The genomic landscape of solid and hematologic malignancies characterized by new bioinformatics tools

Il sequenziamento dell’esoma (WES) rileva efficacemente varianti in cellule tumorali, identificando le caratteristiche molecolari coinvolte nella patogenesi e nella progressione della malattia, con importanti risvolti per la diagnosi e per lo sviluppo e la scelta di terapie personalizzate. L’analisi di dati WES di tumori presenta tuttavia varie complicazioni dovute all’eterogeneità tumorale, ad alterazioni della ploidia, a contaminazioni dei campioni o ad artefatti tecnici. La pipeline iWhale, basata su Docker e SCons, è stata sviluppata per analizzare dati WES di tumori con l’obiettivo di rilevare ed annotare mutazioni somatiche tramite l’uso di quattro diversi software (MuTect, MuTect2, Strelka2 e VarScan2) e l’integrazione di informazioni provenienti da vari database. Inoltre, ho collaborato allo sviluppo di un metodo per la costruzione di meta-reti di geni mutati che sono annotati in database di pathway e ho costruito una struttura di dati customizzata per rilevare statisticamente pathway ricorrentemente mutati in cellule tumorali. In collaborazione con diversi gruppi di ricerca, ho utilizzato ed adattato di volta in volta versioni progressivamente più rifinite della mia pipeline in studi riguardanti la leucemia linfocitica granulare a grandi cellule T (LGL-L), due tipi di linfomi follicolari pediatrici (PTNFL e PFLT) e Neuroblastoma ad alto rischio (HR-NB). LGL-L è una leucemia cronica rara caratterizzata da una persistente crescita clonale di cellule citotossiche T o natural killer (NK) dovuta all’attivazione del pathway JAK/STAT. Mediante analisi WES sono state identificate nuove mutazioni somatiche in geni ricorrentemente mutati in 19 pazienti con LGL-L, comprendenti casi senza mutazioni nei geni STAT. Sono state selezionate per validazione con sequenziamento Sanger 16 varianti in diversi geni, tra le quali l’oncosoppressore FAT4 e il regolatore epigenetico KMT2D. Nuove varianti Q706L e S715F in STAT5B sono state anche caratterizzate funzionalmente. Grazie ad analisi di reti derivate da pathway, sono state identificate delle componenti funzionali composte da geni mutati, funzionalmente o direttamente interagenti con i geni STAT, in pazienti STAT negativi. Altre componenti funzionali con una possibile rilevanza nella patogenesi di LGL-L in assenza di mutazioni nei geni STAT sono emerse dalle analisi. Una coorte di pazienti affetti da linfomi follicolari pediatrici è stata analizzata tramite WES. Sono state confermate mutazioni presenti in TNFRSF14, IRF8 e MAP2K1, geni precedentemente associati a PTNFL, e sono stati caratterizzati nuove mutazioni e geni con possibile coinvolgimento nello sviluppo di PTNFL. Undici varianti presenti in ARHGEF1, MAP2K1, TNFRSF14, ATG7, GNA13, RSF1, UBAP2 e ZNF608 sono state validate e selezionate come possibili eventi driver in PTNFL e PFLT. I nostri risultati hanno per la prima volta permesso di associare il pathway GPCR ed enzimi modificatori della cromatina ai linfomi follicolari pediatrici. NB è un tumore solido che origina dalle cellule della cresta neurale primitiva ed è caratterizzato da un’alta eterogeneità clinica e da pochi geni ricorrentemente mutati (MYCN, ALK, ATRX). Per investigare sulle basi biologiche coinvolte nell’aggressività di NB, è stato effettuato WES di pazienti affetti da HR-NB con metastasi e divisi in base alla sopravvivenza (pazienti SS e LS, rispettivamente con sopravvivenza inferiore o uguale e superiore a 5 anni). Solo i geni SMARCA4, SMO, ZNF44 e CHD2 sono stati trovati mutati ricorrentemente in modo specifico in pazienti SS. HotNet2 ha rivelato che le mutazioni rilevate nei due gruppi ricadevano in pathway diversi. Le mutazioni dei pazienti SS si sono raggruppate in sei sotto-reti significativamente mutate, coinvolte nell’organizzazione della matrice extracellulare tramite MAPK pathway, nella motilità cellulare tramite PTK2, nell’attività delle metalloproteinasi della matrice, nella maturazione del centrosoma e nel rimodellamento dei cromosomi. Grazie all’esistenza di farmaci già approvati dalla FDA che hanno come bersaglio alcune delle proteine mutate o delle pathway identificate, i risultati ottenuti possono facilitare lo sviluppo di terapie mirate ai pazienti con le forme più aggressive di HR-NB.