CIMP e il cancro del colon diventa più complicato | Jiotower

Il cancro del colon-retto (CRC) è uno dei tumori più comuni negli adulti e si manifesta attraverso gli effetti cumulativi delle suscettibilità genetiche ereditarie e delle esposizioni ambientali. Questi due gruppi di fattori interagiscono per causare la CRC inducendo o permettendo l’accumulo progressivo di mutazioni geniche (come quelle nell’APC, il gene soppressore del tumore “gatekeeper”) e alterazioni dell’epigenoma (come la metilazione aberrante di MGMT o CDKN2A). L’importanza dell’accumulo di mutazioni genetiche multiple nel causare il cancro del colon è evidenziata dal fatto che il cancro del colon può essere diviso a livello molecolare in almeno due distinte categorie molecolari in base ai tipi di mutazioni osservate. Queste due categorie sono il gruppo di instabilità cromosomica (CIN), che è caratterizzato dalla presenza di aneuploidia, traslocazioni cromosomiche e guadagni e perdite cromosomiche, e il gruppo di instabilità microsatellite (MSI), che è caratterizzato dalla presenza di mutazioni frameshift in elementi ripetitivi del DNA chiamati ripetizioni microsatellite. Questi sottogruppi molecolari di tumori hanno frequenze di mutazione diverse per alcuni geni come TP53 e BRAF e hanno caratteristiche cliniche uniche, come la tendenza dei tumori MSI a manifestarsi nella parte destra del colon e ad avere un comportamento clinico meno aggressivo rispetto ai tumori CIN.1

Recentemente, una notevole attenzione è stata focalizzata anche sul ruolo delle alterazioni epigenetiche dei geni soppressori dei tumori candidati nella patogenesi molecolare della CRC. È noto che l’espressione dei geni può essere influenzata dalla metilazione del promotore genico e dalla struttura della cromatina del locus genico, che sono fattori epigenetici che regolano l’espressione genica. In particolare, la metilazione aberrante del DNA dell’isola di CpG nei promotori genici è un fenomeno comune in molti tipi di cancro, incluso il cancro gastrointestinale, e mette a tacere l’espressione dei geni soppressori del tumore. Praticamente tutti i tumori del colon mostrano almeno un basso livello di metilazione aberrante del DNA e un sottoinsieme di circa il 15-20% dei tumori del colon mostra un alto livello di geni aberranti metilati.2

L’osservazione che un sottoinsieme di tumori del colon sembra metilare comunemente i geni ha portato il gruppo di ricerca di Jean‐Pierre Iss a proporre che esiste un sottogruppo molecolare distinto di CRC che ha un fenotipo ipermetilatore.3 Questo tratto distinto di eccessiva metilazione genica è stato definito il fenotipo CpG island methylator (CIMP) e si ritiene che sia un sottogruppo molecolare distinto di CRC che è fondamentalmente diverso da altri tumori del colon. È interessante notare che l’esistenza del CIMP è stata un punto di sostanziale controversia in questo campo, poiché non è stato chiaro se il CIMP rifletta semplicemente la fine di una distribuzione continua di tumori con geni metilati o se si tratti di un sottogruppo unico di CRC con un’eziologia molecolare distinta.4,5 È stato suggerito che l’identificazione di un gruppo di tumori fortemente metilati è una conseguenza della selezione parziale dei geni metilati e delle limitazioni delle tecniche di analisi dei dati.5 In effetti, l’informazione mancante necessaria per risolvere questo argomento, la causa del CIMP, ci sfugge ancora. Tuttavia, nel 2006, Weisenberger et al hanno dato un contributo sostanziale al campo identificando un insieme di geni aberrantemente metilati che definiscono chiaramente un sottogruppo di CRC con una quantità eccessiva di geni metilati.2 analizzando 195 loci utilizzando MethyLight quantitativa PCR metilazione‐specifico saggi sul training e test set di Crc, hanno determinato che i cinque gene set composto da CACNA1G, IGF2, NEUROG1 RUNX3 e SOCS1 potrebbe identificare un sottogruppo di Crc che hanno caratteristiche segnalato in precedenza da associare con eccessivo di metilazione del DNA (come BRAF e le mutazioni di KRAS, MSI, colon prossimale posizione e la preponderanza femminile) L’identificazione di questo fortemente l’esecuzione di pannello, si spera di ridurre la confusione in campo che ha portato da vari criteri usati per caratterizzare i tumori come aventi un fenotipo CIMP. In definitiva, la selezione di un pannello coerente di geni metilati che designano un gruppo di CRC che sono “ipermetilatori” dovrebbe aiutare i ricercatori a determinare la causa principale del CIMP consentendo agli studi di essere più facilmente confrontati. Questo è essenziale, in quanto vi sono una varietà di candidati di meccanismi che possono essere la causa del CIMP, come un difetto fondamentale nei processi che regolano la fedeltà di metilazione del DNA, un difetto genetico che causa l’eccesso di metilazione del DNA, o una predisposizione a “epimutagens”, proposto fattori ambientali che possono alterare lo status di epigenetico di geni.6,7 Un’ulteriore possibilità è che i tumori CIMP derivino da una cellula di origine diversa nell’epitelio del colon da quella dei CRC non CIMP e che le alterazioni epigenetiche osservate nei tumori CIMP riflettano questa cellula staminale alternativa.8,9

