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ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006
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ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

Dec 18, 2015

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Page 1: ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI

Anna Savoia

Università di Trieste

XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOPPadova e Abano Terme

22-24 ottobre 2006

Page 2: ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

FANCONI ANAEMIA

Clinical symptoms

• Progressive pancytopaenia

• Congenital malformations

• Predisposition to malignancies

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• Spontaneous chromosomal instability

• Hypersensitivity to:crosslinking agents (MMC, DEB) oxygen radicalstumor necrosis factor (TNF)interferon-gamma

• G2 phase prolongation and/or arrest

Cellular phenotype

DEB test

Flow cytometry

Diagnosis

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Genetics

Autosomal and X-linked recessive

Incidence <1:100,000 live births

Genetic heterogeneity

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Complementation Groups

Genes Localization Proteins a.a. (kDa)

FA-A FANCA 16q24.3 1455

FA-B FANCB Xp22.31 859

FA-C FANCC 9q22.3 558

FA-D1 FANCD1 BRCA2

13q13.1 3418

FA-D2 FANCD2 3p26 1451

1451-Ub

FA-E FANCE 6p21-22 536

FA-F FANCF 11p15 374

FA-G FANCG XRCC9

9p13 622

FA-I unknown

FA-J BACH1 (BRIP1)

17q23.2 1249

FA-L FANCL 2p16.1 375

FA-M FANCM 14q21.2 2048

Page 6: ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

Biallelic BRCA2/FANCD1 mutations (16 kindreds from literature)

Howlett et al. Science 297:606, 2002; Mathew. Oncogene 25:5875, 2006

• Early onset leukemia (2.2 ys vs 13.4 ys for all other FA)

• Mainly AML but also T-ALL and B-ALL

• Medulloblastomas and Wilms tumors

Medulloblastoma Wilms tumorMedulloblastoma

Wilms tumorAML

T-ALL

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FA Complementation Groups(241 European patients)

D2D1

C

B

A

LJIGFE

Levitus et al, Blood 103:2498, 2004

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Taniguchi and D’Andrea. Blood 107:4223, 2006

Ubiquitin ligase activity

DNA-dependent ATPase and 5’-3’ helicase

Endonuclease and helicase activity

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FA/BRCA pathway: a network of processes

Cytoplasm Nucleus

Nuclear foci(DNA replication

DNA recombinationDNA repair)

D2

ATM

Radiation

Crosslinking agentsS-phase

BLMC

AG

F

P

D2D2

RAD51

BRCA1

RAD50MRE11NBS1

D1-BRCA2

L

UbB

E

Ub

USP1

ATR

P

J-BRIP1

M

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(3) Molecular diagnosis: genetic heterogeneityAt least 11 genes responsible for FALow correlation between genotype and phenotype

(1) Clinical diagnosis: phenotypic heterogeneityAbsence of malformation (25-40%)Late onset of aplastic anemiaSolid tumor as first clinical manifestation

(2) Cytogenetic diagnosi hematopoietic mosaicism

Fanconi anemia: diagnostic difficulties

Page 11: ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

Fanconi anemia: somatic mosaicism

FORWARD MOSAICISM de novo deleterious

mutation

Lymphocyte culturesDEB test and cell cycle analysis

Resistant EBV-immortalized lymphoblasts (20%)

REVERSE MOSAICIM in vivo reversion to normal

1 2

Hypothesis: Resistant cells derive from a subpopulation of B lymphocytes whose FA phenotype has reverted to wild type

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Gene conversion

Intragenic mitotic recombination

Compensatory secondary mutation in cis

Mechanisms for reversion

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FANCA TGG AGG AGA CAC TGC CAG AGC CCG CTG CCC CGG Trp Arg Arg His Cys Gln Ser Pro Leu Pro Arg

FANCA-393m TGG AGG GAG ACA CTG CCA GAG CCC GCT GCC CCG G Trp Arg Glu Thr Leu Pro Glu Pro Ala Ala Pro + 18/stop CfoIFANCA-393r TGG AGG GAG ACA CTG CCA GAG CCC GCT GCG G CTG CCC CGG Trp Arg Glu Thr Leu Pro Glu Pro Ala Ala Leu Pro Arg

Ly Ly Ly Fi Pb1 Pb2

FANCA-393r complementationCfoI digestion

Waisfisz et al. Nat Genet 22: 379-383, 1999

Page 14: ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

FA mosaicism of hematopoietic system

Reversion of the FA phenotype can occur spontaneously in hematopoietic stem or progenitor cells

A single reverted stem cell may have the capacity to gradually replace affected progenitor cells

Risk of malignancy?

Bone marrow transplantation?

