Geenien paljastaminen rustokasvainten ja verisuonipoikkeavuuksien takana genomisen sekvensoinnin avulla

Opintosuunnitelma:

Tutkimukseen rekrytoidaan ja otetaan mukaan jopa 100 Ollierin tautia (OD) ja Maffuccin oireyhtymää (MS) sairastavaa potilasta viiden vuoden aikana. Jokainen osallistuja nähdään NIH Clinical Centerissä (CC) vähintään 5 päivää kestävällä laitoshoitokäynnillä.

Vierailun aikana suoritetaan seuraavat toimenpiteet: kaksoisenergiaröntgenabsorptiometria (DXA), koko kehon röntgenkuvaus, magneettiresonanssiangiografia (MRA), koko kehon positroniemissiotomografia (PET), magneettiresonanssi kuvantaminen (MRI) ja aivojen yhden vokselin magneettiresonanssispektroskopia. Kun tutkimusryhmä on nähnyt heidät NIH CC:ssä, osallistujat saavat yhteenvedon kaikista NIH:ssa suoritettujen testien ja konsultaatioiden tuloksista.

Perheenjäsenille, jotka on rekisteröity genomin sekvensointiin, ei tehdä kliinisiä arviointeja NIH:n CC:ssä.

Tri Gordon valvoo tutkimuksen toteuttamista NIH:ssa. Tri. Marini oli mukana alkuperäisessä NIH:n apurahahakemuksessa ja on jäänyt eläkkeelle, mutta hänellä on edelleen nimitys NIH:ssa emeritustutkijaksi/vapaaehtoiseksi. Tohtori Marini palvelee protokollaa Senior Clinical Consultantina ja työskentelee NIH CC:ssä. Hän ei suostu osallistumaan, mutta on läsnä monilla opintovierailuilla.

JHU-tutkimusryhmän jäsenillä on lupa työskennellä ja/tai tarkkailla NIH:ssa; heitä ei kuitenkaan pidetä osana NIH-tutkimusryhmää, eikä heitä tunnisteta NIH:n apulaistutkijoiksi.

Tavoitteet:

Ollierin taudille (OD) ja Maffuccin oireyhtymälle (MS) on tunnusomaista useita enkondroomeja, jotka johtavat vakaviin luuston epämuodostumisiin varhaislapsuudessa ja lisäävät hondrosarkoomien ja muiden pahanlaatuisten kasvainten riskiä. MS-potilailla on myös verisuonihäiriöitä. Kondrosarkooma on pahanlaatuinen kasvain, joka on peräisin rustosoluista. Se on kolmanneksi yleisin luun primaarinen pahanlaatuisuus myelooman ja osteosarkooman jälkeen. Se muodostaa noin 20 % luukasvaimista, ja se diagnosoidaan noin 600 potilaalla joka vuosi Yhdysvalloissa. Jopa 40 % kondrosarkoomista syntyy enkondroomasta. Kondrosarkooman riski OD:ssa on jopa 45,8 % ja MS:ssä jopa 57,1 %. Tällä hetkellä ainoa hoito näistä häiriöistä kärsiville potilaille on kirurginen; ei ole tehokasta farmakologista hoitoa.

Tunnistamme heterotsygoottisen ituradan toimintavarianttien menetyksen PTPN11:ssä (joka koodaa ei-reseptoriproteiinityrosiinifosfataasia SHP2:ta), mikä aiheuttaa MC:tä. Esitutkimuksissa tunnistimme myös PTPN11 R138X -variantin MS-potilaan retiformisessa hemangioendotelioomassa ja ituradan PTPN11 L560F -variantin OD-potilaalla. PTPN11 koodaa SHP2:ta, sytosolista proteiinityrosiinifosfataasia, joka on mukana RAS/MAPK-signaloinnin varhaisessa vaiheessa useiden reseptorityrosiinikinaasien, mukaan lukien EGFR ja FGFR, myötävirtaan. Käyttämällä immunoblot-analyysiä mittasimme tämän reitin lopputuotteiden, pERK1:n ja 2:n, ilmentymisen MC- ja OD-potilaiden fibroblasteissa ja havaitsimme pERK1:n ja 2:n vähentyneen ilmentymisen potilailla verrokkeihin verrattuna (Sobreira et ai., julkaisematon). Samoin Ptpn11-ehdollisilla knockout-hiirimalleilla tehdyt kokeet osoittivat vähentyneen ERK1/2-signaloinnin kondrosyyteissä, joista puuttui SHP2. Yhdessä nämä tulokset viittaavat siihen, että RAS/MAPK-signaloinnin väheneminen voi johtaa enkondroomien muodostumiseen. IDH1:n ja 2:n heterotsygoottisia somaattisia variantteja on tunnistettu MS- ja OD-potilaiden murto-osan kasvaimista. Kumpaakaan varianttia ei tunnistettu sairastuneiden yksilöiden ituradan DNA:ssa. Ja alustavat tutkimuksemme ovat tunnistaneet ituradan variantit KDM4C ja HIF1A, 2 geeniä, joiden tiedetään olevan vuorovaikutuksessa IDH1:n ja 2:n kanssa, ehdokasgeeneiksi kahdessa toisiinsa liittymättömässä koettimessa, joissa on useita enkondroomeja.

Näiden tulosten perusteella oletamme, että OD ja MS ovat kasvainalttiusoireyhtymiä, jotka aiheutuvat ituradan varianteista, kuten neurofibromatoosi tyyppi 1 ja schwannomatosis. Myöhemmät osumat samoihin tai erilaisiin geeneihin, kuten IDH1 ja IDH2 tai muihin toistaiseksi tunnistettuihin geeneihin, ovat mukana enkondroosien ja kondrosarkoomien muodostumisessa. Lisäksi nämä variantit todennäköisesti säätelevät alas RAS/MAPK-reittiä tai ovat geeneissä, jotka ovat vuorovaikutuksessa IDH1:n ja 2:n kanssa.

