CIMP og tyktarmskræft bliver mere kompliceret | Jiotower

kolorektal cancer (CRC) er en af de mest almindelige kræftformer hos voksne og opstår gennem de kumulative virkninger af arvelig genetisk modtagelighed og miljøeksponeringer. Disse to sæt faktorer interagerer for at forårsage CRC ved enten at inducere eller tillade progressiv akkumulering af genmutationer (såsom dem i APC, “gatekeeper” tumorundertrykkende gen) og ændringer i epigenomet (såsom afvigende methylering af MGMT eller CDKN2A). Betydningen af akkumulering af flere genmutationer i forårsager tyktarmskræft fremhæves af det faktum, at tyktarmskræft kan opdeles på molekylært niveau i mindst to forskellige molekylære kategorier baseret på de observerede typer mutationer. Disse to kategorier er kromosom ustabilitet (CIN) gruppe, som er karakteriseret ved tilstedeværelsen af aneuploidi, kromosomtranslokationer og kromosomale gevinster og tab, og mikrosatellit ustabilitet (MSI) gruppe, som er karakteriseret ved tilstedeværelsen af frameshift mutationer i gentagne elementer af DNA kaldet mikrosatellit gentagelser. Disse molekylære undergrupper af tumorer har forskellige mutationsfrekvenser for visse gener, såsom TP53 og BRAF, og har unikke kliniske træk, såsom tendensen af MSI-tumorer til at forekomme i højre side af tyktarmen og til at have mindre aggressiv klinisk opførsel end CIN-tumorer.1

for nylig har der også været stor opmærksomhed på rollen som epigenetiske ændringer af kandidat tumor suppressorgener i den molekylære patogenese af CRC. Det er velkendt, at ekspressionen af gener kan påvirkes af genpromotormethylering og kromatinstrukturen af genlokuset, som er epigenetiske faktorer, der regulerer genekspression. I særdeleshed, den afvigende methylering af CpG-ø-DNA i genpromotorer er et almindeligt fænomen i mange kræftformer, inklusive gastrointestinal kræft, og dæmper ekspressionen af tumorundertrykkende gener. Næsten alle tyktarmskræft viser mindst et lavt niveau af afvigende DNA-methylering, og en delmængde på cirka 15-20% af tyktarmskræft viser et højt niveau af afvigende methylerede gener.2

observationen af, at en delmængde af tyktarmskræft synes at almindeligvis methylere gener, førte Jean‐Pierre Issa ‘ s forskningsgruppe til at foreslå, at der er en særskilt molekylær undergruppe af CRC, der har en hypermethylatorfænotype.3 dette særskilte træk ved overdreven genmethylering er blevet betegnet CpG island methylator fænotype (CIMP) og menes at være en særskilt molekylær undergruppe af CRC, der er fundamentalt forskellig fra andre tyktarmskræft. Det er bemærkelsesværdigt, at eksistensen af CIMP har været et punkt med betydelig kontrovers på dette område, da det har været uklart, om CIMP simpelthen afspejler den fjerne ende af en kontinuerlig fordeling af tumorer med methylerede gener, eller hvis det er en unik undergruppe af CRC med en tydelig molekylær ætiologi.4,5 det er blevet foreslået, at identifikationen af en gruppe tumorer, der er stærkt methylerede, er en konsekvens af partisk udvælgelse af methylerede gener og begrænsninger af dataanalyseteknikker.5 faktisk undgår den manglende information, der er nødvendig for at løse dette argument, årsagen til CIMP, os stadig. Yder et væsentligt bidrag til feltet ved at identificere et sæt afvigende methylerede gener, der klart definerer en undergruppe af CRC ‘ er med en overdreven mængde methylerede gener.2 ved at analysere 195 loci ved hjælp af Metylight kvantitative methyleringsspecifikke PCR‐assays på trænings‐og testsæt af CRC ‘er bestemte de, at et fem-gen sæt bestående af CACNA1G, IGF2, NEUROG1, RUNKS3 og SOCS1 pålideligt kunne identificere en undergruppe af CRC’ er, der tidligere har rapporteret at forbinde med overdreven DNA-methylering (såsom BRAF-og KRAS-mutationer, MSI, proksimal kolonplacering og kvindelig overvægt) identifikationen af dette stærkt præsterende panel vil forhåbentlig reducere noget af forvirringen i det felt, der er resultatet af forskellige kriterier, der anvendes til karakterisere tumorer som havende en CIMP-fænotype. I sidste ende skal valg af et konsistent panel af methylerede gener, der udpeger en gruppe CRC ‘ er, der er “hypermethylatorer”, hjælpe efterforskere med at bestemme grundårsagen til CIMP ved at lade undersøgelser lettere sammenlignes. Dette er vigtigt, da der er en række kandidatmekanismer, der kan være årsagen til CIMP, såsom en grundlæggende defekt i processer, der regulerer troværdigheden af DNA-methylering, en underliggende genetisk defekt, der forårsager overskydende DNA-methylering, eller en modtagelighed for “epimutagener”, foreslåede miljøfaktorer, der kan ændre genernes epigenetiske status.6,7 en yderligere mulighed er, at CIMP‐tumorer stammer fra en anden oprindelsescelle i colonepitelet end den for ikke-CIMP CRC ‘ er, og at de epigenetiske ændringer, der observeres i CIMP-kræftformer, afspejler denne alternative kræftstamcelle.8,9

