게놈 시퀀싱을 사용하여 연골 종양 및 혈관 이상 뒤에 있는 유전자 발견

연구 설계:

이 연구에서는 올리에병(OD)과 마푸치 증후군(MS) 환자를 5년에 걸쳐 최대 100명까지 모집하고 등록할 예정이다. 각 참가자는 5일 이상의 입원환자 연구 방문을 위해 NIH 임상 센터(CC)에서 진료를 받게 됩니다.

방문 동안 다음 절차가 수행됩니다: 이중 에너지 X선 흡광측정법(DXA), 전신 X선, 자기공명혈관조영술(MRA), 전신 양전자 방출 단층촬영(PET) 스캔, 자기공명 이미징 (MRI) 및 뇌 단일 복셀 자기 공명 분광학. 연구진이 NIH CC에서 본 후, 참가자들은 NIH에서 완료된 모든 테스트 및 컨설팅 결과에 대한 요약을 받게 됩니다.

게놈 서열 분석에 등록된 가족 구성원은 NIH CC에서 어떠한 임상 평가도 받지 않습니다.

Gordon 박사는 NIH에서 연구 실행을 감독할 것입니다. Marini 박사는 원래 NIH 보조금 신청에 참여했으며 은퇴했지만 NIH에서 명예 과학자/자원봉사자로 임명된 상태를 유지하고 있습니다. Marini 박사는 수석 임상 컨설턴트로 프로토콜을 수행하고 NIH CC에서 일할 것입니다. 그녀는 참가자의 동의를 얻지 않을 것이지만 많은 연구 방문에 참석할 것입니다.

JHU 연구팀의 구성원은 NIH에서 작업 및/또는 관찰할 수 있는 허가를 받습니다. 그러나 그들은 NIH 연구 팀의 일부로 간주되지 않으며 NIH Associate Investigators로 식별되지 않습니다.

목표:

올리에병(OD)과 마푸치 증후군(MS)은 유아기 동안 심각한 골격 기형을 초래하고 연골육종 및 기타 악성 종양의 위험을 증가시키는 다발성 연골종을 특징으로 합니다. MS 환자에게는 혈관 이상이 있습니다. 연골육종은 연골 세포에서 발생하는 악성 종양입니다. 골수종, 골육종에 이어 세 번째로 흔한 뼈의 원발성 악성종양입니다. 이는 골종양의 약 20%를 차지하며 미국에서는 매년 약 600명의 환자에게서 진단됩니다. 연골육종의 최대 40%는 내연골종에서 발생합니다. OD에서 연골육종의 위험은 최대 45.8%이고 MS에서는 최대 57.1%입니다. 현재 이러한 장애가 있는 환자에 대한 유일한 치료법은 수술입니다. 효과적인 약물치료는 없습니다.

우리는 MC를 유발하는 PTPN11(비수용체 단백질 티로신 포스파타제 SHP2를 코딩함)에서 기능 변이의 이형접합 생식계열 손실을 확인했습니다. 예비 연구에서 우리는 MS 환자의 망상혈관내피종에서 PTPN11 R138X 변종과 OD 환자에서 생식선 PTPN11 L560F 변이를 확인했습니다. PTPN11은 EGFR 및 FGFR을 포함한 여러 수용체 티로신 키나제 하류의 RAS/MAPK 신호 전달의 초기 단계에 관여하는 세포질 단백질 티로신 포스파타제인 SHP2를 암호화합니다. 면역블롯 분석을 사용하여 우리는 MC 및 OD 환자의 섬유아세포에서 이 경로의 최종 산물인 pERK1 및 2의 발현을 측정했으며 대조군과 비교하여 환자에서 pERK1 및 2의 발현 감소를 관찰했습니다(Sobreira et al., 미출판). 유사하게, Ptpn11 조건부 녹아웃 마우스 모델에서의 실험에서는 SHP2가 결여된 연골세포에서 ERK1/2 신호전달이 감소된 것으로 나타났습니다. 종합하면, 이러한 결과는 RAS/MAPK 신호의 감소가 연골종의 형성으로 이어질 수 있음을 시사합니다. MS 및 OD 환자의 일부 종양에서 IDH1과 2의 이형접합성 체세포 변종이 확인되었습니다. 영향을 받은 개체의 생식선 DNA에서는 두 변이 모두 확인되지 않았습니다. 그리고 우리의 예비 연구에서는 IDH1 및 2와 상호작용하는 것으로 알려진 2개의 유전자인 생식선 변이체 KDM4C 및 HIF1A를 다중 연골종을 가진 관련 없는 2개의 발단체의 후보 유전자로 확인했습니다.

이러한 결과를 바탕으로 우리는 OD와 MS가 신경섬유종증 1형 및 신경초종증과 같은 생식선 변종에 의해 발생하는 종양 소인 증후군이라는 가설을 세웁니다. IDH1 및 IDH2와 같은 동일하거나 다른 유전자 또는 아직 확인된 다른 유전자의 후속 적중은 연골종 및 연골육종의 형성에 관여합니다. 더욱이 이러한 변종은 RAS/MAPK 경로를 하향 조절하거나 IDH1 및 2와 상호작용하는 유전자에 있을 가능성이 높습니다.

