Polymorphic low penetrance genes and breast cancer : The role of genes involved in metabolism of xenobiotics, estrogens and reactive oxygen species

Various endogenous and exogenous factors have been reported to increase the risk of breast cancer. Many of those are related to prolonged lifetime exposure to estrogens. Furthermore, a positive family history of breast cancer and certain benign breast diseases are known to increase the risk of breast cancer. The role of lifestyle factors, such as use of alcohol and smoking has been an area of intensive study. Alcohol has been found to increase the risk of breast cancer, whereas the role of smoking has remained obscure. A multitude of enzymes are involved in the metabolism of estrogens and xenobiotics including the carcinogens found in tobacco smoke. Many of the metabolic enzymes exhibit genetic polymorphisms that can lead to inter-individual differences in their abilities to modify hazardous substrates. Therefore, in presence of a given chemical exposure, one subgroup of women may be more susceptible to breast carcinogenesis, since they carry unfavourable forms of the polymorphic genes involved in the metabolism of the chemical. In this work, polymorphic genes encoding for cytochrome P450 (CYP) 1A1 and 1B1, N-acetyl transferase 2 (NAT2), sulfotransferase 1A1 (SULT1A1), manganese superoxide dismutase (MnSOD) and vitamin D receptor (VDR) were investigated in relation to breast cancer susceptibility in a Finnish population. CYP1A1, CYP1B1 and SULT1A1 are involved in the metabolism of both estrogens and xenobiotics, whereas NAT2 is involved only in the latter. MnSOD is an antioxidant enzyme protecting cells from oxidative damage. VDR, in turn, mediates the effects of the active form of vitamin D (1,25(OH)2D3, calcitriol) on maintenance of calcium homeostasis and it has anti-proliferative effects in many cancer cells. A 1.3-fold (95% CIs 1.01-1.73) increased risk of breast cancer was seen among women who carried the NAT2 slow acetylator genotype and a 1.5-fold (95% CI 1.1-2.0) risk was found in women with a MnSOD variant A allele containing genotypes compared to women with the NAT2 rapid acetylator genotype or to those with the MnSOD VV genotype, respectively. Instead, women with the VDR a allele containing genotypes were found to be at a decreased risk for breast cancer (OR 0.73; 95% CI 0.54-0.98) compared to women with the AA genotype. No significant overall associations were found between SULT1A1 or CYP genotypes and breast cancer risk, whereas a combination of the CYP1B1 432Val allele containing genotypes with the NAT2 slow acetylator genotypes posed a 1.5-fold (95% CI 1.03-2.24) increased risk. Moreover, NAT2 slow acetylator genotype was found to be confined to women with an advanced stage of breast cancer (stages III and IV). Further evidence for the association of xenobiotic metabolising genes with breast cancer risk was found when active smoking was taken into account. Women who smoked less than 10 cigarettes/day and carried at least one CYP1B1 432Val variant allele, were at 3.1-fold (95% CI 1.32-7.12) risk of breast cancer compared to women who smoked the same amount but did not carry the variant allele. Furthermore, the risk was significantly increased with increasing number of the CYP1B1 432Val alleles (p for trend 0.005). In addition, women who smoked less than 5 pack-years and carried the NAT2 slow acetylator genotype were at a 2.6-fold (95% CI 1.01-6.48) increased risk of breast cancer compared to women who smoked the same amount but carried the NAT2 rapid acetylator genotype. Furthermore, the combination of the CYP1B1 432Val allele and the NAT2 slow acetylator genotype increased the risk of breast cancer by 2.5-fold (95% CI 1.11-5.45) among ever smokers. Instead, the MnSOD A allele was found to be a risk factor among postmenopausal long-term smokers (>15 years of smoking) (OR 5.1; 95% CI 1.4-18.4) or among postmenopausal women who had smoked more than 10 cigarettes/day (OR 5.5; 95% CI 1.3-23.4) compared to women who had similar smoking habits but carried the MnSOD V/V genotype. Similarly, within subgroups of postmenopausal women who were using oral contraceptives, hormone replacement therapy or alcohol, women carrying the MnSOD A allele genotypes seemed to be at increased risk of breast cancer compared to women with the MnSOD V/V genotype. A positive family history of breast cancer and high parity were shown to be inversely associated with breast cancer risk among women carrying the VDR ApaI a allele or among premenopausal women carrying the SULT1A1*2 allele, respectively.

