CIMP und Darmkrebs werden komplizierter | Jiotower

Darmkrebs (CRC) ist eine der am häufigsten auftretenden Krebsarten bei Erwachsenen und entsteht durch die kumulativen Auswirkungen von vererbten genetischen Anfälligkeiten und Umweltbelastungen. Diese beiden Gruppen von Faktoren interagieren, um CRC zu verursachen, indem sie entweder die fortschreitende Akkumulation von Genmutationen (wie die in APC, dem “Gatekeeper” -Tumorsuppressorgen) und Veränderungen des Epigenoms (wie aberrante Methylierung von MGMT oder CDKN2A) induzieren oder zulassen. Die Bedeutung der Akkumulation multipler Genmutationen bei der Entstehung von Darmkrebs wird durch die Tatsache unterstrichen, dass Darmkrebs auf molekularer Ebene in mindestens zwei verschiedene molekulare Kategorien unterteilt werden kann, basierend auf den beobachteten Mutationstypen. Diese beiden Kategorien sind die Gruppe der Chromosomeninstabilität (CIN), die durch das Vorhandensein von Aneuploidie, Chromosomentranslokationen und Chromosomengewinnen und -verlusten gekennzeichnet ist, und die Gruppe der Mikrosatelliteninstabilität (MSI), die durch das Vorhandensein von Frameshift-Mutationen in repetitiven DNA-Elementen gekennzeichnet ist, die als Mikrosatellitenwiederholungen bezeichnet werden. Diese molekularen Untergruppen von Tumoren haben unterschiedliche Mutationshäufigkeiten für bestimmte Gene wie TP53 und BRAF und haben einzigartige klinische Merkmale, wie die Tendenz von MSI-Tumoren, auf der rechten Seite des Dickdarms aufzutreten und ein weniger aggressives klinisches Verhalten als CIN-Tumoren zu zeigen.1

In jüngster Zeit wurde auch der Rolle epigenetischer Veränderungen von Kandidatentumorsuppressorgenen in der molekularen Pathogenese von CRC große Aufmerksamkeit geschenkt. Es ist bekannt, dass die Expression von Genen durch Gen‐Promotor-Methylierung und die Chromatinstruktur des Genlocus beeinflusst werden kann, die epigenetische Faktoren sind, die die Genexpression regulieren. Insbesondere die aberrante Methylierung von CpG-Insel-DNA in Genpromotoren ist ein häufiges Phänomen bei vielen Krebsarten, einschließlich Magen-Darm-Krebs, und unterdrückt die Expression von Tumorsuppressorgenen. Praktisch alle Dickdarmkrebse weisen mindestens ein geringes Maß an aberranter DNA-Methylierung auf, und eine Untergruppe von etwa 15-20% der Dickdarmkrebse weist ein hohes Maß an aberrantmethylierten Genen auf.2