In concomitanza con gli sforzi per identificare un gruppo di geni in grado di identificare costantemente i tumori CIMP, diversi gruppi hanno correlato le caratteristiche molecolari e cliniche dei CRC con il fenotipo dell’ipermetilatore. Lo studio di Ogino et al10 in questo numero di Gut (vedi pagina 1564) fa parte di una serie di studi sui CRC CIMP che questo gruppo di ricerca ha recentemente pubblicato, che caratterizzano le caratteristiche molecolari dei tumori CIMP. Questo gruppo di ricercatori è stato attivamente impegnato a definire ulteriormente i tumori CIMP a livello molecolare attraverso una valutazione esaustiva dei CRC che sono stati raccolti attraverso lo studio Nurses ‘ Health (n = 121 700 donne seguite dal 1976) e lo studio di follow‐up degli operatori sanitari (n = 51 500 uomini seguiti dal 1986).11,12 Hanno utilizzato saggi MethyLight per valutare lo stato di metilazione del pannello CIMP e di CDKN2A e CRABP1 e hanno correlato questi risultati con l’espressione p27, COX‐2 e p53 e con lo stato di mutazione del gene di tipo II del recettore del fattore di crescita trasformante‐β (TGFBR2).13,14,15,16,17,18,19 Utilizzando criteri di loc 4/5 loci essere metilato per definire CIMP, hanno trovato diminuita espressione nucleare p27 (CDKN1B/KIP1) in questi tumori, soprattutto in quei tumori con assente espressione p53, così come ridotta espressione COX‐2 e una maggiore frequenza di mutazioni TGFBR2. La dimensione della collezione di CRC che questo gruppo ha analizzato ha dato loro il potere di stratificare i tumori su più endpoint molecolari e di ordinare i CRC in sottogruppi discreti in base a queste caratteristiche molecolari. Questi risultati forniscono più supporto che esiste una categoria CIMP di CRC che è unica a livello della sua patogenesi molecolare. Tuttavia, i risultati non forniscono ancora ulteriori informazioni sulla causa sottostante del CIMP.

Ora, per aggiungere a questa base di conoscenza in evoluzione sui tumori CIMP, Ogino et al hanno iniziato a sostenere che esiste un gruppo di tumori che mostra una quantità intermedia di metilazione aberrante del DNA, che hanno definito “CIMP‐basso”. Sulla base di un gruppo di marcatori che includono otto geni (CACNA1G, CDKN2A, CRABP1, IGF2, MLH1, NEUROG1, RUNX3 e SOCS1), hanno definito i tumori CIMP‐low come tumori con >1/8 e <5/8 geni metilati come misurato da un gruppo di saggi MethyLight. Hanno scoperto che i tumori che sono CIMP-low e che hanno bassi livelli di MSI spesso portano MGMT metilato. Inoltre, hanno trovato una relazione inversa nei tumori CIMP‐low tra MSI-high (>40% dei loci che mostrano MSI nel pannello di consenso NCI Bethesda) e MGMT metilato. Questi risultati sono coerenti con i precedenti risultati di questo gruppo che hanno trovato una correlazione diretta tra tumori CIMP‐bassi e sesso maschile e mutazioni KRAS, e supportano l’idea che i tumori CIMP‐bassi siano un altro sottogruppo discreto di CRC (tabella 11).20

