Progetto di Ricerca: Analisi di polimorfismi genetici e mutazioni ricorrenti nella Policitemia Vera INTRODUZIONE La Policitemia Vera (PV) appartiene al gruppo delle Neoplasie Mieloproliferative Croniche ed è caratterizzata da un’alterazione clonale della cellula staminale emopoietica che causa iperproduzione di cellule emopoietiche mature, in particolar modo della serie eritroide. Nel 2005 è stato individuato il principale marker molecolare ad oggi conosciuto di questa patologia, la mutazione V617F del gene JAK2. JAK2 è una tirosino-chinasi associata al dominio intracellulare di molti recettori per fattori di crescita, tra cui ad esempio EPO. Il legame del ligando al recettore causa l’attivazione di JAK2 che si trans-fosforila, fosforila il recettore e una serie di secondi messaggeri tra cui le proteine della famiglia STAT, le MAP-chinasi e proteine della via PI3-AKT. Una volta attivato STAT5 dimerizza e trasloca nel nucleo dove funge da fattore di trascrizione per geni coinvolti nella proliferazione cellulare. La mutazione V617F determina un cambio aminoacidico nel dominio JH2 della proteina che normalmente svolge una funzione autoinibiotria nei confronti dell’attività chinasica di JAK2. La mutazione determina perdita dell’autoinibizione e quindi ipersensibilità ai fattori di crescita e proliferazione cellulare in assenza dei fattori stessi. La mutazione V617F si riscontra nel 95% dei soggetti con Policitemia Vera. Circa il 2% dei pazienti con PV che non presentato questa mutazione hanno mutazioni nell’esone 12 di JAK2 il cui effetto è simile a quello della mutazione V617F. Questa stessa mutazione si riscontra nel 60% circa dei pazienti con Trombocitemia Essenziale o Mielofibrosi Primaria, anch’esse appartenenti alla classe delle MPN. Questo suggerisce che vi siano altre alterazioni tuttora sconosciute che associate alla mutazione V617F modulano il fenotipo clinico originando patologie differenti. Alcune evidenze portano a ipotizzare che la mutazione V167F non sia l’evento clonogenico iniziale ma che esista invece un’alterazione “pre-JAK2”. E’ stato ad 1 esempio dimostrato che blasti di pazienti con AML evoluta da MPN V617F positiva sono frequentemente negativi per questa mutazione. Recentemente è stato dimostrato che fattori ereditari possono influenzare la patogenesi delle MPN. L’analisi di una serie di SNP che coinvolgono il gene JAK2 in soggetti con MPN ha evidenziato la ricorrenza di un particolare aplotipo del gene, denominato 46/1. Questo aplotipo risulta strettamente associato con la mutazione V167F di JAK2. La sua frequenza è infatti maggiore nella classe dei pazienti affetti da MPN rispetto alla popolazione sana di controllo. Sono state proposte due ipotesi sulla ragione di questa associazione tra l’aplotipo 46/1 e le MPN. La prima ipotesi, cosiddetta dell’ipermutabilità, sostiene che la presenza dell’aplotipo 46/1 determini un aumento del rate mutazionale in questa regione. Secondo l’ipotesi del “terreno fertile”, invece, l’aplotipo 46/1 sarebbe in linkage disequilibrium con una variante funzionale sconosciuta che interagendo con la mutazione V617F rende più probabile lo sviluppo della malattia clinicamente manifesta, rispetto alle forme V617F positive ma con un aplotipo diverso. Alcuni studi hanno successivamente sostenuto che l’aplotipo 46/1 possa predisporre anche allo sviluppo di MPN con mutazioni dell’esone 12 di JAK2 e mutazioni del gene MPL. Tuttavia il meccanismo molecolare alla base dell’associazione tra questo aplotipo e le MPN, così come il suo significato prognostico, rimangono ancora da chiarire. SCOPO DELLO STUDIO Visto l’interesse suscitato