A porcdaganatok és az érrendszeri anomáliák mögötti gének feltárása genomi szekvenálás segítségével

Tanulmánytervezés:

A tanulmány öt éven keresztül legfeljebb 100 Ollier-kórban (OD) és Maffucci-szindrómában (MS) szenvedő beteget vesz fel és von be. Minden résztvevőt az NIH Klinikai Központjában (CC) látnak 5 napos vagy hosszabb fekvőbeteg tanulmányi látogatáson.

A látogatás során a következő eljárásokat hajtják végre: kettős energiás röntgenabszorptiometria (DXA), teljes test röntgen, mágneses rezonancia angiográfia (MRA), teljes test pozitronemissziós tomográfia (PET), mágneses rezonancia képalkotás (MRI) és agyi egyvoxel mágneses rezonancia spektroszkópia. Miután a vizsgálati csoport megtekintette őket az NIH CC-ben, a résztvevők összefoglalót kapnak az NIH-ban elvégzett tesztek és konzultációk eredményeiről.

A genomszekvenálásra beiratkozott családtagok nem esnek át semmilyen klinikai értékelésen az NIH CC-ben.

Dr. Gordon felügyeli a tanulmány végrehajtását az NIH-nál. Dr. Marini részt vett az eredeti NIH-támogatási kérelemben, és nyugdíjba vonult, de megtartja kinevezését az NIH-nál, mint Scientist Emeritus/Önkéntes. Dr. Marini vezető klinikai tanácsadóként fog szolgálni a protokoll szerint, és az NIH CC-ben fog dolgozni. Nem ad beleegyezést a résztvevőkbe, de számos tanulmányi látogatáson jelen lesz.

A JHU kutatócsoport tagjai engedélyt kapnak az NIH-nál dolgozni és/vagy megfigyelni; azonban nem tekintik őket az NIH vizsgálati csoport részének, és nem azonosítják őket NIH társult nyomozóként.

Célok:

Az Ollier-kórt (OD) és a Maffucci-szindrómát (MS) többszörös enchondroma jellemzi, amelyek a korai gyermekkorban súlyos csontváz-deformitásokat okoznak, és növelik a hondrosarcomák és más rosszindulatú daganatok kockázatát. Az SM-ben szenvedő betegek érrendszeri anomáliái is vannak. A chondroszarkóma egy rosszindulatú daganat, amely porcos sejtekből származik. Ez a harmadik leggyakoribb primer rosszindulatú csontdaganat a myeloma és az osteosarcoma után. A csontdaganatok körülbelül 20%-át teszi ki, és évente körülbelül 600 betegnél diagnosztizálják az Egyesült Államokban. A chondrosarcomák akár 40%-a enchondromából származik. A chondrosarcoma kockázata OD-ban akár 45,8%, SM-ben pedig akár 57,1%. Jelenleg az ilyen rendellenességekben szenvedő betegek egyetlen kezelése sebészi; nincs hatékony farmakológiai terápia.

A PTPN11-ben (amely egy nem-receptor protein tirozin-foszfatáz SHP2-t kódol) heterozigóta csíravonal-vesztést azonosítottunk, amely MC-t okoz. Előzetes vizsgálatok során azonosítottuk a PTPN11 R138X variánst egy SM-es beteg retiform hemangioendotheliomájában és a csíravonal PTPN11 L560F variánst egy OD-ban szenvedő betegben. A PTPN11 az SHP2-t kódolja, egy citoszolikus protein tirozin-foszfatázt, amely részt vesz a RAS/MAPK jelátvitel korai lépésében, számos receptor tirozin kináz, köztük az EGFR és az FGFR mellett. Immunoblot analízissel mértük ennek az útvonalnak a végtermékeinek, a pERK1 és 2 expresszióját MC-ben és OD-ban szenvedő betegek fibroblasztjaiban, és a pERK1 és 2 expressziójának csökkenését figyeltük meg a betegekben a kontrollokhoz képest (Sobreira et al., nem publikált). Hasonlóképpen, a Ptpn11 feltételes knockout egérmodellekkel végzett kísérletek csökkent ERK1/2 jelátvitelt mutattak az SHP2-t nem tartalmazó porcsejtekben. Összességében ezek az eredmények azt sugallják, hogy a RAS/MAPK jelátvitel csökkenése enchondromák kialakulásához vezethet. Az IDH1 és 2 heterozigóta szomatikus változatait az SM-ben és OD-ban szenvedő betegek egy részének daganataiban azonosították. Az érintett egyedek csíravonal DNS-ében egyik változatot sem azonosították. Előzetes tanulmányaink pedig a KDM4C és a HIF1A csíravonal-variánsokat azonosították, két olyan gént, amelyekről ismert, hogy kölcsönhatásba lépnek az IDH1-vel és a 2-vel, mint jelölt géneket két nem rokon, többszörös enchondromával rendelkező probandában.

Ezen eredmények alapján feltételezzük, hogy az OD és az MS olyan csíravonal-variánsok által okozott tumor hajlamos szindrómák, mint az 1-es típusú neurofibromatosis és a schwannomatosis. Az azonos vagy különböző génekben, például IDH1-ben és IDH2-ben, vagy más, eddig azonosított génekben történő későbbi találatok szerepet játszanak az enchondromák és chondrosarcomák kialakulásában. Ezenkívül ezek a variánsok valószínűleg leszabályozzák a RAS/MAPK útvonalat, vagy olyan génekben vannak, amelyek kölcsönhatásba lépnek az IDH1-vel és 2-vel.

