ゲノム配列決定を使用して軟骨腫瘍および血管異常の背後にある遺伝子を解明する

研究デザイン:

この研究では、5年間にわたってオーリエ病（OD）およびマフッチ症候群（MS）の患者を最大100人募集し、登録する予定である。 各参加者は、5 日以上の入院研究のために NIH 臨床センター (CC) で診察を受けます。

その訪問中に、次の手順が実行されます: 二重エネルギー X 線吸収測定 (DXA)、全身 X 線、磁気共鳴血管造影 (MRA)、全身陽電子放出断層撮影 (PET) スキャン、磁気共鳴検査画像処理（MRI）、および脳単一ボクセル磁気共鳴分光法。 研究チームがNIH CCで診察を受けた後、参加者はNIHで完了したすべての検査結果と相談結果の概要を受け取ります。

ゲノム配列決定のために登録された家族は、NIH CC で臨床評価を受けません。

ゴードン博士はNIHでの研究の実施を監督することになる。 マリーニ博士は最初の NIH 補助金申請に関与しており、退職しましたが、名誉科学者/ボランティアとして NIH に引き続き任命されています。 マリーニ博士は上級臨床コンサルタントとしてこのプロトコールに携わり、NIH CC で勤務します。 彼女は参加者に同意はしませんが、研究訪問の多くには同席します。

JHU 研究チームのメンバーには、NIH での勤務および/または観察の許可が与えられます。ただし、彼らは NIH 研究チームの一員とはみなされず、NIH 准研究員としても識別されません。

目的:

オーリエ病 (OD) とマフッチ症候群 (MS) は、幼児期に重度の骨格変形を引き起こし、軟骨肉腫やその他の悪性腫瘍のリスクを高める多発性軟骨腫を特徴としています。 MS患者には血管異常もあります。 軟骨肉腫は、軟骨細胞に由来する悪性腫瘍です。 これは、骨髄腫および骨肉腫に次いで 3 番目に一般的な原発性骨悪性腫瘍です。 骨腫瘍の約 20% を占め、米国では毎年約 600 人の患者が診断されています。 軟骨肉腫の最大 40% は内軟骨腫から発生します。 OD の軟骨肉腫のリスクは最大 45.8%、MS の場合は最大 57.1% です。 現在、これらの障害を持つ患者に対する唯一の治療法は外科手術です。効果的な薬物療法はありません。

われわれは、MCの原因となるPTPN11（非受容体タンパク質チロシンホスファターゼSHP2をコードする）のヘテロ接合性生殖細胞系機能喪失変異体を同定した。 予備研究では、MS患者の網状血管内皮腫におけるPTPN11 R138X変異体と、OD患者における生殖系列PTPN11 L560F変異体も同定した。 PTPN11 は、EGFR および FGFR を含むいくつかの受容体チロシンキナーゼの下流で RAS/MAPK シグナル伝達の初期段階に関与するサイトゾル プロテインチロシン ホスファターゼである SHP2 をコードします。 イムノブロット分析を使用して、我々はMCおよびOD患者の線維芽細胞におけるこの経路の最終産物であるpERK1および2の発現を測定し、対照と比較して患者におけるpERK1および2の発現の減少を観察した(Sobreira et al.、未発表)。 同様に、Ptpn11コンディショナルノックアウトマウスモデルにおける実験では、SHP2を欠く軟骨細胞におけるERK1/2シグナル伝達の減少が示された。 総合すると、これらの結果は、RAS/MAPK シグナル伝達の減少が軟骨細胞腫の形成につながる可能性があることを示唆しています。 IDH1 および IDH2 のヘテロ接合体細胞変異体は、MS および OD 患者の一部の腫瘍で同定されています。 どちらの変異も、罹患者の生殖系列 DNA では確認されませんでした。 そして、私たちの予備研究では、IDH1および2と相互作用することが知られている2つの遺伝子である生殖細胞系列変異体KDM4CおよびHIF1Aが、複数の軟骨腫を有する血縁関係のない発端者2人の候補遺伝子として同定されました。

これらの結果に基づいて、OD および MS は神経線維腫症 1 型や神経鞘腫症などの生殖細胞系列変異によって引き起こされる腫瘍素因症候群であるという仮説を立てています。 IDH1 および IDH2 などの同じ遺伝子または異なる遺伝子、またはその他のまだ同定されていない遺伝子におけるその後のヒットは、内軟骨腫および軟骨肉腫の形成に関与します。 さらに、これらの変異体は RAS/MAPK 経路を下方制御しているか、IDH1 および 2 と相互作用する遺伝子内にある可能性があります。