dagli studi sui fattori di rischio genetici che possono predisporre allo sviluppo della Policitemia Vera e delle altre MPN, abbiamo iniziato la caratterizzazione del polimorfismo rs56241661, una delezione di 5 basi localizzata nell’introne 12 di JAK2 per studiarne l’associazione con lo sviluppo di MPN e con l’acquisizione della mutazione V617F. I dati raccolti finora indicano una forte associazione del polimorfismo con le MPN, in particolare con la Policitemia Vera. L’analisi di coespressione con SNP che costituiscono l’aplotipo 46/1 dimostra che la variante deleta di rs56241661 è molto probabilmente parte dell’aplotipo stesso. Questa variante sembra inoltre rappresentare un fattore di rischio per l’insorgenza 2 di Mielofibrosi secondaria a PV. Il meccanismo attraverso cui questo aplotipo favorisce l’acquisizione della mutazione V617F non è ancora noto. Lo studio si propone pertanto un’ulteriore caratterizzazione di questo polimorfismo al fine di: - valutare se il polimorfismo rs56241661 sia associato alla mutazione V617F in misura maggiore rispetto ad altri SNP del 46/1 - valutare l’eventuale associazione della variante deleta di rs56241661 con l’acquisizione delle mutazioni dell’esone 12 di JAK2; - confermare, attraverso l’ampliamento della casistica, i dati che indicherebbero che la presenza del polimorfismo rs56241661 rappresenti un fattore di rischio per l’evoluzione in Mielofibrosi secondaria a PV; - valutare l’eventuale ulteriore ruolo prognostico della variante deleta di rs56241661; - valutare la possibilità che la presenza del polimorfismo possa influenzare la crescita di colonie mieloidi sia in soggetti sani che in soggetti affetti da MPN; - valutare la possibilità che la presenza del polimorfismo possa alterare la trascrizione genica e/o la sintesi proteica; - valutare la possibilità che la presenza del polimorfismo possa influire sull’espressione di altri geni, attraverso la mancata/alterata sintesi di microRNA; - mettere a punto la metodica basata su HRMA per l’analisi di altri polimorfismi del gene JAK2. Un secondo aspetto che ci si propone di indagare è legato ai risultati di alcuni recenti studi di analisi genome-wide di polimorfismi genetici condotti sulla popolazione sana, i quali hanno evidenziato specifiche regioni genomiche che sembrano avere un ruolo nell’influenzare alcuni parametri ematologici. Sul cromosoma 12 è stato individuato, nella regione 12q24, un aplotipo costituito da 10 snp che risulta essere associato ad un aumento della conta piastrinica e con un maggiore rischio di sviluppare malattia coronarica. Uno degli snp che costituiscono l’aplotipo, rs3184504, si trova all’interno del gene SH2B3. Questo gene 3 codifica per la proteina LNK, un regolatore negativo del segnale intracellulare di alcuni recettori, tra cui ad esempio MPL. Studi recenti hanno individuato alcune mutazioni di questo gene in pazienti con MPN. Poiché la principale causa di mortalità dei soggetti con PV sono le complicanze trombotiche, il nostro studio si propone di caratterizzare la regione 12q24 in soggetti affetti da MPN per determinare se la frequenza di questo aplotipo sia aumentata rispetto alla popolazione sana e quindi se esso rappresenti un fattore di rischio genetico. Inoltre, la scoperta di mutazioni nel gene SH2B3 rafforza l’ipotesi che questa regione possa avere un ruolo nella cancerogenesi in queste patologie. Lo studio si propone pertanto di indagare l’eventuale presenza di mutazioni sia in SH2B3 che in altri geni presenti in questa regione in soggetti con MPN. Il responsabile del progetto di ricerca Prof. Alberto Bosi BIBLIOGRAFIA 1. James C, Ugo V, Le Couedic JP, et al. A unique clonal JAK2 mutation leading to constitutive signalling causes polycythaemia vera. Nature. 