Quali sono le implicazioni dei risultati di questo studio e quelli di studi di CIMP, in generale, per la nostra comprensione della patogenesi di CRC? Ci sono due implicazioni principali di CIMP e CIMP‐low per la nostra attuale comprensione della biologia molecolare di CRC. Il primo è che la scoperta che CIMP è probabilmente un vero sottogruppo molecolare di CRC supporta un altro concetto in evoluzione per quanto riguarda il cancro del colon, il che suggerisce che alcuni CRC provengono da polipi iperplastici piuttosto che da adenomi. Fino a poco tempo fa, si credeva che solo i polipi adenomatosi tubolari e tubulovillosi convenzionali avessero il potenziale per subire una trasformazione maligna; tuttavia, ora sembra anche che un sottoinsieme di CRC possa evolvere da polipi iperplastici.21 Questi polipi iperplastici che hanno il potenziale di subire una trasformazione maligna sembrano farlo evolvendosi in polipi seghettati, che possono poi trasformarsi in cancro. Pertanto, un sottoinsieme di polipi iperplastici sembra avere il potenziale per trasformarsi in adenocarcinomi attraverso un polipo iperplastico→adenoma seghettato→sequenza di progressione dell’adenocarcinoma.21,22,23 Si suggerisce che i CRC derivanti da una via iperplastica polipo→adenoma seghettato→CRC abbiano una via molecolare e istologica unica attraverso la quale si presentano.23 Polipi seghettati mostrano comunemente mutazioni CIMP e V600E BRAF, che sono correlate con CIMP. Questi risultati suggeriscono che i CRC CIMP derivano da polipi seghettati, che a loro volta possono derivare da una cellula staminale diversa dalla cellula staminale di origine che dà origine a CRC che si sviluppano da adenomi tubolari. Infatti, Jass ha definito la via iperplastica polipo→adenoma seghettato→CRC una via metilatrice.23 Se ulteriori studi possono confermare che esiste una categoria biologicamente unica di CRC che mostrano un CIMP‐basso, sarà necessario determinare se questi tumori derivano da adenomi o polipi iperplastici, o se seguono una terza via al cancro del colon, attualmente non riconosciuta. Chiaramente, questa è una linea interessante di indagine, ma sono necessari ulteriori studi per convalidare questi concetti.

La seconda implicazione principale degli studi sui tumori CIMP e la suggestione di una categoria di tumori CIMP‐bassa e CIMP‐alta è correlata alla causa fondamentale della metilazione aberrante del DNA nel cancro. Gli attuali modelli più fortemente supportati del meccanismo sottostante di CIMP sono che la metilazione aberrante dell’isola CpG si verifica come risultato di un difetto genetico sottostante o che deriva dall’effetto degli epimutageni. Le possibili cause genetiche includono l’attivazione di mutazioni nelle metiltransferasi del DNA, (sebbene non vi sia alcun supporto per questo fino ad oggi) o alterazioni nei geni che controllano i meccanismi che proteggono il DNA dalla metilazione aberrante. Turker et al hanno dimostrato che ci possono essere “centri di metilazione”, che sono sequenze che attirano le metiltransferasi del DNA, da cui la metilazione aberrante del DNA correlata al cancro può diffondersi in regioni i cui “elementi di confine” protettivi sono stati violati. Questo modello sostiene che la metilazione si verifica come conseguenza della deregolamentazione di fattori locali nel cis‐DNA (ad esempio, centri di controllo della metilazione, come siti SP1 o elementi tandem B1) che culminano nella metilazione aberrante dei geni soppressori del tumore. Tuttavia, un secondo modello è che ci sono esposizioni ambientali, chiamate epimutageni, che possono causare metilazione aberrante del DNA.24,25 Infatti, Kikuchi et al hanno dimostrato che l’esposizione al fumo di tabacco è significativamente associata alla metilazione di CDKN2A/p16 nel carcinoma polmonare non a piccole cellule, rafforzando il ruolo degli agenti ambientali nel mediare questa classe di alterazioni epigenetiche.26,27 È anche probabile che le alterazioni genetiche ed epigenetiche possano cooperare per promuovere la formazione del tumore e che l’individuazione di adenomi del colon con metilazione possa identificare l’epitelio del colon che è a rischio significativo di acquisire alterazioni genetiche che porteranno alla formazione del tumore del colon (cioè, un difetto di campo correlato all’esposizione agli epimutageni che innescano il tessuto per la formazione del cancro).28,29

In sintesi, la metilazione dell’isola di CpG è di particolare interesse nella formazione del cancro, non solo perché è un meccanismo alternativo alla mutazione genica per silenziare i geni soppressori del tumore, ma anche perché sembra esserci un sottogruppo unico di CRC che mostrano un’eccessiva metilazione del DNA e hanno tratti molecolari e clinici che li distinguono dagli altri CRC. Possono anche derivare da una causa sottostante unica che si verifica come parte di un processo di cancerizzazione sul campo che predispone il tessuto alla trasformazione neoplastica.30,31,32,33 Il concetto di cancro del colon CIMP‐basso e CIMP‐alto si adatterebbe bene con un modello epimutageno di cancro CIMP in cui il grado di CIMP è un riflesso del livello di esposizione agli epimutageni. Gli studi di Ogino et al forniscono ulteriori informazioni per aiutare a comprendere meglio il CIMP e, si spera, informeranno gli studi che alla fine identificheranno il meccanismo responsabile della metilazione aberrante del DNA nel cancro. Tuttavia, per ora introducono ulteriore complessità in un’area della biologia del cancro che sembra avere più domande che risposte.