Genen blootleggen achter kraakbeentumoren en vasculaire afwijkingen met behulp van genomische sequencing

Studieontwerp:

Voor de studie zullen gedurende vijf jaar maximaal 100 patiënten met de ziekte van Ollier (OD) en het Maffucci-syndroom (MS) worden gerekruteerd en ingeschreven. Elke deelnemer wordt gezien in het NIH Clinical Center (CC) voor een intramuraal studiebezoek van 5 dagen of langer.

Tijdens dat bezoek zullen de volgende procedures worden uitgevoerd: dual-energy röntgenabsorptiometrie (DXA), röntgenfoto van het hele lichaam, magnetische resonantie-angiografie (MRA), positronemissietomografie (PET)-scan van het hele lichaam, een magnetische resonantie-angiografie beeldvorming (MRI) en magnetische resonantiespectroscopie met één voxel van de hersenen. Na gezien te zijn door het onderzoeksteam in de NIH CC, ontvangen de deelnemers een samenvatting van alle resultaten van de tests en consulten die bij de NIH zijn uitgevoerd.

Familieleden die zijn ingeschreven voor genoomsequencing zullen geen klinische evaluaties ondergaan bij de NIH CC.

Dr. Gordon zal toezicht houden op de uitvoering van de studie bij de NIH. Dr. Marini was betrokken bij de oorspronkelijke NIH-subsidieaanvraag en is met pensioen, maar ze behoudt een aanstelling bij de NIH als emeritus wetenschapper/vrijwilliger. Dr. Marini zal als Senior Clinical Consultant aan het protocol werken en bij de NIH CC werken. Ze zal geen toestemming geven aan de deelnemers, maar zal bij veel van de studiebezoeken aanwezig zijn.

Leden van het JHU-studieteam krijgen toestemming om te werken en/of te observeren bij de NIH; zij zullen echter niet worden beschouwd als onderdeel van het NIH-studieteam en zullen niet worden geïdentificeerd als NIH Associate Investigators.

Doelstellingen:

De ziekte van Ollier (OD) en het Maffucci-syndroom (MS) worden gekenmerkt door meerdere enchondromen die resulteren in ernstige skeletmisvormingen tijdens de vroege kinderjaren en een verhoogd risico op hondrosarcomen en andere maligniteiten. Patiënten met MS hebben ook vasculaire afwijkingen. Chondrosarcoom is een kwaadaardige tumor die ontstaat uit kraakbeencellen. Het is de derde meest voorkomende primaire maligniteit van het bot, na myeloom en osteosarcoom. Het is verantwoordelijk voor ongeveer 20% van de bottumoren en wordt in de Verenigde Staten jaarlijks bij ongeveer 600 patiënten gediagnosticeerd. Tot 40% van de chondrosarcomen komt voort uit een enchondroom. Het risico op chondrosarcoom bij OD bedraagt ​​maximaal 45,8% en bij MS maximaal 57,1%. Momenteel is de enige behandeling voor patiënten met deze aandoeningen chirurgisch; er bestaat geen effectieve farmacologische therapie.

We identificeerden heterozygote varianten van kiemlijnverlies in PTPN11 (die coderen voor een niet-receptoreiwit tyrosinefosfatase SHP2) die MC veroorzaken. In voorlopige onderzoeken hebben we ook de PTPN11 R138X-variant geïdentificeerd bij een retiform hemangio-endothelioom van een patiënt met MS en de kiemlijn PTPN11 L560F-variant bij een patiënt met OD. PTPN11 codeert voor SHP2, een cytosolisch eiwittyrosinefosfatase dat betrokken is bij een vroege stap in de RAS/MAPK-signalering stroomafwaarts van verschillende receptortyrosinekinasen, waaronder EGFR en FGFR. Met behulp van immunoblotanalyse hebben we de expressie van de eindproducten van deze route, pERK1 en 2, gemeten in fibroblasten van patiënten met MC en OD en hebben we een verminderde expressie van pERK1 en 2 waargenomen bij patiënten vergeleken met de controles (Sobreira et al., niet gepubliceerd). Op dezelfde manier toonden experimenten in de Ptpn11 voorwaardelijke knock-out muismodellen verminderde ERK1/2-signalering in chondrocyten zonder SHP2. Alles bij elkaar suggereren deze resultaten dat reductie van RAS/MAPK-signalering kan leiden tot de vorming van enchondromen. Heterozygote somatische varianten van IDH1 en 2 zijn geïdentificeerd in de tumoren van een fractie van de patiënten met MS en OD. Geen van beide varianten werd geïdentificeerd in het kiemlijn-DNA van de getroffen individuen. En onze voorlopige studies hebben de kiemlijnvarianten KDM4C en HIF1A geïdentificeerd, twee genen waarvan bekend is dat ze interageren met IDH1 en 2, als de kandidaatgenen in 2 niet-verwante probands met meerdere enchondromen.

