clinical Center (CC) für einen stationären Studienaufenthalt von 5 Tagen oder länger behandelt.

Während dieses Besuchs werden die folgenden Verfahren durchgeführt: Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie (DXA), Ganzkörperröntgen, Magnetresonanzangiographie (MRA), Ganzkörper-Positronenemissionstomographie (PET), eine Magnetresonanztomographie Bildgebung (MRT) und Einzelvoxel-Magnetresonanzspektroskopie des Gehirns. Nach der Vorstellung durch das Studienteam im NIH CC erhalten die Teilnehmer eine Zusammenfassung aller Ergebnisse der am NIH durchgeführten Tests und Beratungen.

Familienmitglieder, die für die Genomsequenzierung angemeldet sind, werden im NIH CC keinen klinischen Untersuchungen unterzogen.

Dr. Gordon wird die Umsetzung der Studie am NIH beaufsichtigen. Dr. Marini war am ursprünglichen NIH-Zuschussantrag beteiligt und ist in den Ruhestand getreten, behält jedoch eine Anstellung am NIH als emeritierte Wissenschaftlerin/Freiwillige. Dr. Marini wird als leitender klinischer Berater an dem Protokoll mitwirken und im NIH CC arbeiten. Sie wird den Teilnehmern nicht zustimmen, wird jedoch bei vielen Studienbesuchen anwesend sein.

Mitglieder des JHU-Studienteams haben die Erlaubnis, am NIH zu arbeiten und/oder zu beobachten; Sie werden jedoch nicht als Teil des NIH-Studienteams betrachtet und nicht als NIH Associate Investigators identifiziert.

Ziele:

Morbus Ollier (OD) und Maffucci-Syndrom (MS) sind durch multiple Enchondrome gekennzeichnet, die in der frühen Kindheit zu schweren Skelettdeformationen und einem erhöhten Risiko für Hondrosarkome und andere bösartige Erkrankungen führen. Patienten mit MS haben auch Gefäßanomalien. Das Chondrosarkom ist ein bösartiger Tumor, der von Knorpelzellen ausgeht. Nach Myelom und Osteosarkom ist es das dritthäufigste primäre Knochenmalignom. Es macht etwa 20 % der Knochentumoren aus und wird in den Vereinigten Staaten jedes Jahr bei etwa 600 Patienten diagnostiziert. Bis zu 40 % der Chondrosarkome gehen von einem Enchondrom aus. Das Risiko für ein Chondrosarkom beträgt bei OD bis zu 45,8 % und bei MS bis zu 57,1 %. Derzeit ist die einzige Behandlung für Patienten mit diesen Erkrankungen die Operation; Es gibt keine wirksame pharmakologische Therapie.

Wir identifizierten heterozygote Keimbahn-Funktionsverlustvarianten in PTPN11 (kodierend für ein Nicht-Rezeptorprotein Tyrosinphosphatase SHP2), die MC verursachen. In vorläufigen Studien haben wir auch die PTPN11-R138X-Variante in einem retiformen Hämangioendotheliom eines Patienten mit MS und die Keimbahnvariante PTPN11-L560F bei einem Patienten mit OD identifiziert. PTPN11 kodiert für SHP2, eine zytosolische Protein-Tyrosinphosphatase, die an einem frühen Schritt der RAS/MAPK-Signalübertragung stromabwärts mehrerer Rezeptortyrosinkinasen, einschließlich EGFR und FGFR, beteiligt ist. Mithilfe einer Immunoblot-Analyse haben wir die Expression der Endprodukte dieses Signalwegs, pERK1 und 2, in Fibroblasten von Patienten mit MC und OD gemessen und eine verminderte Expression von pERK1 und 2 bei Patienten im Vergleich zu den Kontrollen beobachtet (Sobreira et al., unveröffentlicht). In ähnlicher Weise zeigten Experimente mit Ptpn11-Mausmodellen mit bedingtem Knockout eine verringerte ERK1/2-Signalübertragung in Chondrozyten ohne SHP2. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass eine Verringerung der RAS/MAPK-Signalübertragung zur Bildung von Enchondromen führen kann. Heterozygote somatische Varianten von IDH1 und 2 wurden in den Tumoren eines Teils der Patienten mit MS und OD identifiziert. In der Keimbahn-DNA der betroffenen Personen wurde keine der beiden Varianten identifiziert. Und unsere vorläufigen Studien haben die Keimbahnvarianten KDM4C und HIF1A, zwei Gene, von denen bekannt ist, dass sie mit IDH1 und 2 interagieren, als Kandidatengene bei zwei nicht verwandten Probanden mit mehreren Enchondromen identifiziert.

Auf der Grundlage dieser Ergebnisse nehmen wir an, dass OD und MS Tumorprädispositionssyndrome sind, die durch Keimbahnvarianten wie Neurofibromatose Typ 1 und Schwannomatose verursacht werden. Nachfolgende Treffer in denselben oder anderen Genen wie IDH1 und IDH2 oder anderen bisher identifizierten Genen sind an der Entstehung von Enchondromen und Chondrosarkomen beteiligt. Darüber hinaus regulieren diese Varianten wahrscheinlich den RAS/MAPK-Signalweg herunter oder befinden sich in Genen, die mit IDH1 und 2 interagieren.

