Erdheim Chester De ziekte (ECD) wordt veroorzaakt door mutaties in het DNA van bloedcellen. Bloedcellen worden in het beenmerg gevormd uit stamcellen die vele jaren kunnen leven en vele generaties nieuwe stamcellen kunnen produceren. De vragen die patiënten vaak stellen over ECD zijn onder andere: waar komt het vandaan? hoe lang heb ik het al? had er niet eerder iets aan gedaan kunnen worden? waarom treft mijn ziekte een bepaalde plek? Ons onderzoek is erop gericht nieuw licht te werpen op deze belangrijke vragen. De techniek die we zullen gebruiken heet ‘phylogenetic mapping’. Deze aanpak stelt ons in staat om terug te gaan in de tijd en de oorsprong van mutaties die ECD veroorzaken te ‘dateren’ tot binnen een paar jaar uit het leven van een patiënt. De manier waarop dit werkt is door veel klonen van afzonderlijke stamcellen in het laboratorium te kweken en het hele genoom van elke kloon te sequencen. Elke kloon verschilt van de volgende door een paar mutaties in het DNA. Sommige van deze mutaties zijn heel lang geleden ontstaan bij de voorouders van de stamcel toen de patiënt jonger was. Door ongeveer honderd klonen te sequencen is het mogelijk om de levensgeschiedenis van de stamcellen binnen een persoon te reconstrueren en zo een tijdlijn te maken van mutaties zoals die in de loop der jaren zijn opgetreden. Onder deze mutaties bevindt zich de mutatie die ECD bij de patiënt veroorzaakte. Als we de tijdlijn van alle mutaties kennen, kunnen we de ECD mutatie ‘dateren’. We kunnen dan schatten hoe lang de ECD mutatie sluimerde in het lichaam, hoe snel deze groeide tot een omvang die ziekte kon veroorzaken en of deze werd geholpen door andere mutaties onderweg. Dit zijn fundamentele kwesties. Bij andere verwante ziekten die myeloproliferatieve neoplasma’s worden genoemd, ontstaan mutaties in de kindertijd en ontwikkelen ze zich in de loop van tientallen jaren tot verschillende typen ziekte, afhankelijk van andere gebeurtenissen in het leven van een patiënt. Als we deze analyse toepassen op ECD, zouden we de vragen over de oorsprong van de ziekte moeten kunnen beantwoorden. Tot de potentiële voordelen behoren ook de mogelijkheid om ECD in een vroeg stadium op te sporen, voordat het zich heeft ontwikkeld tot ziekte; om te bepalen waarom er een spectrum is van aangetaste organen bij verschillende patiënten; en, waarom sommige patiënten een ziekte hebben met een hoger risico die zich sneller ontwikkelt. Tot slot kan het ontrafelen van de ‘persoonlijke levensgeschiedenis’ van ECD ons in de toekomst helpen met gepersonaliseerde therapie voor betere resultaten.
Bedrag: 200.000 USD in samenwerking met de Leukemia & Lymphoma Society
Tussentijds verslag
Lay samenvatting van het onderzoek
Erdheim Chester De ziekte (ECD) wordt veroorzaakt door mutaties in het DNA van bloedcellen. Bloedcellen worden in het beenmerg gevormd uit stamcellen die vele jaren kunnen leven en vele generaties nieuwe stamcellen kunnen produceren. De vragen die patiënten vaak stellen over ECD zijn onder andere: waar komt het vandaan? hoe lang heb ik het al? had er niet eerder iets aan gedaan kunnen worden? waarom treft mijn ziekte een bepaalde plek? Ons onderzoek is erop gericht nieuw licht te werpen op deze belangrijke vragen. De techniek die we zullen gebruiken heet ‘fylogenetisch in kaart brengen’. Deze aanpak stelt ons in staat om terug te gaan in de tijd en de oorsprong van mutaties die ECD veroorzaken te ‘dateren’ tot binnen een paar jaar uit het leven van een patiënt. De manier waarop dit werkt is door veel klonen van afzonderlijke stamcellen te kweken in het laboratorium en het hele genoom van elke kloon te sequencen. Elke kloon verschilt van de volgende door een paar mutaties in het DNA. Sommige van deze mutaties zijn heel lang geleden ontstaan bij de voorouders van de stamcel, toen de patiënt jonger was. Door ongeveer honderd klonen te sequencen is het mogelijk om de levensgeschiedenis van de stamcellen binnen een persoon te reconstrueren en zo een tijdlijn te maken van mutaties zoals die in de loop der jaren zijn opgetreden. Dit is als het tekenen van een stamboom van hoe alle cellen aan elkaar verwant zijn en staat bekend als de ‘fylogenie’. Onder deze mutaties bevindt zich de mutatie die ECD bij de patiënt heeft veroorzaakt. Als we de tijdlijn van alle mutaties kennen, kunnen we de ECD mutatie ‘dateren’. We kunnen dan schatten hoe lang de ECD mutatie sluimerde in het lichaam, hoe snel deze groeide tot een omvang die ziekte kon veroorzaken en of deze werd geholpen door andere mutaties onderweg. Dit zijn fundamentele kwesties. Bij andere verwante ziekten, myeloproliferatieve neoplasma’s genaamd, ontstaan mutaties in de kindertijd en ontwikkelen ze zich in de loop van tientallen jaren tot verschillende soorten ziekten, afhankelijk van andere gebeurtenissen in het leven van een patiënt. Als we deze analyse toepassen op ECD, zouden we de vragen over de oorsprong van de ziekte moeten kunnen beantwoorden. Tot de potentiële voordelen behoren ook: de mogelijkheid om ECD in een vroeg stadium op te sporen, voordat het zich heeft ontwikkeld tot ziekte; om te bepalen waarom er een spectrum van aangetaste organen is bij verschillende patiënten; en, waarom sommige patiënten een ziekte hebben met een hoger risico die zich sneller ontwikkelt. Tot slot kan het ontrafelen van de ‘persoonlijke levensgeschiedenis’ van ECD ons in de toekomst helpen om gepersonaliseerde therapie te ontwikkelen voor betere resultaten.