A modell teszteléséhez a következő konkrét célokat fogjuk követni:

Specifikus cél 1. Az OD és SM betegek fenotípusos jellemzőinek átfogó meghatározása.

Hipotézis: Az OD és az MS különböző, alulkarakterizált rákérzékenységi szindrómák, amelyek különböző jellemzőkkel rendelkeznek. Nemrég diagnosztikai és felügyeleti irányelveket javasoltunk az OD-ban és MS9-ben szenvedő betegek szisztematikus értékelésére. Itt fogjuk: (a) azonosítani az OD-ban és SM-ben szenvedő betegekre jellemző fenotípusos jellemzők teljes készletét, klinikai és családi anamnézisük és fizikai jellemzőik részletes felmérésével az NIH/CC-ben; (b) meghatározza az enchondromák és vaszkuláris anomáliák számát, méretét és elhelyezkedését, és más daganatokat azonosítani ezeknél a betegeknél teljes test MRI vagy röntgen, MRA és agyi mágneses rezonancia spektroszkópia elvégzésével; és (c) genetikai, anyagcsere- és funkcionális vizsgálat céljából biobankot hoz létre a betegektől és családtagoktól származó mintákból.

Specifikus cél 2. Hiányzó csíravonal (és/vagy szomatikus mozaik) kórokozó-változatok (kódoló és nem kódoló) keresése vérből, enchondromákból, chondrosarcomákból és kapcsolódó hemangiomákból származó DNS-ben. WGS-t végzünk csíravonal és tumor (enchondroma, chondrosarcoma és hemangioma) DNS-en, hogy azonosítsuk a vérben lévő csíravonal-variánsokat és a tumor kialakulásában szerepet játszó későbbi találatokat. RNS-szekvenálást (RNAseq) is végzünk a tumormintákból izolált RNS-en, hogy elvégezzük a génexpressziós elemzést és azonosítsuk az ezen rendellenességekben érintett egyéb lehetséges útvonalakat; valamint a WGS által kimutatott variánsok értelmezésének elősegítése, különösen a szinonim és nem kódoló változatok, amelyek befolyásolják a splicinget és az RNS-bőséget.

Konkrét cél 3. Annak a hipotézisnek a tesztelésére, hogy a standard elemzés figyelmen kívül hagyhatja az ok-okozati variánst az alternatív öröklődési mód miatt, új analitikai megközelítéseket alkalmazunk, amelyek jellemzően nem vették figyelembe az alternatív öröklődési módokat. Megvizsgáljuk az apai és anyai imprinting öröklődési módokat, és megvizsgáljuk az X-inaktivációt elkerülő génekben azonosított változatokat. A WGS segítségével az X-kapcsolt gének azon változatait is megvizsgálhatjuk, amelyek elkerülik az X-inaktivációt, illetve az Y-kapcsolt gének változatait.

Specifikus cél 4. Határozza meg az OD vagy MS kiváltó variánsainak hatását a HIF-1 útvonalon.

Hipotézis: Az OD és MS kiváltó variánsai a HIF1A és célgénjei downregulációját okozzák. Az OD-ban és SM-ben szenvedő betegek fibroblaszt- és enchondroma-mintáiból származó RNAseq-adatok előzetes elemzése a HIF-1-hez kapcsolódó gének károsodott indukcióját mutatta, ellentétben más rákbetegségekkel. A HIF1A variánsokat nem azonosították betegséget okozóként, de hét betegünknél van kórokozó variáns ebben a génben. Megállapítottuk, hogy a HIF1A és a VHL nagyobb arányban mutálódott az OD és SM betegek körében, mint a kontrollokban (p<0,05). Ezért a következőket fogjuk: (a) beütő sejt alapú modellekkel megvizsgálni az általunk azonosított kórokozó variánsok hatását a HIF1A-ban (hét betegben mutált), a VHL-ben (hat betegben mutált) és a KDM4C-ben (négy betegben mutált) ) a HIF-1 transzkripciós aktivitására kettős luciferáz vizsgálattal40; és (b) azonosítja a differenciálisan expresszált géneket és az enchondroma RNAseq.

Konkrét cél 5. Adatmegosztás. Más projektekhez hasonlóan a szekvenciaadatokat elküldjük a dbGaP-nek az adatmegosztás megkönnyítése érdekében. A JHM IRB meg fogja határozni, hogy a megosztás összhangban van az NIH genomikai politikájával. Ezenkívül a GeneMatchert és a Matchmaker Exchange-t fogjuk használni, hogy azonosíthassunk másokat a jelölt variánsainkkal és génjeinkre vonatkozó adatokkal. Adatainkat a ClinVar és a COSMIC adatbázisba is elküldjük. Szívesen veszünk részt egy konzorciumban, amely létrehozza a Kids First Data Resource-t és a gyermekkori rákos megbetegedések általános genetikai adatkészletét az NCI Genomic Data Commons-nál.