Descubriendo genes detrás de tumores de cartílago y anomalías vasculares mediante secuenciación genómica

Diseño del estudio:

El estudio reclutará e inscribirá hasta 100 pacientes con enfermedad de Ollier (OD) y síndrome de Maffucci (EM) durante cinco años. Cada participante será atendido en el Centro Clínico (CC) de los NIH para una visita del estudio como paciente hospitalizado de 5 días o más.

Durante esa visita, se realizarán los siguientes procedimientos: absorciometría de rayos X de energía dual (DXA), rayos X de cuerpo entero, angiografía por resonancia magnética (ARM), tomografía por emisión de positrones (PET) de cuerpo entero, resonancia magnética imágenes (MRI) y espectroscopia de resonancia magnética de un solo vóxel del cerebro. Después de ser atendidos en el NIH CC por el equipo de estudio, los participantes recibirán un resumen de todos los resultados de las pruebas y consultas realizadas en el NIH.

Los familiares inscritos para la secuenciación del genoma no se someterán a ninguna evaluación clínica en el NIH CC.

El Dr. Gordon supervisará la implementación del estudio en los NIH. La Dra. Marini participó en la solicitud de subvención original de los NIH y se jubiló, pero conserva un nombramiento en los NIH como científica emérita/voluntaria. El Dr. Marini participará en el protocolo como consultor clínico senior y trabajará en el NIH CC. Ella no dará su consentimiento a los participantes, pero estará presente en muchas de las visitas del estudio.

Los miembros del equipo de estudio de JHU tendrán permiso para trabajar y/u observar en los NIH; sin embargo, no se los considerará parte del equipo de estudio de los NIH y no se los identificará como investigadores asociados de los NIH.

Objetivos:

La enfermedad de Ollier (OD) y el síndrome de Maffucci (MS) se caracterizan por múltiples encondromas que provocan deformidades esqueléticas graves durante la primera infancia y un mayor riesgo de condrosarcomas y otras neoplasias malignas. Los pacientes con EM también presentan anomalías vasculares. El condrosarcoma es un tumor maligno que se origina a partir de células cartilaginosas. Es la tercera neoplasia maligna primaria de hueso más común después del mieloma y el osteosarcoma. Representa aproximadamente el 20 % de los tumores óseos y se diagnostica en aproximadamente 600 pacientes cada año en los Estados Unidos. Hasta el 40% de los condrosarcomas surgen de un encondroma. El riesgo de condrosarcoma en la DO es de hasta el 45,8% y en la EM de hasta el 57,1%. Actualmente, el único tratamiento para pacientes con estos trastornos es quirúrgico; no existe una terapia farmacológica eficaz.

Identificamos variantes heterocigotas de pérdida de función de la línea germinal en PTPN11 (que codifica una proteína tirosina fosfatasa SHP2 no receptora) que causan MC. En estudios preliminares, también identificamos la variante PTPN11 R138X en un hemangioendotelioma retiforme de un paciente con EM y la variante de línea germinal PTPN11 L560F en un paciente con OD. PTPN11 codifica SHP2, una proteína tirosina fosfatasa citosólica involucrada en un paso temprano en la señalización RAS/MAPK aguas abajo de varios receptores tirosina quinasas, incluidos EGFR y FGFR. Mediante análisis de inmunotransferencia, medimos la expresión de los productos finales de esta vía, pERK1 y 2 en fibroblastos de pacientes con MC y OD y observamos una expresión disminuida de pERK1 y 2 en pacientes en comparación con los controles (Sobreira et al., no publicado). De manera similar, los experimentos en los modelos de ratones con desactivación condicional de Ptpn11 mostraron una señalización reducida de ERK1/2 en condrocitos que carecen de SHP2. En conjunto, estos resultados sugieren que la reducción de la señalización RAS/MAPK puede conducir a la formación de encondromas. Se han identificado variantes somáticas heterocigotas de IDH1 y 2 en los tumores de una fracción de los pacientes con EM y OD. Ninguna variante fue identificada en el ADN de la línea germinal de los individuos afectados. Y nuestros estudios preliminares han identificado variantes de la línea germinal KDM4C y HIF1A, 2 genes que se sabe que interactúan con IDH1 y 2, como genes candidatos en 2 probandos no relacionados con múltiples encondromas.