Die Beobachtung, dass eine Untergruppe von Dickdarmkrebsen Gene häufig zu methylieren scheint, veranlasste die Forschungsgruppe von Jean‐Pierre Issa zu der Annahme, dass es eine bestimmte molekulare Untergruppe von CRC gibt, die einen Hypermethylator-Phänotyp aufweist.3 Dieses ausgeprägte Merkmal einer übermäßigen Genmethylierung wurde als CpG-Inselmethylator-Phänotyp (CIMP) bezeichnet und gilt als eine eigenständige molekulare Untergruppe von CRC, die sich grundlegend von anderen Darmkrebsarten unterscheidet. Es ist bemerkenswert, dass die Existenz von CIMP auf diesem Gebiet umstritten war, da unklar war, ob CIMP einfach das andere Ende einer kontinuierlichen Verteilung von Tumoren mit methylierten Genen widerspiegelt oder ob es sich um eine einzigartige Untergruppe von CRC mit einer unterschiedlichen molekularen Ätiologie handelt.4,5 Es wurde vermutet, dass die Identifizierung einer Gruppe von Tumoren, die stark methyliert sind, eine Folge der voreingenommenen Auswahl methylierter Gene und der Einschränkungen der Datenanalysetechniken ist.5 In der Tat entzieht sich die fehlende Information, die zur Lösung dieses Arguments benötigt wird, die Ursache von CIMP, immer noch uns. Nichtsdestotrotz haben Weisenberger et al. im Jahr 2006 einen wesentlichen Beitrag auf diesem Gebiet geleistet, indem sie eine Reihe von aberrantly methylierten Genen identifizierten, die eindeutig eine Untergruppe von CRCs mit einer übermäßigen Menge an methylierten Genen definieren.2 Durch die Analyse von 195 loci mit MethyLight quantitative Methylierung‐spezifische PCR‐assays auf training und test-sets von CRCs, stellten Sie fest, dass ein fünf-Gen-set, bestehend aus CACNA1G, IGF2, NEUROG1, RUNX3 und SOCS1 konnte zuverlässig identifizieren eine Untergruppe von CRCs, die Merkmale haben, die zuvor berichtet, assoziieren mit übermäßiger DNA-Methylierung (wie BRAF und KRAS-Mutationen, MSI, proximale Kolon-Lage und weibliche Übergewicht) Die Identifizierung dieser leistungsstarken panel wird hoffentlich reduzieren einige der Verwirrung auf dem Gebiet, die sich aus kriterien, die verwendet werden, um Charakterisierung von Tumoren mit einem CIMP-Phänotyp. Letztendlich sollte die Auswahl eines konsistenten Panels methylierter Gene, die eine Gruppe von CRCs bezeichnen, die “Hypermethylatoren” sind, den Ermittlern helfen, die Ursache von CIMP zu bestimmen, indem Studien leichter verglichen werden können. Dies ist wichtig, da es eine Vielzahl von Kandidatenmechanismen gibt, die die Ursache von CIMP sein können, wie z. B. ein grundlegender Defekt in Prozessen, die die Treue der DNA-Methylierung regulieren, ein zugrunde liegender genetischer Defekt, der eine übermäßige DNA-Methylierung verursacht, oder eine Anfälligkeit für “Epimutagene” oder Umweltfaktoren, die den epigenetischen Status von Genen verändern können.6,7 Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass CIMP‐Tumoren aus einer anderen Ursprungszelle im Dickdarmepithel stammen als Nicht-CIMP-CRCs, und dass die bei CIMP-Krebsarten beobachteten epigenetischen Veränderungen diese alternative Krebsstammzelle widerspiegeln.8,9

Parallel zu den Bemühungen, eine Gruppe von Genen zu identifizieren, die CIMP-Tumoren konsistent identifizieren können, haben mehrere Gruppen molekulare und klinische Merkmale von CRCs mit dem Hypermethylator-Phänotyp korreliert. Die Studie von Ogino et al10 in dieser Ausgabe von Gut (siehe Seite 1564) gehört zu einer Reihe von Studien zu CIMP-SFB, die diese Forschungsgruppe kürzlich veröffentlicht hat und die die molekularen Merkmale von CIMP-Tumoren charakterisieren. Diese Gruppe von Forschern war aktiv an der weiteren Definition von CIMP-Tumoren auf molekularer Ebene beteiligt, obwohl eine umfassende Bewertung von CRCs, die gesammelt wurden durch die Nurses ‘Health Study (n = 121 700 Frauen folgten seit 1976) und die Health Professional Follow‐up-Studie (n = 51 500 Männer folgten seit 1986).11,12 Sie verwendeten Methylierungsassays, um den Methylierungsstatus des CIMP‐Panels und von CDKN2A und CRABP1 zu bewerten, und korrelierten diese Ergebnisse mit der p27‐, COX-2- und p53-Expression sowie mit dem Mutationsstatus des transformierenden Wachstumsfaktor-β-Rezeptor-Typ-II-Gens (TGFBR2).13,14,15,16,17,18,19 Unter Verwendung der Kriterien von ⩾4/5 Loci, die methyliert werden, um CIMP zu definieren, fanden sie eine verminderte nukleare p27 (CDKN1B / KIP1) ‐Expression in diesen Tumoren, insbesondere bei Krebserkrankungen mit fehlender p53-Expression, sowie eine verringerte COX-2-Expression und eine erhöhte Häufigkeit von TGFBR2-Mutationen. Die Größe der Sammlung von CRCs, die diese Gruppe analysiert hat, hat ihnen die Möglichkeit gegeben, die Tumoren auf mehreren molekularen Endpunkten zu stratifizieren und die CRCs basierend auf diesen molekularen Merkmalen in diskrete Untergruppen zu sortieren. Diese Ergebnisse liefern mehr Unterstützung, dass es eine CIMP-Kategorie von CRC gibt, die auf der Ebene ihrer molekularen Pathogenese einzigartig ist. Die Ergebnisse liefern jedoch noch keinen zusätzlichen Einblick in die zugrunde liegende Ursache von CIMP.

