Erdheim Chester Sykdommen (ECD) skyldes mutasjoner i blodcellenes DNA. Blodcellene dannes i benmargen fra stamceller som kan leve i mange år og produsere mange generasjoner av nye stamceller. Pasientene stiller ofte følgende spørsmål om ECD: hvor kom sykdommen fra? hvor lenge har jeg hatt den? kunne ikke noe ha blitt gjort tidligere? hvorfor rammer sykdommen akkurat der jeg har den? Forskningen vår tar sikte på å kaste nytt lys over disse viktige spørsmålene. Teknikken vi kommer til å bruke, kalles «fylogenetisk kartlegging». Denne tilnærmingen gjør det mulig for oss å gå tilbake i tid og «datostemple» opprinnelsen til mutasjoner som forårsaker ECD, til noen få år tilbake i pasientens tidligere liv. Dette gjøres ved å dyrke mange kloner av enkeltstående stamceller i laboratoriet og sekvensere hele genomet til hver klon. Hver klon skiller seg fra den neste ved noen få mutasjoner i DNA-et. Noen av disse mutasjonene oppsto for svært lenge siden hos stamcellens forfedre, da pasienten var yngre. Ved å sekvensere rundt hundre kloner er det mulig å rekonstruere stamcellenes livshistorie i en person og på den måten lage en tidslinje over mutasjoner som har oppstått gjennom årene. Blant disse mutasjonene vil mutasjonen som forårsaket ECD hos pasienten, være en av dem. Hvis vi kjenner tidslinjen for alle mutasjonene, kan vi «datostemple» ECD -mutasjonen. Da kan vi anslå hvor lenge ECD -mutasjonen lå i dvale i kroppen, hvor raskt den vokste til en størrelse som kunne forårsake sykdom, og om den ble hjulpet av andre mutasjoner på veien. Dette er fundamentale spørsmål. I andre beslektede sykdommer som kalles myeloproliferative neoplasmer, oppstår mutasjoner i barndommen og utvikler seg til ulike typer sykdom avhengig av andre hendelser i pasientens liv, over flere tiår. Når vi anvender denne analysen på ECD, bør vi kunne besvare spørsmålene om sykdommens opprinnelse. De potensielle fordelene omfatter også muligheten til å oppdage ECD på et tidlig stadium, før den har utviklet seg til å forårsake sykdom, til å finne ut hvorfor det finnes et spekter av affiserte organer hos ulike pasienter, og hvorfor noen pasienter har høyere risiko for sykdom som utvikler seg raskere. Til slutt kan det å avdekke den «personlige livshistorien» til ECD hjelpe oss i fremtiden med persontilpasset behandling for å oppnå bedre resultater.
Beløp 200 000 USD i samarbeid med Leukemia & Lymphoma Society
Delrapport
Sammendrag av forskningen
Erdheim Chester Sykdommen (ECD) skyldes mutasjoner i blodcellenes DNA. Blodcellene dannes i benmargen fra stamceller som kan leve i mange år og produsere mange generasjoner av nye stamceller. Pasientene stiller ofte følgende spørsmål om ECD: hvor kom sykdommen fra? hvor lenge har jeg hatt den? kunne ikke noe ha blitt gjort tidligere? hvorfor rammer sykdommen akkurat der jeg har den? Forskningen vår tar sikte på å kaste nytt lys over disse viktige spørsmålene. Teknikken vi kommer til å bruke, kalles «fylogenetisk kartlegging». Denne tilnærmingen gjør det mulig for oss å gå tilbake i tid og «datostemple» opprinnelsen til mutasjoner som forårsaker ECD, til noen få år tilbake i pasientens tidligere liv. Dette gjøres ved å dyrke mange kloner av enkeltstående stamceller i laboratoriet og sekvensere hele genomet til hver klon. Hver klon skiller seg fra den neste ved noen få mutasjoner i DNA-et. Noen av disse mutasjonene oppsto for svært lenge siden hos stamcellens forfedre, da pasienten var yngre. Ved å sekvensere rundt hundre kloner er det mulig å rekonstruere stamcellenes livshistorie i en person og på den måten lage en tidslinje over mutasjoner som har oppstått gjennom årene. Dette er som å tegne et slektstre over hvordan alle cellene er i slekt med hverandre, og kalles «fylogeni». Blant disse mutasjonene vil mutasjonen som forårsaket ECD hos pasienten, være en av dem. Hvis vi kjenner tidslinjen for alle mutasjonene, kan vi «datostemple» ECD -mutasjonen. Da kan vi anslå hvor lenge ECD -mutasjonen lå i dvale i kroppen, hvor raskt den vokste til en størrelse som kunne forårsake sykdom, og om den ble hjulpet av andre mutasjoner på veien. Dette er fundamentale spørsmål. I andre beslektede sykdommer som kalles myeloproliferative neoplasmer, oppstår mutasjoner i barndommen og utvikler seg til ulike typer sykdom avhengig av andre hendelser i pasientens liv, over flere tiår. Når vi anvender denne analysen på ECD, bør vi kunne besvare spørsmålene om sykdommens opprinnelse. De potensielle fordelene inkluderer også: en mulighet til å oppdage ECD på et tidlig stadium før den har utviklet seg til å forårsake sykdom; å finne ut hvorfor det finnes et spekter av affiserte organer hos ulike pasienter; og hvorfor noen pasienter har høyere risiko for sykdom som utvikler seg raskere. Til slutt kan det å avdekke den «personlige livshistorien» til ECD hjelpe oss i fremtiden med å skreddersy behandling for å oppnå bedre resultater.