이 모델을 테스트하기 위해 우리는 다음과 같은 구체적인 목표를 추구할 것입니다.

구체적인 목표 1. OD 및 MS 환자의 표현형 특징을 포괄적으로 정의합니다.

가설: OD와 MS는 다양한 특징을 지닌 뚜렷한 특성이 잘 알려지지 않은 암 감수성 증후군입니다. 최근 우리는 OD 및 MS9 환자의 체계적인 평가를 위한 진단 및 감시 지침을 제안했습니다. 여기에서는 (a) NIH/CC에서 임상 및 가족력과 신체적 특징에 대한 자세한 평가를 수행하여 OD 및 MS 환자의 특징적인 표현형 특징의 전체 세트를 식별합니다. (b) 전신 MRI 또는 ​​X선, MRA 및 뇌 자기공명 분광학을 수행하여 내연골종 및 혈관 기형의 수, 크기 및 위치를 결정하고 이러한 환자의 다른 종양을 확인합니다. (c) 유전적, 대사적, 기능적 테스트를 위해 환자와 가족 구성원의 표본으로 구성된 바이오뱅크를 구축합니다.

구체적인 목표 2. 혈액, 연골종, 연골육종 및 관련 혈관종의 DNA에서 누락된 생식계열(및/또는 체세포 모자이크) 원인 변종(암호화 및 비암호화)을 검색합니다. 우리는 생식선과 종양(연골종, 연골육종, 혈관종) DNA에 대해 WGS를 수행하여 혈액 내 생식선 변종과 종양 형성에 관련된 후속 히트를 식별합니다. 또한 종양 샘플에서 분리한 RNA에 대해 RNA 염기서열분석(RNAseq)을 수행하여 유전자 발현 분석을 수행하고 이러한 장애에 영향을 미치는 다른 가능한 경로를 식별합니다. WGS에 의해 검출된 변이체, 특히 스플라이싱 및 RNA 풍부도에 각각 영향을 미치는 동의어 및 비코딩 변이체의 해석을 지원합니다.

구체적인 목표 3. 대체 유전 방식으로 인해 표준 분석이 원인 변이를 간과할 수 있다는 가설을 테스트하기 위해 일반적으로 고려되지 않는 대체 유전 방식을 조사하는 새로운 분석 접근법을 적용할 것입니다. 우리는 유전의 부계 및 모계 각인 방식을 조사하고 X-비활성화를 피하는 유전자에서 확인된 변종을 조사할 것입니다. WGS를 사용하면 X-비활성화를 피하는 X-연결 유전자의 변이와 Y-연결 유전자의 변이를 조사할 수도 있습니다.

구체적인 목표 4. HIF-1 경로에서 OD 또는 MS의 원인 변종의 효과를 확인합니다.

가설: OD 및 MS의 원인 변종은 HIF1A 및 그 표적 유전자의 하향 조절을 유발합니다. OD 및 MS 환자의 섬유아세포 및 연골종 샘플에서 얻은 RNAseq 데이터에 대한 예비 분석에서는 다른 암 환경과 달리 HIF-1 관련 유전자의 유도가 손상된 것으로 나타났습니다. HIF1A 변종은 질병을 유발하는 것으로 확인되지 않았지만 환자 중 7명은 이 유전자에 원인 변이를 가지고 있습니다. 우리는 HIF1A와 VHL이 대조군에 비해 OD와 MS 환자에서 더 높은 비율로 돌연변이가 발생한다는 것을 발견했습니다(p<0.05). 따라서 우리는 (a) 녹인 세포 기반 모델을 사용하여 HIF1A(7명의 환자에서 돌연변이), VHL(6명의 환자에서 돌연변이) 및 KDM4C(4명의 환자에서 돌연변이)에서 확인된 원인 변이의 효과를 조사할 것입니다. ) 이중 루시퍼라제 분석을 사용하여 HIF-1 전사 활성에 대해; (b) 연골종 RNAseq로 차등적으로 발현된 유전자와 파괴된 경로를 확인합니다.

구체적인 목표 5. 데이터 공유. 다른 프로젝트에서와 마찬가지로 데이터 공유를 용이하게 하기 위해 시퀀스 데이터를 dbGaP에 제출할 것입니다. JHM IRB는 공유가 NIH 게놈 정책과 일치하는지 결정합니다. 또한 후보 변종 및 유전자와 관련된 데이터로 다른 사람을 식별하기 위해 GeneMatcher 및 Matchmaker Exchange를 사용할 것입니다. 또한 ClinVar 및 COSMIC 데이터베이스에 데이터를 제출할 것입니다. 우리는 NCI Genomic Data Commons에서 Kids First 데이터 리소스와 소아암에 대한 전체 유전자 데이터 세트를 구축하기 위한 컨소시엄에 참여하기를 열망하고 있습니다.