Avdekke gener bak brusksvulster og vaskulære anomalier ved hjelp av genomisk sekvensering

Studiedesign:

Studien vil rekruttere og registrere opptil 100 pasienter med Ollier sykdom (OD) og Maffucci syndrom (MS) over fem år. Hver deltaker vil bli sett på NIH Clinical Center (CC) for et stasjonært studiebesøk på 5 dager eller lenger.

Under det besøket vil følgende prosedyrer bli utført: dobbeltenergi røntgenabsorptiometri (DXA), røntgen av hele kroppen, magnetisk resonansangiografi (MRA), helkroppspositronemisjonstomografi (PET) skanning, en magnetisk resonans bildediagnostikk (MRI) og enkelt-voxel magnetisk resonansspektroskopi i hjernen. Etter å ha blitt sett på NIH CC av studieteamet, vil deltakerne motta en oppsummering av alle resultatene av testene og konsultasjonene som ble utført ved NIH.

Familiemedlemmer som er registrert for genomsekvensering vil ikke gjennomgå noen kliniske evalueringer ved NIH CC.

Dr. Gordon vil føre tilsyn med gjennomføringen av studien ved NIH. Dr. Marini var involvert i den opprinnelige NIH-søknaden og har trukket seg tilbake, men hun beholder en avtale ved NIH som vitenskapsmann emeritus/frivillig. Dr. Marini vil tjene på protokollen som senior klinisk konsulent og jobbe ved NIH CC. Hun vil ikke samtykke til deltakerne, men vil være til stede ved mange av studiebesøkene.

Medlemmer av JHU-studieteamet vil ha tillatelse til å jobbe og/eller observere ved NIH; de vil imidlertid ikke bli ansett som en del av NIH-studieteamet og vil ikke bli identifisert som NIH Associate Investigators.

Mål:

Ollier sykdom (OD) og Maffucci syndrom (MS), er preget av flere enkondromer som resulterer i alvorlige skjelettdeformasjoner i tidlig barndom og økt risiko for hondrosarkomer og andre maligniteter. Pasienter med MS har også vaskulære anomalier. Kondrosarkom er en ondartet svulst som stammer fra bruskceller. Det er den tredje vanligste primære maligniteten i bein etter myelom og osteosarkom. Det utgjør omtrent 20 % av beinsvulstene og diagnostiseres hos omtrent 600 pasienter hvert år i USA. Opptil 40 % av kondrosarkomene oppstår fra et enkondrom. Risikoen for kondrosarkom ved OD er ​​opptil 45,8 % og ved MS opptil 57,1 %. Foreløpig er den eneste behandlingen for pasienter med disse lidelsene kirurgisk; det finnes ingen effektiv farmakologisk terapi.

Vi identifiserte heterozygote kimlinjetap av funksjonsvarianter i PTPN11 (som koder for et ikke-reseptorprotein tyrosinfosfatase SHP2) som forårsaker MC. I foreløpige studier identifiserte vi også PTPN11 R138X-varianten i et retiformt hemangioendothelioma hos en pasient med MS og kimlinjevarianten PTPN11 L560F hos en pasient med OD. PTPN11 koder for SHP2, en cytosolisk proteintyrosinfosfatase involvert i et tidlig trinn i RAS/MAPK-signalering nedstrøms for flere reseptortyrosinkinaser inkludert EGFR og FGFR. Ved å bruke immunoblotanalyse målte vi uttrykket av sluttproduktene til denne veien, pERK1 og 2 i fibroblaster fra pasienter med MC og OD og observerte redusert ekspresjon av pERK1 og 2 hos pasienter sammenlignet med kontrollene (Sobreira et al., upublisert). Tilsvarende viste eksperimenter i Ptpn11 betingede knockout-musemodeller redusert ERK1/2-signalering i kondrocytter som mangler SHP2. Til sammen antyder disse resultatene at reduksjon av RAS/MAPK-signalering kan føre til dannelse av enkondromer. Heterozygote somatiske varianter av IDH1 og 2 er identifisert i svulstene til en brøkdel av pasientene med MS og OD. Ingen av variantene ble identifisert i kimlinje-DNA til de berørte individene. Og våre foreløpige studier har identifisert kimlinjevarianter KDM4C og HIF1A, 2 gener kjent for å samhandle med IDH1 og 2, som kandidatgenene i 2 ubeslektede probander med flere enkondromer.