samtidig med bestræbelserne på at identificere et panel af gener, der konsekvent kan identificere CIMP-tumorer, har flere grupper korreleret molekylære og kliniske træk ved CRCs med hypermethylatorfænotypen. Undersøgelsen af Ogino et al10 i dette nummer af Gut(se side 1564) er en af en række undersøgelser af CIMP CRCs, som denne forskningsgruppe for nylig har offentliggjort, som karakteriserer de molekylære træk ved CIMP-tumorer. Denne gruppe af efterforskere har været aktivt engageret i yderligere at definere CIMP-tumorer på molekylært niveau, selvom en udtømmende evaluering af CRC’ er, der er indsamlet gennem sygeplejerskernes sundhedsundersøgelse (n = 121 700 kvinder fulgt siden 1976) og den sundhedsfaglige opfølgningsundersøgelse (n = 51 500 mænd fulgt siden 1986).11,12 De anvendte Metylysanalyser til at vurdere methyleringsstatus for CIMP‐panelet og for CDKN2A og CRABP1 og korrelerede disse resultater med P27‐, koks-2-og p53-ekspression og med mutationsstatus for det transformerende vækstfaktor-Krish-receptor type II-gen (TGFBR2).13,14,15,16,17,18,19 ved anvendelse af kriterier for, at CIMP blev methyleret, fandt de nedsat nuklear P27 (CDKN1B/KIP1)‐ekspression i disse tumorer, især i de kræftformer med fraværende p53-ekspression, samt reduceret koks-2-ekspression og en øget hyppighed af TGFBR2-mutationer. Størrelsen af samlingen af CRC ‘er, som denne gruppe har analyseret, har givet dem magten til at stratificere tumorerne på flere molekylære endepunkter og sortere CRC’ erne i diskrete undergrupper baseret på disse molekylære træk. Disse fund giver mere støtte til, at der er en CIMP-kategori af CRC, der er unik på niveau med dens molekylære patogenese. Resultaterne giver dog stadig ingen yderligere indsigt i den underliggende årsag til CIMP.

nu, for at tilføje til denne udviklende videnbase om CIMP‐tumorer, Ogino et al er begyndt at gøre sagen, at der er en gruppe tumorer, der viser en mellemliggende mængde afvigende DNA-methylering, som de har betegnet “CIMP-lav”. Baseret på et panel af markører, der omfatter otte gener (CACNA1G, CDKN2A, CRABP1, IGF2, MLH1, NEUROG1, RUNKS3 og SOCS1), har de defineret CIMP‐lave tumorer som tumorer med >1/8 og <5/8 methylerede gener målt ved et panel af Metylette analyser. De har fundet ud af, at tumorer, der er CIMP‐lave, og som har lave niveauer af MSI, ofte bærer methyleret Mgmt. Desuden har de fundet et omvendt forhold i CIMP‐lave tumorer mellem MSI‐høj (>40% af loci, der viser MSI i NCI Bethesda consensus panel) og methyleret Mgmt. Disse resultater er i overensstemmelse med tidligere resultater fra denne gruppe, der fandt en direkte sammenhæng mellem CIMP‐lave tumorer og mandlige køns‐og KRAS-mutationer, og understøtter ideen om, at CIMP-lave tumorer er en anden diskret undergruppe af CRCs (tabel 11).20

