Обнаружение генов, лежащих в основе опухолей хряща и сосудистых аномалий, с помощью геномного секвенирования

Дизайн исследования:

В исследование примут участие до 100 пациентов с болезнью Оллиера (ОД) и синдромом Маффуччи (РС) в течение пяти лет. Каждый участник будет осмотрен в Клиническом центре NIH (CC) во время стационарного исследовательского визита продолжительностью 5 дней или дольше.

Во время этого визита будут выполнены следующие процедуры: двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (DXA), рентген всего тела, магнитно-резонансная ангиография (MRA), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) всего тела, магнитный резонанс. визуализация (МРТ) и одновоксельная магнитно-резонансная спектроскопия головного мозга. После осмотра исследовательской группой в NIH CC участники получат сводку всех результатов тестов и консультаций, проведенных в NIH.

Члены семьи, записанные на секвенирование генома, не будут проходить никаких клинических обследований в NIH CC.

Доктор Гордон будет курировать реализацию исследования в НИЗ. Доктор Марини участвовала в первоначальной подаче заявки на грант НИЗ и вышла на пенсию, но сохранила должность в НИЗ в качестве почетного ученого/волонтера. Доктор Марини будет работать над протоколом в качестве старшего клинического консультанта и работать в NIH CC. Она не даст согласия на участие участников, но будет присутствовать во многих учебных визитах.

Члены исследовательской группы JHU получат разрешение на работу и/или наблюдение в НИЗ; однако они не будут считаться частью исследовательской группы NIH и не будут идентифицироваться как младшие исследователи NIH.

Цели:

Болезнь Оллиера (БОД) и синдром Маффуччи (РС) характеризуются множественными энхондромами, которые приводят к тяжелым деформациям скелета в раннем детстве и повышенному риску развития хондросарком и других злокачественных новообразований. У пациентов с рассеянным склерозом также наблюдаются сосудистые аномалии. Хондросаркома – злокачественная опухоль, происходящая из хрящевых клеток. Это третье по распространенности первичное злокачественное новообразование кости после миеломы и остеосаркомы. На его долю приходится около 20% опухолей костей, и ежегодно в США его диагностируют примерно у 600 пациентов. До 40% хондросарком возникают из энхондромы. Риск развития хондросаркомы при ОД составляет до 45,8%, при РС – до 57,1%. В настоящее время единственным методом лечения пациентов с этими расстройствами является хирургический; эффективной фармакологической терапии не существует.

Мы идентифицировали гетерозиготные варианты потери функции зародышевой линии в PTPN11 (кодирующем нерецепторную протеинтирозинфосфатазу SHP2), вызывающие MC. В предварительных исследованиях мы также идентифицировали вариант PTPN11 R138X в сетчатой ​​гемангиоэндотелиоме пациента с рассеянным склерозом и зародышевый вариант PTPN11 L560F у пациента с ОД. PTPN11 кодирует SHP2, цитозольную протеинтирозинфосфатазу, участвующую на раннем этапе передачи сигналов RAS/MAPK ниже нескольких рецепторных тирозинкиназ, включая EGFR и FGFR. Используя иммуноблот-анализ, мы измерили экспрессию конечных продуктов этого пути, pERK1 и 2, в фибробластах пациентов с MC и OD и наблюдали снижение экспрессии pERK1 и 2 у пациентов по сравнению с контрольной группой (Sobreira et al., неопубликовано). Аналогично, эксперименты на моделях мышей с условным нокаутом Ptpn11 показали снижение передачи сигналов ERK1/2 в хондроцитах, лишенных SHP2. В совокупности эти результаты позволяют предположить, что снижение передачи сигналов RAS/MAPK может привести к образованию энхондром. Гетерозиготные соматические варианты IDH1 и 2 выявлены в опухолях части больных РС и ОД. Ни один из вариантов не был идентифицирован в зародышевой ДНК больных людей. Наши предварительные исследования выявили варианты зародышевой линии KDM4C и HIF1A, два гена, которые, как известно, взаимодействуют с IDH1 и 2, в качестве генов-кандидатов у двух неродственных пробандов с множественными энхондромами.

На основании этих результатов мы предполагаем, что ОД и РС представляют собой синдромы предрасположенности к опухоли, вызванные вариантами зародышевой линии, такими как нейрофиброматоз 1 типа и шванноматоз. Последующие попадания в одни и те же или разные гены, такие как IDH1 и IDH2 или другие, еще идентифицированные гены, участвуют в формировании энхондром и хондросарком. Более того, эти варианты, вероятно, подавляют путь RAS/MAPK или находятся в генах, которые взаимодействуют с IDH1 и 2.