På grunnlag av disse resultatene antar vi at OD og MS er tumorpredisposisjonssyndromer forårsaket av kimlinjevarianter som nevrofibromatose type 1 og schwannomatose. Påfølgende treff i samme eller forskjellige gener som IDH1 og IDH2 eller andre ennå identifiserte gener er involvert i dannelsen av enkondromer og kondrosarkomer. Dessuten nedregulerer disse variantene sannsynligvis RAS/MAPK-banen eller er i gener som samhandler med IDH1 og 2.

For å teste denne modellen vil vi forfølge følgende spesifikke mål:

Spesifikt mål 1. Definere de fenotypiske egenskapene til pasienter med OD og MS.

Hypotese: OD og MS er distinkte underkarakteriserte kreftfølsomhetssyndromer med forskjellige egenskaper. Nylig foreslo vi retningslinjer for diagnostikk og overvåking for systematisk evaluering av pasienter med OD og MS9. Her vil vi: (a) identifisere det komplette settet av fenotypiske egenskaper som er karakteristiske for pasienter med OD og MS ved å utføre detaljert vurdering av deres kliniske og familiehistorier og fysiske egenskaper ved NIH/CC; (b) bestemme antall, størrelse og plassering av enkondromer og vaskulære anomalier og identifisere andre svulster hos disse pasientene ved å utføre fullkropps-MR eller røntgen, MRA og hjernemagnetisk resonansspektroskopi; og (c) etablere en biobank av prøver fra pasienter og familiemedlemmer for genetisk, metabolsk og funksjonell testing.

Spesifikt mål 2. Søk etter manglende kimlinje (og/eller somatisk mosaikk) årsaksvarianter (kodende og ikke-kodende) i DNA fra blod, enkondromer, kondrosarkomer og assosierte hemangiom. Vi vil utføre WGS på kimlinje- og tumor- (enkondrom, kondrosarkom og hemangiom) DNA for å identifisere kimlinjevariantene i blodet og de påfølgende treffene som er involvert i svulstens dannelse. Vi vil også gjøre RNA-sekvensering (RNAseq) på RNA isolert fra tumorprøver for å utføre en genekspresjonsanalyse og identifisere andre mulige veier påvirket i disse lidelsene; og for å hjelpe til med tolkningen av varianter oppdaget av WGS, spesielt synonyme og ikke-kodende varianter som påvirker henholdsvis spleising og RNA-overflod.

Spesifikt mål 3. For å teste hypotesen om at standardanalyse kan overse en årsaksvariant på grunn av en alternativ arvemåte, vil vi bruke nye analytiske tilnærminger som undersøker alternative arvemåter som vanligvis ikke vurderes. Vi vil undersøke paternal og maternal preging moduser for arv og undersøke varianter identifisert i genene som unnslipper X-inaktivering. Med WGS vil vi også kunne undersøke variantene i X-koblede gener som slipper unna X-inaktivering og variantene i Y-koblede gener.

Spesifikt mål 4. Bestem effekten av årsaksvarianter av OD eller MS i HIF-1-veien.

Hypotese: Årsaksvarianter av OD og MS forårsaker nedregulering av HIF1A og dets målgener. Vår foreløpige analyse av RNAseq-data fra fibroblast- og enkondromprøver fra pasienter med OD og MS viste svekket induksjon av HIF-1-relaterte gener i motsetning til andre kreftinnstillinger. HIF1A-varianter er ikke identifisert som sykdomsfremkallende, men syv av våre pasienter har en årsaksvariant i dette genet. Vi fant at HIF1A og VHL ble mutert i en høyere hastighet blant pasienter med OD og MS sammenlignet med kontrollene (p<0,05). Derfor vil vi: (a) bruke knock-in cellebaserte modeller for å undersøke effekten av årsaksvariantene vi identifiserte i HIF1A (mutert hos syv pasienter), VHL (mutert hos seks pasienter) og KDM4C (mutert hos fire pasienter) ) på HIF-1 transkripsjonsaktivitet ved bruk av en dual-luciferase-analyse40; og (b) identifisere differensielt uttrykte gener og forstyrrede veier med enchondroma RNAseq.

Spesifikt mål 5. Datadeling. Som vi gjør i andre prosjekter, vil vi sende inn sekvensdataene våre til dbGaP for å lette datadeling. JHM IRB vil avgjøre at delingen er i samsvar med NIHs genomiske policy. For å identifisere andre med data som er relevante for våre kandidatvarianter og gener, vil vi også bruke GeneMatcher og Matchmaker Exchange. Vi vil også sende inn våre data til ClinVar og COSMIC database. Vi er ivrige etter å delta i et konsortium for å etablere Kids First-dataressursen og til det generelle genetiske datasettet for barnekreft hos NCI Genomic Data Commons.