Genetic and epigenetic mechanisms of tumor predisposition in hereditary non-polyposis colorectal carcinoma and sporadic cancers

Individuals with inherited deficiency in DNA mismatch repair(MMR) (Lynch syndrome) LS are predisposed to different cancers in a non-random fashion. Endometrial cancer (EC) is the most common extracolonic malignancy in LS. LS represents the best characterized form of hereditary nonpolyposis colorectal carcinoma (HNPCC). Other forms of familial non-polyposis colon cancer exist, including familial colorectal cancer type X (FCCX). This syndrome resembles LS, but MMR gene defects are excluded and the predisposition genes are unknown so far. To address why different organs are differently susceptible to cancer development, we examined molecular similarities and differences in selected cancers whose frequency varies in LS individuals. Tumors that are common (colorectal, endometrial, gastric) and less common (brain, urological) in LS were characterized for MMR protein expression, microsatellite instability (MSI), and by altered DNA methylation. We also studied samples of histologically normal endometrium, endometrial hyperplasia,and cancer for molecular alterations to identify potential markers that could predict malignant transformation in LS and sporadic cases. Our results suggest that brain and kidney tumors follow a different pathway for cancer development than the most common LS related cancers.Our results suggest also that MMR defects are detectable in endometrial tissues from a proportion of LS mutation carriers prior to endometrial cancer development. Traditionally (complex) atypical hyperplasia has been considered critical for progression to malignancy. Our results suggest that complex hyperplasia without atypia is equally important as a precursor lesion of malignancy. Tumor profiles from Egypt were compared with colorectal tumors from Finland to evaluate if there are differences specific to the ethnic origin (East vs.West). Results showed for the first time a distinct genetic and epigenetic signature in the Egyptian CRC marked by high methylation of microsatellite stable tumors associated with advanced stage, and low frequency of Wnt signaling activation, suggesting a novel pathway. DNA samples from FCCX families were studied with genome wide linkage analysis using microsatellite markers. Selected genes from the linked areas were tested for possible mutations that could explain predisposition to a large number of colon adenomas and carcinomas seen in these families. Based on the results from the linkage analysis, a number of areas with tentative linkage were identified in family 20. We narrowed down these areas by additional microsatellite markers to found a mutation in the BMPR1A gene. Sequencing of an additional 17 FCCX families resulted in a BMPR1A mutation frequency of 2/18 families (11%). Clarification of the mechanisms of the differential tumor susceptibility in LS increases the understanding of gene and organ specific targets of MMR deficiency. While it is generally accepted that widespread MMR deficiency and consequent microsatellite instability (MSI) drives tumorigenesis in LS, the timing of molecular alterations is controversial. In particular, it is important to know that alterations may occur several years before cancer formation, at stages that are still histologically regarded as normal. Identification of molecular markers that could predict the risk of malignant transformation may be used to improve surveillance and cancer prevention in genetically predisposed individuals. Significant fractions of families with colorectal and/or endometrial cancer presently lack molecular definition altogether. Our findings expand the phenotypic spectrum of BMPR1A mutations and, for the first time, link FCCX families to the germline mutation of a specific gene. In particular, our observations encourage screening of additional families with FCCX for BMPR1A mutation, which is necessary in obtaining a reliable estimate of the share of BMPR1A-associated cases among all FCCX families worldwide. Clinically, the identification of predisposing mutations enables targeted cancer prevention in proven mutation carriers and thereby reduces cancer morbidity and mortality in the respective families.