Fremgang
Vi har ekspandert kloner fra 5 pasienter, 3 med ECD, 1 med ECD/LCH cross- over og 1 med LCH. I 2 av disse tilfellene fanget vi BRAFV600E-muterte kloner, men uventet nok var det ingen BRAFV600E-muterte kloner hos 3 pasienter, selv om mutasjonen var påvisbar i blodet. Vi undersøker nå nærmere hvor mutasjonen ligger hos disse pasientene for å få bekreftet at den befinner seg i stamcellepopulasjonen.
Hos pasientene der vi fikk ekspanderte kloner som inneholdt BRAFV600E-muterte kloner, har vi sekvensert nesten 300 hele genomer og rekonstruert familietrær (fylogenier). Hos begge pasientene observerte vi at minst tre mutasjoner hadde oppstått nesten samtidig i genene KRAS, NRAS og BRAF. Overraskende nok så disse ut til å være uavhengige hendelser, ettersom hver mutasjon ble funnet på en separat gren i fylogenien (se figur). Vi forventet ikke dette, fordi de fleste kreftformer utvikler seg ved at én mutasjon fører til en annen mutasjon og så videre, og alle mutasjonene bidrar til en enkelt gren. Det vi har observert i ECD, er en parallell prosess med flere grener som alle utvikler seg sammen. Neste skritt er å finne ut om alle disse parallelle grenene er til stede sammen i lesjoner på ECD i vevet. Hvis dette bekreftes, vil det tyde på at de på en eller annen måte opererer sammen
. Dette mønsteret er ulikt det som er observert i andre kreftformer, og kan være en svært sjelden hendelse. Potensielt kan dette forklare hvorfor ECD er så uvanlig.
Hvor langt har vi kommet i å besvare forskningsspørsmålene?
Spørsmålene vi har satt oss fore å besvare, er listet opp nedenfor, med fremdriften hittil i kursiv
- I hvilken alder i livet oppstår mutasjoner som driver ECD?
Hvor raskt ekspanderer kloner og forårsaker sykdom?
Hva er latenstiden mellom mutasjon og sykdomsdebut?
Hos begge pasientene, som var over 50 år gamle, ser det ut til at mutasjonene oppsto minst to til tre tiår tidligere. Disse trekkene ligner på myeloproliferative svulster. Teoretisk sett burde det ut fra dette være mulig å spore og identifisere en risiko for ECD tidligere i livet. - Hvordan interagerer BRAFV600E med TET2-mutert klonal hematopoiesis?
Hva er rekkefølgen av mutasjoner?
Fremmer TET2-mutasjon ECD gjennom en celleautonom effekt?
Øker TET2-mutasjonen egnetheten/veksthastigheten til ECD kloner?
TET2 er fortsatt under analyse hos disse to pasientene. De andre genene, KRAS og NRAS, er kjent for å være assosiert med ECD. Overraskende nok fant vi at hvert gen opererte uavhengig av BRAF i fylogenien – det motsatte av hva vi forventet. Vi må få bekreftet om dette også gjelder i lesjonelt vev. - Finnes det nye drivermutasjoner hos pasienter som mangler kjente mutasjoner i klonal hematopoiese?
Vi har ikke funnet noen nye drivermutasjoner ennå, men vi analyserer fortsatt dataene. Vi fant et svært uvanlig mønster av drivermutasjoner, som beskrevet ovenfor.
Plan for det andre året
Vi tar sikte på å løse følgende spørsmål i løpet av de neste 12 månedene
- Vi må sjekke i hvilke celler BRAF-mutasjonen finnes hos pasienter hvis ekspanderte kloner ikke inneholdt mutert BRAF. Enten er mutasjonen ikke der vi forventer, eller så kan det være et problem med in vitro-ekspansjon av celler som inneholder mutert BRAF (punkt 2).
- Vi utforsker også en ny måte å generere DNA for sekvensering på, som ikke innebærer klondyrking. Vi forventer at dette vil hjelpe oss med å kartlegge mutasjoner i BRAF-muterte celler som ikke ekspanderer til kloner in vitro.
- Vi må bekrefte at det uvanlige parallelle mønsteret som vi har observert i fylogeniene så langt, også er til stede i lesjonene hos pasientene
Forklaring på hvordan mønsteret i histiocytose aldri har blitt observert i andre kreftformer.