2005; 434:1144-1148 2. Kralovics R, Passamonti F, Buser AS, et al. A gain-of-function mutation of JAK2 in myeloproliferative disorders.N Engl J Med. 2005;352:1779-1790 3. Jones AV, Chase A, Silver RT, Oscier D, Zoi K, Wang YL, Cario H, Pahl HL, Collins A, Reiter A, Grand F, Cross NC (2009) JAK2 haplotype is a major risk factor for the development of myeloproliferative neoplasms. Nat Genet 41:446–449 4. Olcaydu D, Harutyunyan A, Jager R, Berg T, Gisslinger B, Pabinger I, Gisslinger H, Kralovics R (2009) A common JAK2 haplotype confers susceptibility to myeloproliferative neoplasms. Nat Genet 41:450–454 5. Kilpivaara O, Mukherjee S, Schram AM, Wadleigh M, Mullally A, Ebert BL, Bass A, Marubayashi S, Heguy A, Garcia-Manero G, Kantarjian H, Offit K, Stone RM, Gilliland DG, Klein RJ, Levine RL (2009) A germline JAK2 SNP is associated with predisposition to the development of JAK2(V617F)-positive myeloproliferative neoplasms. Nat Genet 41:455–459 6. Olcaydu D, Skoda RC, Looser R, Li S, Cazzola M, Pietra D, Passamonti F, Lippert E, Carillo S, Girodon F, Vannucchi A, Reading NS, Prchal JT, Ay C, Pabinger I, Gisslinger H, Kralovics R (2009) The ‘GGCC’ haplotype of JAK2 confers susceptibility to JAK2 exon 12 mutation-positive polycythemia vera. Leukemia 23:1924–1926 7. Amy V. Jones1,2, Peter J. Campbell3,4, Philip A. Beer4, Susanne Schnittger5, Alessandro M. Vannucchi6, Katerina Zoi7, Melanie J. Percy8, Mary Frances McMullin9, Linda M. Scott4, William Tapper2, Richard T. Silver10, David Oscier11, Claire N. Harrison12, Harald Grallert13, Aliaksei Kisialiou14, Paul Strike15, Andrew J. Chase1,2, Anthony R. Green4, and Nicholas C. P. Cross1,2 The JAK2 46/1 haplotype predisposes to MPL-mutated myeloproliferative neoplasms Blood 2010 Jun 3;115(22):4517-23 8. Nicole Soranzo1,2,45, Tim D Spector2,45, Massimo Mangino2,45, Brigitte Kühnel3, Augusto Rendon4, Alexander Teumer5, Christina Willenborg6,7, Benjamin Wright8, Li Chen9, Mingyao Li10, Perttu Salo11,12, Benjamin F Voight13,14, 4 Philippa Burns4, Roman A Laskowski15, Yali Xue1, Stephan Menzel16, David Altshuler13,14,17,18,19, John R Bradley20, Suzannah Bumpstead1, Mary-Susan Burnett21, Joseph Devaney21, Angela Döring3, Roberto Elosua22, Stephen E Epstein21, Wendy Erber23, Mario Falchi2,24, Stephen F Garner4, Mohammed J R Ghori1, Alison H Goodall25, Rhian Gwilliam1, Hakon H Hakonarson26, Alistair S Hall27, Naomi Hammond1, Christian Hengstenberg28, Thomas Illig3, Inke R König6, Christopher W Knouff29, Ruth McPherson9, Olle Melander30, Vincent Mooser29, Matthias Nauck31, Markku S Nieminen32, Christopher J O'Donnell18,33, Leena Peltonen11,12, Simon C Potter1, Holger Prokisch34,35, Daniel J Rader36,37, Catherine M Rice1, Robert Roberts9, Veikko Salomaa11,12, Jennifer Sambrook4, Stefan Schreiber38, Heribert Schunkert7, Stephen M Schwartz39,40, Jovana Serbanovic-Canic4, Juha Sinisalo32, David S Siscovick39,40, Klaus Stark28, Ida Surakka12, Jonathan Stephens4, John R Thompson8, Uwe Völker5, Henry Völzke41, Nicholas A Watkins4, George A Wells9, H-Erich Wichmann3,42, David A Van Heel43, Chris Tyler-Smith1, Swee Lay Thein16, Sekar Kathiresan18,33, Markus Perola11,12, Muredach P Reilly36,37, Alexandre F R Stewart9, Jeanette Erdmann7, Nilesh J Samani25, Christa Meisinger3, Andreas Greinacher44, Panos Deloukas1,45, Willem H Ouwehand1,4,45 & Christian Gieger3,45 A genome-wide meta-analysis identifies 22 loci associated with eight hematological parameters in the HaemGen consortium Nat Genet. 2009 Nov;41(11):1182-90. 5