Um dieses Modell zu testen, verfolgen wir folgende konkrete Ziele:

Spezifisches Ziel 1. Umfassende Definition der phänotypischen Merkmale von Patienten mit OD und MS.

Hypothese: OD und MS sind unterschiedliche, untercharakterisierte Krebsanfälligkeitssyndrome mit unterschiedlichen Merkmalen. Kürzlich haben wir Diagnose- und Überwachungsrichtlinien für die systematische Beurteilung von Patienten mit OD und MS9 vorgeschlagen. Hier werden wir: (a) den vollständigen Satz phänotypischer Merkmale identifizieren, die für Patienten mit OD und MS charakteristisch sind, indem wir am NIH/CC eine detaillierte Beurteilung ihrer klinischen und familiären Vorgeschichte sowie ihrer körperlichen Merkmale durchführen; (b) die Anzahl, Größe und Lage von Enchondromen und Gefäßanomalien bestimmen und andere Tumoren bei diesen Patienten identifizieren, indem Ganzkörper-MRT oder Röntgen, MRA und Magnetresonanzspektroskopie des Gehirns durchgeführt werden; und (c) eine Biobank mit Proben von Patienten und Familienmitgliedern für genetische, metabolische und funktionelle Tests einrichten.

Spezifisches Ziel 2. Suche nach fehlenden ursächlichen Varianten der Keimbahn (und/oder des somatischen Mosaiks) (kodierend und nicht-kodierend) in der DNA von Blut, Enchondromen, Chondrosarkomen und damit verbundenen Hämangiomen. Wir werden WGS an Keimbahn- und Tumor-DNA (Enchondrom, Chondrosarkom und Hämangiom) durchführen, um die Keimbahnvarianten im Blut und die nachfolgenden Treffer zu identifizieren, die an der Tumorbildung beteiligt sind. Wir werden auch eine RNA-Sequenzierung (RNAseq) an aus Tumorproben isolierter RNA durchführen, um eine Genexpressionsanalyse durchzuführen und andere mögliche Signalwege zu identifizieren, die bei diesen Erkrankungen betroffen sind; und um die Interpretation der von WGS erkannten Varianten zu unterstützen, insbesondere synonyme und nicht-kodierende Varianten, die das Spleißen bzw. die RNA-Häufigkeit beeinflussen.

Spezifisches Ziel 3. Um die Hypothese zu testen, dass die Standardanalyse eine ursächliche Variante aufgrund einer alternativen Vererbungsart übersehen könnte, werden wir neuartige Analyseansätze anwenden, die alternative Vererbungsarten untersuchen, die normalerweise nicht berücksichtigt werden. Wir werden väterliche und mütterliche Prägungsmodi der Vererbung untersuchen und Varianten untersuchen, die in den Genen identifiziert wurden, die der X-Inaktivierung entgehen. Mit WGS werden wir auch in der Lage sein, die Varianten in X-chromosomalen Genen, die der X-Inaktivierung entgehen, und die Varianten in Y-chromosomalen Genen zu untersuchen.

Spezifisches Ziel 4. Bestimmen Sie die Wirkung ursächlicher Varianten von OD oder MS im HIF-1-Signalweg.

Hypothese: Verursachende Varianten von OD und MS verursachen eine Herunterregulierung von HIF1A und seinen Zielgenen. Unsere vorläufige Analyse der RNAseq-Daten aus Fibroblasten- und Enchondromproben von Patienten mit OD und MS zeigte im Gegensatz zu anderen Krebserkrankungen eine beeinträchtigte Induktion von HIF-1-bezogenen Genen. HIF1A-Varianten wurden nicht als krankheitsverursachend identifiziert, aber sieben unserer Patienten haben eine ursächliche Variante in diesem Gen. Wir fanden heraus, dass HIF1A und VHL bei Patienten mit OD und MS im Vergleich zu Kontrollen häufiger mutierten (p < 0,05). Daher werden wir: (a) Knock-in-Zell-basierte Modelle verwenden, um die Wirkung der ursächlichen Varianten zu untersuchen, die wir in HIF1A (bei sieben Patienten mutiert), VHL (bei sechs Patienten mutiert) und KDM4C (bei vier Patienten mutiert) identifiziert haben ) auf HIF-1-Transkriptionsaktivität unter Verwendung eines Dual-Luciferase-Assays40; und (b) differenziell exprimierte Gene und gestörte Signalwege mit Enchondrom-RNAseq identifizieren.

Spezifisches Ziel 5. Datenaustausch. Wie bei anderen Projekten werden wir unsere Sequenzdaten an dbGaP übermitteln, um den Datenaustausch zu erleichtern. Das JHM IRB wird feststellen, dass die Weitergabe mit der Genompolitik des NIH vereinbar ist. Um andere mit Daten zu identifizieren, die für unsere Kandidatenvarianten und Gene relevant sind, werden wir außerdem GeneMatcher und Matchmaker Exchange verwenden. Wir werden unsere Daten auch an die ClinVar- und COSMIC-Datenbank übermitteln. Wir freuen uns darauf, an einem Konsortium zur Einrichtung der Kids First-Datenressource und am gesamten genetischen Datensatz für Krebserkrankungen bei Kindern am NCI Genomic Data Commons teilzunehmen.