Upptäcka gener bakom brosktumörer och vaskulära anomalier med hjälp av genomisk sekvensering

Studiedesign:

Studien kommer att rekrytera och registrera upp till 100 patienter med Olliers sjukdom (OD) och Maffuccis syndrom (MS) under fem år. Varje deltagare kommer att ses på NIH Clinical Center (CC) för ett slutenvårdsstudiebesök på 5 dagar eller längre.

Under det besöket kommer följande procedurer att utföras: dubbelenergiröntgenabsorptiometri (DXA), helkroppsröntgen, magnetisk resonansangiografi (MRA), helkroppspositronemissionstomografi (PET), en magnetisk resonans avbildning (MRT), och hjärnans envoxel magnetisk resonansspektroskopi. Efter att ha setts på NIH CC av studieteamet kommer deltagarna att få en sammanfattning av alla resultat av de tester och konsultationer som genomförts vid NIH.

Familjemedlemmar som är inskrivna för genomsekvensering kommer inte att genomgå några kliniska utvärderingar vid NIH CC.

Dr Gordon kommer att övervaka genomförandet av studien vid NIH. Dr. Marini var involverad i den ursprungliga NIH-anslagsansökan och har gått i pension men hon behåller en tid vid NIH som forskare emeritus/volontär. Dr. Marini kommer att arbeta på protokollet som senior klinisk konsult och arbeta på NIH CC. Hon kommer inte att ge sitt samtycke till deltagarna men kommer att vara närvarande vid många av studiebesöken.

Medlemmar av JHU-studiegruppen kommer att ha tillstånd att arbeta och/eller observera vid NIH; de kommer dock inte att betraktas som en del av NIH-studiegruppen och kommer inte att identifieras som NIH Associate Investigators.

Mål:

Olliers sjukdom (OD) och Maffuccis syndrom (MS), kännetecknas av multipla enkondrom som resulterar i allvarliga skelettdeformiteter under tidig barndom och en ökad risk för hondrosarkom och andra maligniteter. Patienter med MS har också vaskulära anomalier. Kondrosarkom är en malign tumör som härrör från broskceller. Det är den tredje vanligaste primära maligniteten i ben efter myelom och osteosarkom. Det står för cirka 20 % av bentumörerna och diagnostiseras hos cirka 600 patienter varje år i USA. Upp till 40 % av kondrosarkomen uppstår från ett enkondrom. Risken för kondrosarkom vid OD är upp till 45,8 % och vid MS upp till 57,1 %. För närvarande är den enda behandlingen för patienter med dessa störningar kirurgisk; det finns ingen effektiv farmakologisk terapi.

Vi identifierade heterozygot könslinjeförlust av funktionsvarianter i PTPN11 (som kodar för ett icke-receptorprotein tyrosinfosfatas SHP2) som orsakar MC. I preliminära studier identifierade vi också PTPN11 R138X-varianten i ett retiformt hemangioendoteliom hos en patient med MS och könslinjevarianten PTPN11 L560F hos en patient med OD. PTPN11 kodar för SHP2, ett cytosoliskt proteintyrosinfosfatas involverat i ett tidigt steg i RAS/MAPK-signalering nedströms om flera receptortyrosinkinaser inklusive EGFR och FGFR. Med hjälp av immunoblotanalys mätte vi uttrycket av slutprodukterna av denna väg, pERK1 och 2 i fibroblaster från patienter med MC och OD och observerade minskat uttryck av pERK1 och 2 hos patienter jämfört med kontrollerna (Sobreira et al., opublicerad). På liknande sätt visade experiment i Ptpn11 villkorade knockout-musmodeller minskad ERK1/2-signalering i kondrocyter som saknar SHP2. Sammantaget tyder dessa resultat på att minskning av RAS/MAPK-signalering kan leda till bildandet av enkondrom. Heterozygota somatiska varianter av IDH1 och 2 har identifierats i tumörerna hos en del av patienterna med MS och OD. Ingen av varianterna identifierades i de drabbade individernas könslinje-DNA. Och våra preliminära studier har identifierat könslinjevarianter KDM4C och HIF1A, 2 gener som är kända för att interagera med IDH1 och 2, som kandidatgener i 2 obesläktade proband med flera enkondrom.