Hvad er konsekvenserne af resultaterne af denne undersøgelse og af undersøgelser af CIMP generelt for vores forståelse af patogenesen af CRC? Der er to hovedimplikationer af CIMP og CIMP‐lav for vores nuværende forståelse af CRC ‘ s molekylærbiologi. Den første er, at konstateringen af, at CIMP sandsynligvis er en sand molekylær undergruppe af CRC, understøtter et andet udviklende koncept vedrørende tyktarmskræft, hvilket antyder, at nogle CRC ‘ er stammer fra hyperplastiske polypper snarere end fra adenomer. Indtil for nylig blev det antaget, at kun konventionelle rørformede og tubulovilløse adenomatøse polypper havde potentialet til at gennemgå ondartet transformation; imidlertid ser det nu også ud til, at en delmængde af CRC ‘ er kan udvikle sig fra hyperplastiske polypper.21 disse hyperplastiske polypper, der har potentialet til at gennemgå ondartet transformation, ser ud til at gøre det ved at udvikle sig til serrated polypper, som derefter kan omdannes til kræft. Således ser en delmængde af hyperplastiske polypper ud til at have potentialet til at transformere til adenocarcinomer gennem en hyperplastisk polyp.21,22,23 det antydes, at CRC ‘ er, der opstår gennem en hyperplastisk polyp, der er serreret adenom, har en unik molekylær og histologisk vej, gennem hvilken de opstår.23 Serrated polypper viser almindeligvis CIMP og V600E BRAF mutationer, som er korreleret med CIMP. Disse fund antyder, at CIMP CRC ‘er stammer fra serrated polypper, som igen kan opstå fra en stamlignende celle, der adskiller sig fra den stamlignende oprindelsescelle, der giver anledning til CRC’ er, der udvikler sig fra rørformede adenomer. Faktisk, Jass har betegnet den hyperplastiske polyp, der er serreret adenom, er en methylatorvej.23 Hvis yderligere undersøgelser kan bekræfte, at der er en biologisk unik kategori af CRC ‘ er, der viser CIMP‐lav, skal det bestemmes, om disse tumorer stammer fra adenomer eller hyperplastiske polypper, eller hvis de følger en tredje, i øjeblikket ukendt vej til tyktarmskræft. Det er klart, at dette er en spændende undersøgelseslinje, men yderligere undersøgelser er nødvendige for at validere disse begreber.

den anden store implikation af undersøgelserne af CIMP‐tumorer og antydningen af en CIMP‐lav såvel som en CIMP-høj kategori af tumorer er relateret til den grundlæggende årsag til afvigende DNA-methylering i kræft. De nuværende stærkest understøttede modeller af den underliggende mekanisme for CIMP er, at afvigende CpG-ø-methylering forekommer som et resultat af en underliggende genetisk defekt, eller at den stammer fra effekten af epimutagener. Mulige genetiske årsager inkluderer aktiverende mutationer i DNA-methyltransferaser (selvom der ikke er nogen støtte til dette til dato) eller ændringer i gener, der styrer mekanismer, der beskytter DNA mod afvigende methylering. Turker et al har vist, at der kan være “methyleringscentre”, som er sekvenser, der tiltrækker DNA‐methyltransferaser, hvorfra kræftrelateret afvigende DNA-methylering kan sprede sig til regioner, hvis beskyttende “grænseelementer” er blevet overtrådt. Denne model hævder, at methyleringen forekommer som en konsekvens af deregulering af lokale faktorer i cis‐DNA (f.eks methylering kontrolcentre, såsom SP1 steder eller tandem B1 elementer), der kulminerer i afvigende methylering af tumor suppressor gener. En anden model er imidlertid, at der er miljøeksponeringer, betegnet epimutagener, der kan forårsage afvigende DNA-methylering.24,25 Kikuchi et al har vist, at eksponering for tobaksrøg er signifikant forbundet med methylering af CDKN2A/p16 i ikke‐småcellet lungekræft, hvilket forstærker miljøagenternes rolle i formidlingen af denne klasse af epigenetiske ændringer.26,27 det er også sandsynligt, at de genetiske og epigenetiske ændringer kan samarbejde for at fremme tumordannelse, og at påvisning af colon adenomer med methylering kan identificere colonepitel, der er i betydelig risiko for at erhverve genetiske ændringer, der vil føre til dannelse af colon tumor (dvs.en feltdefekt relateret til eksponering for epimutagener, der primerer vævet til kræftdannelse).28,29

Sammenfattende er CpG-ø-methylering af særlig interesse for kræftdannelse, ikke kun fordi det er en alternativ mekanisme til genmutation til dæmpning af tumorundertrykkende gener, men også fordi der ser ud til at være en unik undergruppe af CRC ‘er, der viser overdreven DNA-methylering og har molekylære og kliniske træk, der adskiller dem fra andre CRC’ er. De kan også opstå fra en unik underliggende årsag, der opstår som en del af en feltkræftproces, der disponerer væv for neoplastisk transformation.30,31,32,33 begrebet CIMP‐lav og CIMP-høj tyktarmskræft ville passe godt sammen med en epimutagen model af CIMP kræft, hvor graden af CIMP er en afspejling af eksponeringsniveauet for epimutagener. Studierne fra Ogino et al giver mere information for at hjælpe med bedre forståelse af CIMP og forhåbentlig vil informere undersøgelser, der i sidste ende vil identificere den mekanisme, der er ansvarlig for afvigende DNA-methylering i kræft. Men for nu introducerer de yderligere kompleksitet i et område af kræftbiologi, der synes at have flere spørgsmål end svar.