Tämän mallin testaamiseksi pyrimme seuraaviin erityisiin tavoitteisiin:

Erityinen tavoite 1. Määrittele kattavasti OD- ja MS-potilaiden fenotyyppiset ominaisuudet.

Hypoteesi: OD ja MS ovat erillisiä aliluonteisia syöpäalttiusoireyhtymiä, joilla on erilaisia ​​ominaisuuksia. Äskettäin ehdotimme diagnostisia ja valvontaohjeita OD- ja MS9-potilaiden systemaattiseen arviointiin. Tässä me: (a) tunnistamme täydellisen joukon fenotyyppisiä piirteitä, jotka ovat ominaisia ​​OD- ja MS-potilaille, suorittamalla yksityiskohtaisen arvioinnin heidän kliinisistä ja sukuhistoriastaan ​​sekä fyysisistä piirteistä NIH/CC:ssä; (b) määrittää enkondroomien ja verisuonipoikkeavuuksien lukumäärä, koko ja sijainti ja tunnistaa muut kasvaimet näissä potilaissa suorittamalla koko kehon MRI tai röntgenkuvaus, MRA ja aivojen magneettiresonanssispektroskopia; ja (c) perustaa potilaiden ja perheenjäsenten näytteiden biopankki geneettistä, metabolista ja toiminnallista testausta varten.

Erityinen tavoite 2. Etsi puuttuvia ituradan (ja/tai somaattisten mosaiikkien) kausatiivisia variantteja (koodaavia ja ei-koodaavia) DNA:sta verestä, enkondroomeista, kondrosarkoomista ja niihin liittyvistä hemangioomista. Suoritamme WGS:n ituradan ja kasvaimen (enkondrooma, kondrosarkoomat ja hemangioomat) DNA:lle tunnistaaksemme ituradan variantit verestä ja myöhemmät tuumorin muodostumiseen liittyvät osumat. Teemme myös RNA-sekvensoinnin (RNAseq) kasvainnäytteistä eristetylle RNA:lle suorittaaksemme geeniekspressioanalyysin ja tunnistaaksemme muut mahdolliset reitit, joihin nämä sairaudet vaikuttavat; ja auttaa tulkitsemaan WGS:n havaitsemia variantteja, erityisesti synonyymejä ja ei-koodaavia variantteja, jotka vaikuttavat silmukointiin ja RNA:n runsautta, vastaavasti.

Erityinen tavoite 3. Testataksemme hypoteesia, että standardianalyysi saattaa jättää huomiotta kausatiivisen muunnelman vaihtoehtoisen periytymistavan vuoksi, käytämme uusia analyyttisiä lähestymistapoja, jotka tutkivat vaihtoehtoisia periytymistapoja, joita tyypillisesti ei oteta huomioon. Tutkimme isän ja äidin periytymistapoja ja tutkimme geeneissä tunnistettuja variantteja, jotka välttyvät X-inaktivaatiolta. WGS:n avulla pystymme myös tutkimaan variantteja X-kytketyistä geeneistä, jotka välttyvät X-inaktivaatiolta, ja variantteja Y-kytketyissä geeneissä.

Erityinen tavoite 4. Määritä OD:n tai MS:n kausatiivisten varianttien vaikutus HIF-1-reitillä.

Hypoteesi: OD:n ja MS:n kausatiiviset variantit aiheuttavat HIF1A:n ja sen kohdegeenien alasäätelyä. Alustava analyysimme RNAseq-tiedoista fibroblasti- ja enchondromanäytteistä OD- ja MS-potilailta osoitti HIF-1:een liittyvien geenien heikentyneen induktion toisin kuin muissa syöpätapauksissa. HIF1A-variantteja ei ole tunnistettu tautia aiheuttaviksi, mutta seitsemällä potilaallamme on syyvariantti tässä geenissä. Havaitsimme, että HIF1A ja VHL mutatoituivat useammin OD- ja MS-potilailla verrattuna kontrolleihin (p<0,05). Siksi aiomme: (a) käyttää knock-in -solupohjaisia ​​malleja tutkiaksemme HIF1A:ssa (mutatoitunut seitsemällä potilaalla), VHL:ssä (mutatoitunut kuudessa potilaalla) ja KDM4C:ssä (mutatoitunut neljällä potilaalla) aiheuttamien varianttien vaikutusta. ) HIF-1:n transkriptioaktiivisuuteen käyttämällä kaksoislusiferaasimääritystä40; ja (b) tunnistaa erilaisesti ilmentyneet geenit ja häiriintyneet reitit enchondroma RNAseq:lla.

Erityinen tavoite 5. Tietojen jakaminen. Kuten muissakin projekteissa, lähetämme sekvenssitietomme dbGaP:lle tietojen jakamisen helpottamiseksi. JHM IRB päättää, että jakaminen on NIH:n genomipolitiikan mukaista. Lisäksi käytämme GeneMatcheria ja Matchmaker Exchangea tunnistaaksemme muut, joilla on tietoa ehdokasvarianteistamme ja geeneistämme. Lähetämme tietomme myös ClinVar- ja COSMIC-tietokantaan. Olemme innokkaita osallistumaan konsortioon, joka perustaa Kids First Data Resourcen ja yleisen lasten syöpien geneettisen tietojoukon NCI Genomic Data Commonsissa.