På grundval av dessa resultat antar vi att OD och MS är tumörpredispositionssyndrom orsakade av könslinjevarianter som neurofibromatos typ 1 och schwannomatos. Efterföljande träffar i samma eller olika gener såsom IDH1 och IDH2 eller andra ännu identifierade gener är involverade i bildandet av enkondrom och kondrosarkom. Dessutom nedreglerar dessa varianter troligen RAS/MAPK-vägen eller finns i gener som interagerar med IDH1 och 2.

För att testa denna modell kommer vi att eftersträva följande specifika mål:

Specifikt syfte 1. Definiera heltäckande de fenotypiska egenskaperna hos patienter med OD och MS.

Hypotes: OD och MS är distinkta underkarakteriserade cancerkänslighetssyndrom med olika egenskaper. Nyligen föreslog vi diagnostiska och övervakningsriktlinjer för systematisk utvärdering av patienter med OD och MS9. Här kommer vi att: (a) identifiera den kompletta uppsättningen av fenotypiska egenskaper som är karakteristiska för patienter med OD och MS genom att utföra detaljerad bedömning av deras kliniska och familjehistoria och fysiska egenskaper vid NIH/CC; (b) bestämma antalet, storleken och placeringen av enkondrom och vaskulära anomalier och identifiera andra tumörer hos dessa patienter genom att utföra helkropps-MR eller röntgen, MRA och hjärnmagnetisk resonansspektroskopi; och (c) upprätta en biobank med prover från patienter och familjemedlemmar för genetiska, metabola och funktionella tester.

Specifikt syfte 2. Sök efter saknade könslinje (och/eller somatisk mosaik) orsaksvarianter (kodande och icke-kodande) i DNA från blod, enkondrom, kondrosarkom och associerade hemangiom. Vi kommer att utföra WGS på könslinje och tumör (enkondrom, kondrosarkom och hemangiom) DNA för att identifiera könslinjevarianterna i blodet och de efterföljande träffarna som är involverade i tumörens bildning. Vi kommer också att göra RNA-sekvensering (RNAseq) på RNA isolerat från tumörprover för att utföra en genuttrycksanalys och identifiera andra möjliga vägar som påverkas av dessa sjukdomar; och för att hjälpa till med tolkningen av varianter detekterade av WGS, särskilt synonyma och icke-kodande varianter som påverkar splitsning respektive RNA-överflöd.

Specifikt mål 3. För att testa hypotesen att standardanalys kan förbise en orsaksvariant på grund av ett alternativt nedärvningssätt, kommer vi att tillämpa nya analytiska metoder som undersöker alternativa nedärvningssätt som vanligtvis inte övervägs. Vi kommer att undersöka paternal och maternal präglingssätt för arv och undersöka varianter som identifieras i generna som undkommer X-inaktivering. Med WGS kommer vi också att kunna undersöka varianterna i X-länkade gener som undkommer X-inaktivering och varianterna i Y-länkade gener.

Specifikt syfte 4. Bestäm effekten av orsaksvarianter av OD eller MS i HIF-1-vägen.

Hypotes: Orsakande varianter av OD och MS orsakar nedreglering av HIF1A och dess målgener. Vår preliminära analys av RNAseq-data från fibroblast- och enkondromprover från patienter med OD och MS visade försämrad induktion av HIF-1-relaterade gener i motsats till andra cancerinställningar. HIF1A-varianter har inte identifierats som sjukdomsframkallande, men sju av våra patienter har en orsaksvariant i denna gen. Vi fann att HIF1A och VHL muterades i en högre hastighet bland patienter med OD och MS jämfört med kontroller (p<0,05). Därför kommer vi: (a) använda knock-in cellbaserade modeller för att undersöka effekten av de orsaksvarianter vi identifierade i HIF1A (muterad hos sju patienter), VHL (muterad hos sex patienter) och KDM4C (muterad hos fyra patienter) ) på HIF-1-transkriptionsaktivitet med användning av en dubbelluciferasanalys40; och (b) identifiera differentiellt uttryckta gener och störda vägar med enchondroma RNAseq.

Specifikt mål 5. Datadelning. Som vi gör i andra projekt kommer vi att skicka in vår sekvensdata till dbGaP för att underlätta datadelning. JHM IRB kommer att avgöra att delning är förenlig med NIH:s genomiska policy. För att identifiera andra med data som är relevanta för våra kandidatvarianter och gener kommer vi att använda GeneMatcher och Matchmaker Exchange. Vi kommer också att skicka in våra data till ClinVar och COSMICs databas. Vi är angelägna om att delta i ett konsortium för att etablera Kids First Data Resource och den övergripande genetiska datamängden för barncancer på NCI Genomic Data Commons.