Lynchin syndrooma (LS) on perinnöllinen syöpäoireyhtymä, joka altistaa mm. kohtu,- munuais,- virtsarakko ja mahasyöville, sekä aivokasvaimille. Aiemmin LS tunnettiin kliinisen kuvansa perusteella perinnöllisenä ei-polypoottisena paksusuolen syöpänä eli HNPCC-tautina (hereditary non-polypotic colorectal cancer). LS:n tärkeimmät alttiusgeenit ovat DNA:n väärinpariutuneita emäksiä korjaavat MLH1, MSH2 ja MSH6. Po. alttiusgeenien tunnistamisen jälkeen termi LS onkin rajattu siihen HNPCC:n alaryhmään, jossa tiedetään olevan kyseisen korjausgeeniryhmän synnynnäinen virhe. Kliinisin kriteerein määritellyssä HNPCC-taudissa tunnetaan toinenkin alaryhmä, LS:aa muistuttava suvuittainen paksu-ja peräsuolisyöpäoireyhtymä eli FCCX (familial colorectal cancer type X). Sen alttiusgeenit ovat toistaiseksi olleet tuntemattomia, maailmanlaajuisesta etsinnästä huolimatta. Väitöskirjatyön ensimmäisessä osatyössä tutkittiin LS:n harvinaisempia syöpiä (aivokasvaimet, virtsarakko- ja munuaissyövät), joita verrattiin yleisimpiin paksusuoli,- kohtu ja mahasyöpiin. Toisessa osatyössä tutkimme LS-naisten kohtusyövän esiasteita ja vertasimme molekylaarisia tekijöitä satunnaisesti esiintyviin esiasteisiin. LS-naisilla alttius sairastua kohtusyöpään on jopa 60 % eli kaikkein yleisin LS-syövistä. Kolmannessa osatyössä vertasimme suomalaisten ja egyptiläisten lähinnä satunnaisesti esiintyviä paksu-ja peräsuolisyöpiä. Neljännessä osatyössä etsimme kytkentäanalyysin avulla alttiusgeenejä FCCX:ään. Havaitsimme, että LS:aan liittyvät harvinaisemmat syövät eli aivokasvaimet ja munuaissyövät kehittyvät erilaista reittiä kuin yleisimmät paksusuoli,- maha ja kohtusyövät. Löysimme eroja LS-naisten sekä verrokkiaineiston (satunnaisesti esiintyvien) kohtusyövän esiasteiden välillä. LS:ssa voitiin havaita normaalissa kohdun limakalvossa molekyylimuutoksia jopa yli kymmenen vuotta ennen varsinaisen kohtusyövän kehittymistä. Perinteisesti kohtusyövän kehittymisen tärkeimpänä ennusmerkkinä on pidetty atyyppistä kompleksista hyperplasiaa. Oman molekyylikartoituksemme perusteella kompleksinen hyperplasia atypian kanssa tai ilman ennustaa kohtusyövän kehittymistä; nämä tulokset on kuitenkin hyvä varmistaa isommassa aineistossa. Väitöskirjatyön tärkeimpänä löydöksenä voidaan pitää yhden ja samalla ensimmäisen alttiusgeenin löytymistä FCCX-syndroomaan. Aineistomme käsittää n. 20 FCCX-sukua, joista alttiusgeeniä on etsitty jo useita vuosia, tuloksetta. Kytkentäanalyysin antaman positiivisen tuloksen ja sen jälkeisen hienokartoituksen avulla pystyimme kaventamaan kromosomissa 10q23 sijaitsevaa aluetta. Läpisekvensoimme alueelta kolme geeniä ja löysimme kahdesta FCCX-suvusta mutaation BMPR1A-geenistä. BMPR1A geenin on todettu mutatoituneen n. 20 % Juveniilissä polypoosi syndroomassa (JPS), mutta näissä FCCX-suvuissa ei ollut viitteitä JPS:ään. JPS on myös paksusuolisyövän riskitekijä, mutta ilmiasultaan erilainen kuin FCCX. Tämän perusteella voidaan päätellä, että ilmiasultaan erilaiset sairaudet voivat olla kuitenkin saman alttiusgeenin aiheuttamia, mikä antaa aiheen etsiä muista FCCX-suvuista ko. geenin mutaatioita maailmanlaajuisesti.