Чтобы протестировать эту модель, мы будем преследовать следующие конкретные цели:

Конкретная цель 1. Комплексно определить фенотипические особенности пациентов с ОД и РС.

Гипотеза: ОД и РС представляют собой отдельные недостаточно изученные синдромы предрасположенности к раку с разнообразными особенностями. Недавно мы предложили рекомендации по диагностике и наблюдению для систематического обследования пациентов с ОД и РС9. Здесь мы: (а) определим полный набор фенотипических особенностей, характерных для пациентов с ОД и РС, выполнив детальную оценку их клинического и семейного анамнеза, а также физических особенностей в NIH/CC; (б) определить количество, размер и расположение энхондром и сосудистых аномалий и выявить другие опухоли у этих пациентов с помощью МРТ или рентгенографии всего тела, МРА и магнитно-резонансной спектроскопии головного мозга; и (c) создать биобанк образцов пациентов и членов их семей для генетического, метаболического и функционального тестирования.

Конкретная цель 2. Поиск недостающих причинных вариантов зародышевой линии (и/или соматической мозаики) (кодирующих и некодирующих) в ДНК крови, энхондром, хондросарком и связанных с ними гемангиом. Мы проведем WGS на ДНК зародышевой линии и опухоли (энхондромы, хондросаркомы и гемангиомы), чтобы идентифицировать варианты зародышевой линии в крови и последующие совпадения, участвующие в формировании опухоли. Мы также проведем секвенирование РНК (RNAseq) на РНК, выделенной из образцов опухолей, чтобы провести анализ экспрессии генов и выявить другие возможные пути, затронутые этими нарушениями; и для помощи в интерпретации вариантов, обнаруженных с помощью WGS, особенно синонимичных и некодирующих вариантов, влияющих на сплайсинг и содержание РНК соответственно.

Конкретная цель 3. Чтобы проверить гипотезу о том, что стандартный анализ может игнорировать причинный вариант из-за альтернативного способа наследования, мы будем применять новые аналитические подходы, которые исследуют альтернативные способы наследования, которые обычно не рассматриваются. Мы будем исследовать способы наследования отцовского и материнского импринтинга и исследовать варианты, идентифицированные в генах, которые избегают Х-инактивации. С помощью WGS мы также сможем исследовать варианты Х-связанных генов, которые избегают Х-инактивации, и варианты Y-связанных генов.

Конкретная цель 4. Определить влияние причинных вариантов ОД или РС на путь HIF-1.

Гипотеза: Причинные варианты ОД и РС вызывают подавление HIF1A и его генов-мишеней. Наш предварительный анализ данных RNAseq из образцов фибробластов и энхондром пациентов с ОД и РС показал нарушение индукции генов, связанных с HIF-1, в отличие от других онкологических заболеваний. Варианты HIF1A не были идентифицированы как вызывающие заболевание, но у семи наших пациентов есть причинный вариант этого гена. Мы обнаружили, что HIF1A и VHL мутировали с более высокой частотой среди пациентов с ОД и РС по сравнению с контрольной группой (p<0,05). Поэтому мы будем: (а) использовать модели на основе нокаутированных клеток для исследования влияния причинных вариантов, которые мы идентифицировали в HIF1A (мутировал у семи пациентов), VHL (мутировал у шести пациентов) и KDM4C (мутировал у четырех пациентов). ) на транскрипционную активность HIF-1 с использованием анализа двойной люциферазы40; и (b) идентифицировать дифференциально экспрессируемые гены и нарушенные пути с помощью RNAseq энхондромы.

Конкретная цель 5. Обмен данными. Как и в других проектах, мы отправим данные о последовательностях в dbGaP, чтобы облегчить обмен данными. JHM IRB примет решение о том, что обмен данными соответствует геномной политике Национального института здравоохранения. Кроме того, чтобы идентифицировать других людей с данными, относящимися к нашим вариантам-кандидатам и генам, мы будем использовать GeneMatcher и Matchmaker Exchange. Мы также отправим наши данные в базы данных ClinVar и COSMIC. Мы стремимся принять участие в консорциуме по созданию Ресурса данных Kids First и общего набора генетических данных по детским ракам в NCI Genomic Data Commons.