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Correlation between genotype-phenotype

Significant differences

Pancytopenia FA-G > FA-C

AML FA-G > FA-A and FA-C

Malformations FA-A > FA-G > FA-C

No significant difference

Onset of hemathologic abnormalitiesRequirement for transfusion

Solid tumors

Faivre et al, Blood 96:4064, 2000

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EUFA397 IVS3+3A>C IVS3+3A>C EUFA388 Q264X Q264X

FA-63 Q264X Q264X FA-73 Q264X IVS2-1G>T

EUFA330 IVS9+3delA IVS9+3delA EUFA262 IVS26+1T>C IVS10+1G>T

FA-25 IVS14+1G>C IVS14+1G>C EUFA265 IVS16-20A>G IVS16-20A>G

FA-38 Q669X n.i. EUFA268 Q772X Q772X EUFA232 S858R 3761insAG EUFA578 IVS28+83C>G (Homo) Deletion (?)

FA-19 2830ins19 n.i. FA-32 2830ins19 (Homo) Deletion (?)

EUFA223 S947X S947X EUFA341 S947X S947X EUFA393 3559insG 3559insG

FA-37 3559insG n.i. FA-53 3559insG n.i. FA-41 3638-3639delCT 3638-3639delCT FA-58 3638-3639delCT FA-35 D1359Y n.i.

EUFA337 120 kb (entire gene) 5 kb (exons 18 to 21)

FANCA screening: private mutations and intragenic deletions

Savino et al, Hum Mutat 22:338-339, 2003

Page 17: ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

Molecular Diagnosis

Positive DEB test

Screening for mutations

LinkageComplementation

Mutated gene

PROTEIN

FANCAFANCBFANCC

D1-BRCA2FANCD2FANCEFANCFFANCGFANCJFANCLFANCM

Phenotype

FA-?

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FANCA

FANCG

K56

2

VU

337

VU

388

VU

223

VU

232

VU

262

VU

263

VU

268

VU

389

VU

338

WT

WT

WT

FA

NC

A D

elE

x18-

21 D

el

Q26

4XQ

264X

S94

7XS

947X

S85

8R37

61

ins

AG

IVS

10+

1G>

TIV

S26

+2T

>C

Q77

2XQ

772X

IVS

10+

1G>

TIV

S26

+2T

>C

Western blot analysis of FA lymphoblastoid cell lines

Savino et al, Hum Mutat 22:338-339, 2003

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Integrity of FA complex: FANCD2-Ub

B

Ub

D2 D2

Ub

L

A

GE

FC M

EU

FA

232

EU

FA

262

EU

FA

338

EU

FA

389

K56

2

FANCD2FANCD2-Ub

FA-A FA-A wt wt wt

Savino et al, Hum Mutat 22:338-339, 2003

Page 20: ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

Anti-FANCA

Defective

Anti-FANCD2

FANCD2Ub

Defective

Normal

Defective

Normal

DefectiveFANCD2nonUb

Normal

Anti-FANCBFANCCFANCEFANCFFANCGFANCLFANCM

Anti-FANCD1FANCJ

FANCX FANCX

POSITIVE DEB TEST

FA protein analysis: prescreening strategy

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T-acute lymphoblastic leukemia (T-ALL)Severe chemotherapy toxicity

No Fanconi anemia clinical features:No congenital malformation

No aplastic anemia antecedent to the onset of T-ALL

DEB TEST

Borriello et al. Leukemia 2006, doi: 10.1038/sj.leu.240446

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Low FANCD2 expression level

Borriello et al. Leukemia 2006, doi: 10.1038/sj.leu.240446

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Identification of the Leu153Ser mutation

Borriello et al. Leukemia 2006, doi: 10.1038/sj.leu.240446

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Defective FA/BRCA in cancers

Germ cells Somatic cells Cancers

FA-/- FA-/-n mutations

AML, SCC

BRCA2-/- BRCA2-/-n mutations AML, SCC

brain, Wilms

FA+/-non BRCA2

FA-/-n mutations

Pancreas (<1%) Breast cancers? (<1% for J)Leukemia?

1 FA mutation

FA+/+ FA-/-n mutations

Leukemiaovary, pancreas

Epigenetic silencing2 FA mutations?

Modified from Mathew. Oncogene 25:5875, 2006

Page 25: ETEROGENEITA’ GENETICA DELL’ANEMIA DI FANCONI Anna Savoia Università di Trieste XXXIII CONGRESSO NAZIONALE AIEOP Padova e Abano Terme 22-24 ottobre 2006.

Defective FA/BRCA pathway

“Classical” Fanconi anemia

“Atypical” Fanconi anemia (Germline mutations in both alleles)

Chemotherapy sensitivitySolid tumours

Sporadic tumors (Germline and somatic mutations)

Dosage of radiation and chemotherapeutic agents