Vooruitgang
We hebben met succes klonen geëxpandeerd van 5 patiënten, 3 met ECD, 1 met ECD/LCH cross- over en 1 met LCH. In 2 van deze gevallen vingen we BRAFV600E gemuteerde klonen, maar onverwacht waren er geen BRAFV600E gemuteerde klonen in 3 patiënten, ook al was de mutatie detecteerbaar in hun bloed. We onderzoeken verder waar de mutatie zich in deze patiënten bevindt om te bevestigen dat deze zich in de stamcelpopulatie bevindt.
Bij de patiënten waarbij we geëxpandeerde klonen met BRAFV600E gemuteerde klonen verkregen, hebben we bijna 300 volledige genomen gesequenced en de familiebomen (fylogenieën) gereconstrueerd. Bij beide patiënten zagen we dat ten minste drie mutaties bijna gelijktijdig waren ontstaan in de genen KRAS, NRAS en BRAF. Verrassend genoeg bleken dit onafhankelijke gebeurtenissen te zijn, omdat elke mutatie op een aparte tak van de fylogenie werd gevonden (zie figuur). We hadden dit niet verwacht, omdat de meeste kankers evolueren, waarbij een mutatie leidt tot een andere mutatie en zo verder met alle mutaties die bijdragen aan een enkele tak. Wat we hebben waargenomen op ECD is een parallel proces met meerdere takken die allemaal samen evolueren. De volgende stap is om uit te zoeken of deze parallelle takken allemaal samen aanwezig zijn in de laesies van ECD in de weefsels. Als dit bevestigd wordt, suggereert dit dat ze op de een of andere manier samen
werken. Dit patroon is niet te vergelijken met andere kankers en zou zeer zeldzaam kunnen zijn. Dit zou kunnen verklaren waarom ECD zo zeldzaam is.
In hoeverre hebben we de onderzoeksvragen beantwoord?
De vragen die we wilden beantwoorden staan hieronder vermeld, met cursief onze voortgang tot nu toe
- Op welke leeftijd in het leven treden mutaties op die ECD aansturen?
Hoe snel breiden klonen zich uit om ziektes te veroorzaken?
Wat is de latentie tussen de mutatie en het begin van de ziekte?
Bij beide patiënten, die ouder waren dan 50 jaar, lijken de mutaties minstens twee tot drie decennia eerder te zijn ontstaan. Deze kenmerken zijn vergelijkbaar met die van myeloproliferatieve neoplasmata. Theoretisch zou het op basis hiervan mogelijk moeten zijn om een risico op ECD eerder in het leven op te sporen en te identificeren. - Hoe werkt BRAFV600E samen met TET2 gemuteerde klonale hematopoëse?
Wat is de volgorde van mutaties?
Bevordert TET2-mutatie ECD door een celautonoom effect?
Verhoogt een TET2-mutatie de fitheid/groeisnelheid van ECD klonen?
TET2 wordt nog geanalyseerd bij deze twee patiënten. Van de andere genen, KRAS en NRAS, is bekend dat ze geassocieerd zijn met ECD. Verrassend genoeg vonden we dat elk gen onafhankelijk van BRAF opereerde in de fylogenie – het tegenovergestelde van wat we verwachtten. We moeten nog bevestigen of dit waar is in letselweefsel. - Worden er nieuwe driver-mutaties gevonden bij patiënten zonder bekende mutaties van klonale hematopoëse?
We hebben nog geen nieuwe driver-mutaties gevonden, maar we zijn de gegevens nog aan het analyseren. We vonden een zeer ongebruikelijk patroon van de driver-mutaties, zoals hierboven beschreven.
Plan voor het tweede jaar
We streven ernaar om de volgende vragen in de komende 12 maanden op te lossen
- We moeten controleren in welke cellen de BRAF-mutatie is gevonden bij patiënten van wie de geëxpandeerde klonen geen gemuteerd BRAF bevatten. Of de mutatie zit niet waar we verwachten, of er kan een probleem zijn met de in vitro-expansie van cellen die gemuteerd BRAF bevatten (punt 2).
- We onderzoeken ook een nieuwe manier om DNA te genereren voor sequentiebepaling waarbij geen klonen worden gekweekt. We verwachten dat dit ons zal helpen om mutaties in kaart te brengen in BRAF-gemuteerde cellen die in vitro niet uitgroeien tot klonen.
- We moeten bevestigen dat het ongebruikelijke parallelle patroon dat we tot nu toe in de fylogenieën hebben waargenomen, ook aanwezig is in de laesies van de patiënten.
Uitleg over hoe het patroon bij histiocytose nooit bij andere kankers is waargenomen.