Identification of novel tumor predisposition families and underlying genetic defects

Identification of tumor susceptibility genes has contributed significantly to our understanding on molecular basis of cancer. Over one hundred high risk tumor susceptibility genes have been identified during past few decades, but some remain still to be characterized, including those that do not cause other clinically recognizable syndromic features, and present with incomplete penetrance. The aim of this study was to assess the familial aggregation of cancers in Finland and to identify novel tumor predisposition families and genes in families with Kaposi sarcoma (KS), nodular lymphocyte predominant Hodgkin lymphoma (NLPHL), and intracranial meningioma. First, to assess the familial aggregation of cancers in Finland, we conducted a computerized clustering of 878 593 patients in FCR, based on family name at birth, municipality of birth, and tumor type. Additional clustering, based on family name at birth and tumor type, was also conducted. We calculated a cluster score to assess the frequency of familial aggregation of different tumor types. The top scoring types included those with well-established genetic background, but also those with unknown genetic etiology such as KS. We performed genealogy analysis from the clustered KS cases, and identified a family with five affected individuals and several smaller KS families. Furthermore, we showed that KS incidence is unevenly distributed in Finland, with more cases in the western and northeastern than other parts of the country. Second, we examined the genetic susceptibility in the KS family with five affected cases. We mapped the shared genomic regions and performed whole genome and exome sequencing. We identified 14 candidate variants, among them a missense variant (c.1337C>T, p.Thr446Ile) in the DNA binding domain of STAT4. We showed that healthy variant carriers had decreased IFN-γ production in the activated T-cells. We studied STAT4 in a large number of familial and sporadic KS cases, but detected no additional mutation carriers. Our results suggest STAT4 as a KS predisposing gene. However, further genetic and functional validation is needed to claim causality. Third, a family of four cousins with a rare subtype of Hodgkin lymphoma, namely NLPHL, was studied for genetic predisposition. Linkage analysis and exome sequencing revealed a frameshift mutation (c.2437-2438_delAG) in NPAT segregating with NLPHL in the family. We sequenced NPAT from a large number of HL patients, and detected an in-frame deletion (c.2171-2173delCTT, p.Ser725del) that was more prevalent in cases than in population matched controls (odds ratio 4.11, P=0.018), supporting the role of NPAT as a candidate predisposition gene. Fourth, we studied a family with five affected siblings with intracranial meningiomas, four of whom had multiple meningiomas. We identified a c.367C>T (p.Arg123Cys) mutation in SUFU that segregated with the meningiomas in the family. The tumors from the affected individuals showed loss of heterozygosity of the wild-type allele at the site of the mutation. We showed that the mutation led to lowered SUFU activity and dysregulated Hedgehog signaling. Our genetic and functional analyses indicate that germline SUFU mutations predispose to meningiomas, particularly multiple meningiomas.Valtaosa kasvaimista syntyy perimän, ympäristön ja elintapojen yhteisvaikutuksena. Pienessä osassa tapauksia (5-10 %) kasvaimen taustalla on kuitenkin perinnöllinen alttius. Uusien perinnöllistä kasvainalttiutta aiheuttavien geenien tunnistaminen mahdollistaa parempien diagnosointimenetelmien ja tehokkaampien hoitomuotojen kehittämisen sekä mahdollistaa kyseisten geenien toiminnan selvittämisen. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli arvioida kasvainten perheittäistä esiintymistä hyödyntäen Suomen Syöpärekisterin koko väestön kattavaa potilasaineistoa. Lisäksi tavoitteenamme oli tunnistaa uusia kasvainalttiusgeenejä alttiusperheiltä jotka tunnistimme syöpärekisteriaineiston avulla tai jotka oli tunnistettu perinnöllisyyslääketieteen klinikalla. Väitöskirjan ensimmäisessä työssä klusteroimme yhteensä 878 593 Suomen Syöpärekisterin syöpätapausta syntymäsukunimen, -paikkakunnan ja syöpätyypin perusteella. Lisäksi arvioimme kuinka toistuvasti eri kasvaintyypit klusteroituivat suhteessa yleisyyteensä. Tunnettujen perinnöllisten kasvaintyyppien ohella havaitsimme, että muun muassa Kaposin sarkoomaa (KS) synnytti useita klustereita suhteessa yleisyyteensä. Sukututkimuksen avulla varmistimme että suurin osa klusteroituneista KS-potilaista olivat sukulaisia ja tunnistimme useita KS-perheitä. Lisäksi havaitsimme että KS:n esiintyvyys on yleisempää Suomen länsi- ja pohjoisosissa kuin muualla maassa. Toisessa työssä tutkimme viiden KS-potilaan perhettä, jonka tunnistimme ensimmäisessä osatyössä. Koko perimän kattavaa kytkentäanalyysiä ja massasekvensointia käyttäen löysimme 14 mahdollista alttiusvariaatiota, joista yksi oli STAT4-geenissä. KS ilmenee Kaposin sarkooma herpesviruksen ja alentuneen immuniteetin seurauksena. Osoitimme että STAT4-geenivirhettä kantavien terveiden henkilöiden T-solujen toiminnassa oli poikkeamaa verrokkihenkilöihin nähden. Etsimme STAT4-geenin virheitä laajasta KS-potilasaineistosta, mutta emme löytäneet lisää STAT4-geenivirheen kantajia. Näin olleen tuloksemme ovat suuntaa-antavia ja lisätodisteita tarvitaan, jotta STAT4-geenivirheiden merkitys KS:n taustalla voidaan varmistaa. Kolmannessa työssä etsimme altistavaa geenivirhettä Hodgkinin lymfooman (HL) harvinaista alatyyppiä, Nodulaarista runsaslymfosyyttistä HL:aa, sairastavassa suomalaisessa suvussa. Hyödyntämällä kytkentäanalyysiä ja eksomisekvensointia tunnistimme vallitsevasti periytyvän geenivirheen NPAT-geenissä. Tutkimme NPAT-geenin virheitä laajasta joukosta suomalaisia ja englantilaisia HL-potilaita ja tunnistimme toisen NPAT-geenivirheen, joka esiintyi merkittävästi useammin HL-potilailla kuin terveillä henkilöillä. Neljännessä työssä selvitimme mahdollista geenivirhettä perheestä, jossa viidellä sisaruksella oli todettu hyvänlaatuinen aivokasvain, meningiooma. Neljällä sisaruksista oli useita meningioomia. Kytkentäanalyysiä ja eksomisekvensointia hyödyntäen tunnistimme vallitsevasti periytyvän geenivirheen SUFU-geenissä. Tietokonepohjaisella mallinnuksella ennustimme että geenivirhe vaikuttaa SUFU-geenin tuottaman proteiinin rakenteeseen ja funktionaalisin kokein osoitimme että mutaatio vaurioittaa syöpään liitetyn Hedgehog-signalointireitin toimintaa. SUFU-geenin mutaatioiden on aiemmin todettu altistavan lasten aggressiivisille aivokasvaimille, medulloblastoomille. Tuloksemme osoittavat, että mutaatiot SUFU-geenissä voivat altistaa myös hyvänlaatuisille aivokalvokasvaimille