このモデルをテストするために、次の具体的な目的を追求します。

具体的な目的 1. OD および MS 患者の表現型の特徴を包括的に定義する。

仮説: OD と MS は、多様な特徴を持つ明確に特徴付けられていない癌感受性症候群です。 最近、我々は、OD および MS9 患者の体系的な評価のための診断および監視ガイドラインを提案しました。 ここでは、(a) NIH/CC で患者の臨床歴、家族歴、身体的特徴の詳細な評価を実行することにより、OD および MS 患者に特徴的な表現型特徴の完全なセットを特定します。 (b) 全身 MRI または X 線、MRA、および脳磁気共鳴分光法を実行することにより、内軟骨腫および血管異常の数、サイズ、および位置を決定し、これらの患者の他の腫瘍を特定する。 (c) 遺伝子検査、代謝検査、および機能検査のための患者および家族からの検体のバイオバンクを確立する。

具体的な目的 2. 血液、軟骨内腫、軟骨肉腫、および関連する血管腫からの DNA 内で欠落している生殖系列 (および/または体細胞モザイク) の原因となる変異 (コーディングおよび非コーディング) を検索します。 生殖細胞系列および腫瘍 (軟骨腫、軟骨肉腫、血管腫) DNA に対して WGS を実行し、血液中の生殖細胞系列変異体とその後の腫瘍形成に関与するヒットを特定します。 また、腫瘍サンプルから単離した RNA に対して RNA シークエンシング (RNAseq) を行って遺伝子発現解析を行い、これらの疾患で影響を受ける可能性のある他の経路を特定します。また、WGS によって検出されたバリアント、特にスプライシングと RNA 存在量にそれぞれ影響を与える同義バリアントと非コーディング バリアントの解釈を支援します。

具体的な目的 3. 標準的な分析では別の遺伝様式が原因で原因となる変異を見落とす可能性があるという仮説を検証するために、通常は考慮されていない別の遺伝様式を調査する新しい分析アプローチを適用します。 私たちは、父方および母方の遺伝の刷り込み様式を調査し、X 不活化を回避する遺伝子で同定された変異体を調査する予定です。 WGS を使用すると、X 不活化を回避する X 連鎖遺伝子の変異体や Y 連鎖遺伝子の変異体を調査することもできます。

具体的な目的 4. HIF-1 経路における OD または MS の原因となる変異の影響を判定する。

仮説: OD および MS の原因となる変異は、HIF1A とその標的遺伝子の下方制御を引き起こします。 OD および MS 患者の線維芽細胞および軟骨腫サンプルから得た RNAseq データの予備分析では、他のがん設定とは対照的に、HIF-1 関連遺伝子の誘導が障害されていることを示しました。 HIF1A 変異は病気の原因として特定されていませんが、患者のうち 7 人はこの遺伝子に原因となる変異を持っています。 我々は、コントロールと比較して、OD および MS の患者において HIF1A および VHL がより高い割合で変異していることを発見しました (p<0.05)。 したがって、我々は、(a) ノックイン細胞ベースのモデルを使用して、HIF1A (患者 7 人で変異)、VHL (患者 6 人で変異)、および KDM4C (患者 4 人で変異) で特定した原因となる変異の影響を調査します。 ）デュアルルシフェラーゼアッセイを使用した HIF-1 転写活性に関する研究 40。 (b) 軟骨腫 RNAseq を使用して、差次的に発現される遺伝子と破壊された経路を同定します。

具体的な目的 5. データ共有。 他のプロジェクトで行っているように、データ共有を促進するために配列データを dbGaP に送信します。 JHM IRB は、共有が NIH のゲノム政策と一致しているかどうかを判断します。 また、候補のバリアントと遺伝子に関連するデータを使用して他者を特定するために、GeneMatcher と Matchmaker Exchange を使用します。 また、データを ClinVar および COSMIC データベースに送信します。 私たちは、Kids First データ リソースを確立し、NCI Genomic Data Commons で小児がんの全体的な遺伝データセットを確立するコンソーシアムに参加することに熱心です。