Nun, um diese sich entwickelnde Wissensbasis über CIMP‐Tumoren zu erweitern, haben Ogino et al. begonnen, den Fall zu vertreten, dass es eine Gruppe von Tumoren gibt, die eine mittlere Menge an aberranter DNA-Methylierung aufweist, die sie als “CIMP-low” bezeichnet haben. Basierend auf einem Panel von Markern, die acht Gene (CACNA1G, CDKN2A, CRABP1, IGF2, MLH1, NEUROG1, RUNX3 und SOCS1) enthalten, haben sie CIMP‐niedrige Tumore als Tumore mit > 1/8 und < 5/8 methylierten Genen definiert, gemessen durch ein Panel von methylierten Assays. Sie haben herausgefunden, dass Tumore, die CIMP‐niedrig sind und niedrige MSI-Spiegel aufweisen, häufig methyliertes MGMT tragen. Darüber hinaus haben sie bei CIMP‐niedrigen Tumoren eine inverse Beziehung zwischen MSI‐hoch (> 40% der Loci, die MSI im NCI Bethesda Consensus Panel zeigen) und methyliertem MGMT gefunden. Diese Ergebnisse stimmen mit früheren Ergebnissen dieser Gruppe überein, die eine direkte Korrelation zwischen CIMP‐niedrigen Tumoren und männlichen Geschlechts‐ und KRAS-Mutationen fanden, und stützen die Idee, dass CIMP-niedrige Tumoren eine weitere diskrete Untergruppe von CRCs sind (Tabelle 11).20

Welche Auswirkungen haben die Ergebnisse dieser Studie und die von Studien zu CIMP im Allgemeinen auf unser Verständnis der Pathogenese von CRC? Es gibt zwei hauptsächliche Implikationen von CIMP und CIMP‐low für unser aktuelles Verständnis der Molekularbiologie von CRC. Die erste ist, dass der Befund, dass CIMP wahrscheinlich eine echte molekulare Untergruppe von CRC ist, ein anderes sich entwickelndes Konzept in Bezug auf Darmkrebs unterstützt, was darauf hindeutet, dass einige CRCs eher von hyperplastischen Polypen als von Adenomen stammen. Bis vor kurzem glaubte man, dass nur konventionelle tubuläre und tubulovillöse adenomatöse Polypen das Potenzial hatten, sich einer malignen Transformation zu unterziehen; Es scheint jedoch auch, dass sich eine Teilmenge von CRCs aus hyperplastischen Polypen entwickeln kann.21 Diese hyperplastischen Polypen, die das Potenzial haben, sich einer malignen Transformation zu unterziehen, scheinen sich zu gezackten Polypen zu entwickeln, die sich dann in Krebs verwandeln können. Somit scheint eine Teilmenge von hyperplastischen Polypen das Potenzial zu haben, sich durch eine hyperplastische Polyp → gezacktes Adenom → Adenokarzinom-Progressionssequenz in Adenokarzinome umzuwandeln.21,22,23 Es wird vorgeschlagen, dass CRCs, die durch einen hyperplastischen Polyp → gezacktes Adenom → CRC-Weg entstehen, einen einzigartigen molekularen und histologischen Weg haben, durch den sie entstehen.23 gezackte Polypen weisen häufig CIMP- und V600E-BRAF-Mutationen auf, die mit CIMP korrelieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass CIMP-CRCs aus gezackten Polypen entstehen, die wiederum aus einer stammähnlichen Zelle entstehen können, die sich von der stammähnlichen Ursprungszelle unterscheidet, die zu CRCs führt, die sich aus tubulären Adenomen entwickeln. Tatsächlich hat Jass den hyperplastischen Polyp → serrated adenoma → CRC-Weg als Methylatorweg bezeichnet.23 Wenn weitere Studien bestätigen können, dass es eine biologisch einzigartige Kategorie von CRCs gibt, die CIMP‐low aufweisen, muss festgestellt werden, ob diese Tumoren aus Adenomen oder hyperplastischen Polypen stammen oder ob sie einem dritten, derzeit nicht erkannten Weg zum Dickdarmkrebs folgen. Dies ist natürlich eine aufregende Untersuchungslinie, aber es sind zusätzliche Studien erforderlich, um diese Konzepte zu validieren.