Sobre la base de estos resultados, planteamos la hipótesis de que la DO y la EM son síndromes de predisposición tumoral causados ​​por variantes de la línea germinal como la neurofibromatosis tipo 1 y la schwannomatosis. Los impactos posteriores en genes iguales o diferentes, como IDH1 e IDH2, u otros genes aún identificados, están implicados en la formación de encondromas y condrosarcomas. Además, es probable que estas variantes regulen negativamente la vía RAS/MAPK o se encuentren en genes que interactúan con IDH1 y 2.

Para probar este modelo, perseguiremos los siguientes objetivos específicos:

Objetivo específico 1. Definir de manera integral las características fenotípicas de los pacientes con DO y EM.

Hipótesis: la DO y la EM son síndromes distintos de susceptibilidad al cáncer poco caracterizados con características diversas. Recientemente, propusimos pautas de diagnóstico y vigilancia para la evaluación sistemática de pacientes con DO y EM9. Aquí, vamos a: (a) identificar el conjunto completo de características fenotípicas características de los pacientes con OD y EM mediante la realización de una evaluación detallada de sus historias clínicas y familiares y características físicas en el NIH/CC; (b) determinar el número, tamaño y ubicación de encondromas y anomalías vasculares e identificar otros tumores en estos pacientes mediante la realización de resonancia magnética o rayos X de cuerpo completo, ARM y espectroscopia de resonancia magnética cerebral; y (c) establecer un biobanco de muestras de pacientes y familiares para pruebas genéticas, metabólicas y funcionales.

Objetivo específico 2. Buscar variantes causantes faltantes de la línea germinal (y / o mosaico somático) (codificantes y no codificantes) en ADN de sangre, encondromas, condrosarcomas y hemangiomas asociados. Realizaremos WGS en ADN de línea germinal y tumoral (encondroma, condrosarcomas y hemangiomas) para identificar las variantes de la línea germinal en la sangre y los aciertos posteriores involucrados en la formación del tumor. También realizaremos secuenciación de ARN (RNAseq) sobre ARN aislado de muestras tumorales para realizar un análisis de expresión génica e identificar otras posibles vías afectadas en estos trastornos; y para ayudar a la interpretación de variantes detectadas por WGS, especialmente variantes sinónimas y no codificantes que afectan el empalme y la abundancia de ARN, respectivamente.

Objetivo específico 3. Para probar la hipótesis de que el análisis estándar puede pasar por alto una variante causal debido a un modo de herencia alternativo, aplicaremos enfoques analíticos novedosos que investiguen modos de herencia alternativos que normalmente no se consideran. Investigaremos los modos de herencia de impronta paterna y materna e investigaremos variantes identificadas en los genes que escapan a la inactivación de X. Con WGS, también podremos investigar las variantes de genes ligados a X que escapan a la inactivación de X y las variantes de genes ligados a Y.

Objetivo específico 4. Determinar el efecto de las variantes causantes de OD o EM en la vía HIF-1.

Hipótesis: las variantes causantes de OD y EM provocan una regulación negativa de HIF1A y sus genes diana. Nuestro análisis preliminar de los datos de RNAseq de muestras de fibroblastos y encondroma de pacientes con DO y EM mostró una inducción deficiente de genes relacionados con HIF-1 en contraste con otros entornos de cáncer. Las variantes de HIF1A no han sido identificadas como causantes de la enfermedad, pero siete de nuestros pacientes tienen una variante causante en este gen. Descubrimos que HIF1A y VHL mutaron a una tasa mayor entre los pacientes con OD y EM en comparación con los controles (p <0,05). Por lo tanto, vamos a: (a) utilizar modelos basados ​​en células knock-in para investigar el efecto de las variantes causales que identificamos en HIF1A (mutada en siete pacientes), VHL (mutada en seis pacientes) y KDM4C (mutada en cuatro pacientes). ) sobre la actividad transcripcional de HIF-1 utilizando un ensayo de luciferasa dual40; y (b) identificar genes expresados ​​diferencialmente y vías alteradas con encondroma RNAseq.

Objetivo específico 5. Intercambio de datos. Como estamos haciendo en otros proyectos, enviaremos nuestros datos de secuencia a dbGaP para facilitar el intercambio de datos. El JHM IRB tomará la determinación de que el intercambio es consistente con la política genómica de los NIH. Además, para identificar a otros con datos relevantes para nuestras variantes y genes candidatos, utilizaremos GeneMatcher y Matchmaker Exchange. También enviaremos nuestros datos a la base de datos ClinVar y COSMIC. Estamos ansiosos por participar en un consorcio para establecer Kids First Data Resource y el conjunto de datos genéticos generales para cánceres infantiles en NCI Genomic Data Commons.