Op basis van deze resultaten veronderstellen we dat OD en MS tumorpredispositiesyndromen zijn, veroorzaakt door kiembaanvarianten zoals neurofibromatose type 1 en schwannomatose. Daaropvolgende treffers in dezelfde of verschillende genen zoals IDH1 en IDH2 of andere tot nu toe geïdentificeerde genen zijn betrokken bij de vorming van enchondromen en chondrosarcomen. Bovendien reguleren deze varianten waarschijnlijk de RAS/MAPK-route of zitten ze in genen die interageren met IDH1 en 2.

Om dit model te testen, zullen we de volgende specifieke doelstellingen nastreven:

Specifiek doel 1. De fenotypische kenmerken van patiënten met OD en MS uitgebreid definiëren.

Hypothese: OD en MS zijn afzonderlijke, ondergekarakteriseerde kankergevoeligheidssyndromen met uiteenlopende kenmerken. Onlangs hebben we diagnostische en surveillancerichtlijnen voorgesteld voor de systematische evaluatie van patiënten met OD en MS9. Hier zullen we: (a) de volledige reeks fenotypische kenmerken identificeren die kenmerkend zijn voor patiënten met OD en MS door een gedetailleerde beoordeling uit te voeren van hun klinische en familiegeschiedenis en fysieke kenmerken bij de NIH/CC; (b) het aantal, de grootte en de locatie van enchondromen en vasculaire afwijkingen bepalen en andere tumoren bij deze patiënten identificeren door het uitvoeren van MRI of röntgenstraling van het hele lichaam, MRA en magnetische resonantiespectroscopie van de hersenen; en (c) het opzetten van een biobank met specimens van patiënten en familieleden voor genetische, metabolische en functionele tests.

Specifiek doel 2. Zoeken naar ontbrekende kiembaan- (en/of somatische mozaïek) causatieve varianten (coderend en niet-coderend) in DNA uit bloed, enchondromen, chondrosarcomen en geassocieerde hemangiomen. We zullen WGS uitvoeren op kiembaan- en tumor-DNA (enchondroma, chondrosarcomen en hemangiomen) om de kiembaanvarianten in het bloed en de daaropvolgende treffers die betrokken zijn bij de vorming van de tumor te identificeren. We zullen ook RNA-sequencing (RNAseq) uitvoeren op RNA dat is geïsoleerd uit tumormonsters om een ​​genexpressieanalyse uit te voeren en andere mogelijke routes te identificeren die bij deze aandoeningen worden beïnvloed; en om te helpen bij de interpretatie van varianten gedetecteerd door WGS, vooral synonieme en niet-coderende varianten die respectievelijk de splitsing en RNA-abundantie beïnvloeden.

Specifiek doel 3. Om de hypothese te testen dat standaardanalyse een oorzakelijke variant over het hoofd kan zien vanwege een alternatieve wijze van overerving, zullen we nieuwe analytische benaderingen toepassen die alternatieve vormen van overerving onderzoeken die doorgaans niet in overweging worden genomen. We zullen de overervingswijzen van vaders en moeders onderzoeken en varianten onderzoeken die zijn geïdentificeerd in de genen die aan X-inactivatie ontsnappen. Met WGS zullen we ook de varianten in X-gekoppelde genen die aan X-inactivatie ontsnappen, en de varianten in Y-gekoppelde genen kunnen onderzoeken.

Specifiek doel 4. Bepalen van het effect van oorzakelijke varianten van OD of MS op de HIF-1-route.

Hypothese: Oorzakelijke varianten van OD en MS veroorzaken downregulatie van HIF1A en zijn doelgenen. Onze voorlopige analyse van RNAseq-gegevens van fibroblast- en enchondroommonsters van patiënten met OD en MS toonde een verminderde inductie van HIF-1-gerelateerde genen aan, in tegenstelling tot andere kankersettings. HIF1A-varianten zijn niet geïdentificeerd als ziekteverwekkend, maar zeven van onze patiënten hebben een oorzakelijke variant in dit gen. We ontdekten dat HIF1A en VHL sneller muteerden bij patiënten met OD en MS vergeleken met controles (p<0,05). Daarom zullen we: (a) op knock-in-cellen gebaseerde modellen gebruiken om het effect te onderzoeken van de oorzakelijke varianten die we hebben geïdentificeerd in HIF1A (gemuteerd bij zeven patiënten), VHL (gemuteerd bij zes patiënten) en KDM4C (gemuteerd bij vier patiënten). ) op transcriptionele activiteit van HIF-1 met behulp van een dual-luciferase-test40; en (b) differentieel tot expressie gebrachte genen en verstoorde routes identificeren met enchondroma RNAseq.

Specifiek doel 5. Gegevens delen. Net als bij andere projecten zullen we onze sequentiegegevens indienen bij dbGaP om het delen van gegevens te vergemakkelijken. De JHM IRB zal vaststellen dat het delen consistent is met het genomische beleid van de NIH. Om anderen te identificeren met gegevens die relevant zijn voor onze kandidaatvarianten en genen, zullen we ook GeneMatcher en de Matchmaker Exchange gebruiken. We zullen onze gegevens ook indienen bij de ClinVar- en COSMIC-database. We willen graag deelnemen aan een consortium om de Kids First Data Resource op te zetten en aan de algemene genetische dataset voor kinderkanker bij de NCI Genomic Data Commons.