Rintasyöpä on naisten yleisin syöpä Suomessa. Rintasyövän riskitekijöitä on tutkittu maailmalla aktiivisesti niin geneettisten ja hormonaalisten tekijöiden, kuin elintapojen ja ympäristötekijöidenkin kannalta. Geneettiset tekijät voidaan luokitella nk. korkean ja matalan penetranssin geeneiksi. Korkean penetranssin geenien mutaatioiden kantajilla on suhteellisen suuri yksilötason riski sairastua perinnölliseen rintasyöpään. Nämä geenit selittävät tutkimusten mukaan kuitenkin vain noin 5-10 % kaikista rintasyöpätapauksista. Matalan penetranssin geenimuunnosten kantajien riski sairastua rintasyöpään on huomattavasti pienempi kuin korkean penetranssin geenien muutosten kantajilla. Näiden geenimuunnosten kantajien osuus väestössä on kuitenkin merkittävästi korkeampi kuin korkean penetranssin geenimutaatioiden kantajien. Väestötasolla niiden vaikutus voi siten olla suurempi kuin korkean penetranssin geenien. Hormonaalisista alttiustekijöistä rintasyöpäriskiä lisää mm. pidentynyt altistuminen estrogeeneille. Esimerkiksi varhainen kuukautisten alkaminen ja myöhäinen vaihdevuosien alkaminen tai pitkäaikainen, yli viisi vuotta kestävä hormonikorvaushoito-valmisteiden käyttö lisäävät jonkin verran riskiä sairastua rintasyöpään. Elintapojen suhteen puolestaan esimerkiksi runsaalla alkoholinkäytöllä on havaittu yhteys suurentuneeseen rintasyöpäriskiin. Tupakoinnin ja ravinnon suhteen tulokset ovat epäselviä. Yksittäisten tekijöiden vaikutus rintasyöpäalttiuteen lienee vähäistä tai epävarmaa ja rintasyöpä syntyykin todennäköisesti geenien ja ympäristötekijöiden monisyisen yhteisvaikutuksen seurauksena. Tutkimuksessamme olemme pyrkineet selvittämään matalan penetranssin geenien emäsmuutosten yhteyttä rintasyöpäriskiin suomalaisilla naisilla ottaen samalla huomioon myös mm. tiettyjä elintapoja, kuten tupakointi ja alkoholin käyttö, sekä hormonaalisia tekijöitä, kuten hormonikorvaushoidon käyttö. Matalan penetranssin geenien vaikutus syöpäriskiin näkyy usein vasta otettaessa huomioon myös altistuminen vierasaineille, kuten tupakan syöpää aiheuttaville aineille (karsinogeeneille) tai estrogeenille. Tutkimistamme geeneistä sytokromi P450 (CYP) 1A1 ja 1B1 sekä sulfotransferaasi (SULT) 1A1 tuottavat entsyymejä, jotka osallistuvat sekä vierasaineiden, kuten tupakan sisältämien tiettyjen karsinogeenien että estrogeenin aineenvaihduntaan (metaboliaan). N-asetyylitransferaasi 2 (NAT2)-geenin tuottama entsyymi liittyy puolestaan vain tiettyjen vierasaineiden metaboliareaktioihin. Manganaasi-superoksidi-dismutaasin (MnSOD) geenin tuottama antioksidanttientsyymi liittyy sen sijaan solun aineenvaihdunnan sivutuotteina syntyvien haitallisten happiradikaalien tuhoamiseen ja D-vitamiinireseptorigeenin (VDR) tuottama proteiini D-vitamiinin vaikutusten välittämiseen. Kaikista yllämainituista geeneistä on löytynyt monimuotoisuutta (emäsmuutoksia DNA:ssa), jonka on aikaisemmissa tutkimuksissa ehdotettu muokkaavan yksilöllistä alttiutta sairastua rintasyöpään. Nämä geenimuunnokset voivat tuottaa eroja mm. entsyymien aktiivisuuksissa tai määrissä. Täten esimerkiksi yksilöt, joilla on aikaisempien tutkimusten perusteella oletettavasti suotuisammat muodot geeneistä, saattavat poistaa aineenvaihduntareaktioissa syntyvät reaktiiviset haitalliset välituotteet elimistöstä tehokkaammin vaarattomammiksi, kuin yksilöt joilla on oletettavasti epäsuotuisammat muodot samoista geeneistä. Tutkimuksemme osoitti, että naisilla, joilla oli alentunutta NAT2-aktiivisuutta koodaava geenimuunnos, tai MnSOD-geenin tietty muoto (A-alleeli), nähtiin kohonnut rintasyöpäriski, kun taas naisilla, joilla oli VDR-geenin tietty muoto (VDR ApaI a-alleeli), oli alentunut rintasyöpäriski. Kun tupakointitavat otettiin huomioon, nähtiin kohonnut riski naisilla, joilla oli CYP1B1-geenin tietty muoto (432Val-alleeli) ja/tai alentunut NAT2-aktiivisuutta koodaava geenimuunnos tai MnSOD-geenin tietty muoto (A-alleeli). Tämä MnSOD-geenin muoto liittyi myös kohonneeseen rintasyöpäriskiin vaihdevuodet ohittaneilla naisilla, jotka mm. käyttivät alkoholia tai hormonikorvaushoitoa. Alentunut rintasyöpäriski havaittiin puolestaan ennen vaihdevuosia olevilla naisilla, joilla oli alentunutta SULT1A1 aktiivisuutta koodaava geenimuunnos sekä vähintään kolme lasta, tai naisilla, joiden lähisuvussa oli ollut rintasyöpää ja VDR-geenin tietty muoto (VDR ApaI a-alleeli). Täten tutkimustemme perusteella elintavoilla, kuten esimerkiksi tupakoinnilla saattaa olla yhteys kohonneeseen rintasyöpäalttiuteen osalla naisista, kun otetaan huomioon myös geneettiset tekijät. Lisää tutkimuksia kuitenkin tarvitaan ennen kuin mitään pitkälle meneviä johtopäätöksiä voidaan vetää geneettisten alttiustekijöiden ja ympäristötekijöiden/elintapojen yhteydestä rintasyöpäriskiin.