Die zweite wichtige Implikation der Studien an CIMP‐Tumoren und der Vorschlag einer CIMP‐niedrigen sowie einer CIMP-hohen Kategorie von Tumoren hängt mit der grundlegenden Ursache der aberranten DNA-Methylierung bei Krebs zusammen. Die derzeit am stärksten unterstützten Modelle des zugrunde liegenden Mechanismus von CIMP sind, dass aberrante CpG-Inselmethylierung als Ergebnis eines zugrunde liegenden genetischen Defekts auftritt oder dass sie aus der Wirkung von Epimutagenen entsteht. Mögliche genetische Ursachen sind die Aktivierung von Mutationen in DNA-Methyltransferasen (obwohl dies bisher nicht unterstützt wird) oder Veränderungen in Genen, die Mechanismen steuern, die DNA vor aberrierter Methylierung schützen. Turker et al haben gezeigt, dass es “Methylierungszentren” geben kann, bei denen es sich um Sequenzen handelt, die DNA‐Methyltransferasen anziehen, von denen aus sich die krebsbedingte aberrante DNA-Methylierung in Regionen ausbreiten kann, deren schützende “Grenzelemente” durchbrochen wurden. Dieses Modell argumentiert, dass die Methylierung als Folge der Deregulierung lokaler Faktoren in der Cis‐DNA auftritt (z. B. Methylierungskontrollzentren wie SP1-Stellen oder Tandem-B1-Elemente), die in der aberranten Methylierung von Tumorsuppressorgenen gipfeln. Ein zweites Modell ist jedoch, dass es Umwelteinflüsse gibt, die als Epimutagene bezeichnet werden und eine aberrante DNA-Methylierung verursachen können.24,25 Tatsächlich haben Kikuchi et al. gezeigt, dass die Exposition gegenüber Tabakrauch signifikant mit der Methylierung von CDKN2A / p16 bei nicht‐kleinzelligem Lungenkrebs assoziiert ist, was die Rolle von Umweltfaktoren bei der Vermittlung dieser Klasse epigenetischer Veränderungen verstärkt.26,27 Es ist auch wahrscheinlich, dass die genetischen und epigenetischen Veränderungen zusammenarbeiten, um die Tumorbildung zu fördern, und dass der Nachweis von Dickdarmadenomen mit Methylierung das Dickdarmepithel identifizieren kann, bei dem ein erhebliches Risiko besteht, genetische Veränderungen zu erwerben, die zur Bildung von Dickdarmtumoren führen (dh ein Felddefekt im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber Epimutagenen, die das Gewebe für die Krebsbildung vorbereiten).28,29

Zusammenfassend ist die CpG-DNA-Methylierung von besonderem Interesse für die Krebsbildung, nicht nur, weil sie ein alternativer Mechanismus zur Genmutation zur Stummschaltung von Tumorsuppressorgenen ist, sondern auch, weil es eine einzigartige Untergruppe von CRCs zu geben scheint, die eine übermäßige DNA-Methylierung aufweisen und molekulare und klinische Merkmale aufweisen, die sie von anderen CRCs unterscheiden. Sie können auch aus einer einzigartigen zugrunde liegenden Ursache entstehen, die als Teil eines Feldkrebsprozesses auftritt, der Gewebe für eine neoplastische Transformation prädisponiert.30,31,32,33 Das Konzept von CIMP‐niedrigem und CIMP-hohem Dickdarmkrebs würde gut zu einem epimutagenen Modell von CIMP-Krebs passen, bei dem der Grad von CIMP das Expositionsniveau gegenüber den Epimutagenen widerspiegelt. Die Studien von Ogino et al. liefern mehr Informationen, um ein besseres Verständnis von CIMP zu ermöglichen, und werden hoffentlich Studien informieren, die letztendlich den Mechanismus identifizieren, der für die aberrante DNA-Methylierung bei Krebs verantwortlich ist. Im Moment führen sie jedoch zusätzliche Komplexität in einen Bereich der Krebsbiologie ein, der mehr Fragen als Antworten zu haben scheint.