Molecular classification of familial colorectal and endometrial carcinoma

Hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC) is the most common known clearly hereditary cause of colorectal and endometrial cancer (CRC and EC). Dominantly inherited mutations in one of the known mismatch repair (MMR) genes predispose to HNPCC. Defective MMR leads to an accumulation of mutations especially in repeat tracts, presenting microsatellite instability. HNPCC is clinically a very heterogeneous disease. The age at onset varies and the target tissue may vary. In addition, families that fulfill the diagnostic criteria for HNPCC but fail to show any predisposing mutation in MMR genes exist. Our aim was to evaluate the genetic background of familial CRC and EC. We performed comprehensive molecular and DNA copy number analyses of CRCs fulfilling the diagnostic criteria for HNPCC. We studied the role of five pathways (MMR, Wnt, p53, CIN, PI3K/AKT) and divided the tumors into two groups, one with MMR gene germline mutations and the other without. We observed that MMR proficient familial CRC consist of two molecularly distinct groups that differ from MMR deficient tumors. Group A shows paucity of common molecular and chromosomal alterations characteristic of colorectal carcinogenesis. Group B shows molecular features similar to classical microsatellite stable tumors with gross chromosomal alterations. Our finding of a unique tumor profile in group A suggests the involvement of novel predisposing genes and pathways in colorectal cancer cohorts not linked to MMR gene defects. We investigated the genetic background of familial ECs. Among 22 families with clustering of EC, two (9%) were due to MMR gene germline mutations. The remaining familial site-specific ECs are largely comparable with HNPCC associated ECs, the main difference between these groups being MMR proficiency vs. deficiency. We studied the role of PI3K/AKT pathway in familial ECs as well and observed that PIK3CA amplifications are characteristic of familial site-specific EC without MMR gene germline mutations. Most of the high-level amplifications occurred in tumors with stable microsatellites, suggesting that these tumors are more likely associated with chromosomal rather than microsatellite instability and MMR defect. The existence of site-specific endometrial carcinoma as a separate entity remains equivocal until predisposing genes are identified. It is possible that no single highly penetrant gene for this proposed syndrome exists, it may, for example be due to a combination of multiple low penetrance genes. Despite advances in deciphering the molecular genetic background of HNPCC, it is poorly understood why certain organs are more susceptible than others to cancer development. We found that important determinants of the HNPCC tumor spectrum are, in addition to different predisposing germline mutations, organ specific target genes and different instability profiles, loss of heterozygosity at MLH1 locus, and MLH1 promoter methylation. This study provided more precise molecular classification of families with CRC and EC. Our observations on familial CRC and EC are likely to have broader significance that extends to sporadic CRC and EC as well.

Kohdun runko-osan syöpä ja paksusuolisyöpä kuuluvat kolmen yleisimmän syöpätaudin joukkoon länsimaissa. Selvästi periytyvistä muodoista yleisin on periytyvä ei-polypoottinen paksusuolisyöpäsyndrooma (hereditary nonpolyposis colorectal cancer, HNPCC), joka aiheuttaa noin 1-5 % kaikista paksusuolen ja kohdun runko-osan syövistä. HNPCC periytyy vallitsevasti ja sille altistavat DNA:ta korjaavien mismatch repair (MMR) geenien (MLH1, MSH2, MSH3, MSH6 ja PMS2) mutaatiot. MMR geenien mutaatiot aiheuttavat korjausmekanismin puutteellisen toiminnan ja virheiden kertymisen solun DNA:han. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää suvuittain esiintyvän paksusuolisyövän ja kohdun runko-osan syövän geneettistä taustaa. Teimme kattavat molekyyligeneettiset ja kopiolukuihin perustuvat analyysit tutkimalla HNPCC -kriteerit täyttäviä paksusuolisyöpiä. Merkittävin löydöksemme oli niiden syöpien, joiden taustalta ei löytynyt MMR geenien ituratamutaatiota, jakautuminen kahteen ryhmään. Ryhmä A koostuu syövistä, joista ei löydy paksusuolisyövälle tunnusomaisia molekyyli- eikä kromosomitason muutoksia. Ryhmä B puolestaan edustaa klassista paksusuolisyöpäpopulaatiota, jolle stabiilit mikrosatelliitit sekä runsaat kromosomitason muutokset ovat tyypillisiä. Tutkimustemme mukaan ryhmä A on ainutlaatuinen joukko paksusuolisyöpiä, joiden taustalla on todennäköisesti vielä tuntemattomia sairaudelle altistavia geenejä ja signaalireittejä. Selvitimme suvuittain esiintyvän kohdun runko-osan syövän geneettistä taustaa tutkimalla MMR geenien ja PI3K/AKT signaalireitin osuutta näiden syöpien kehittymisessä. Yhteensä 9 %:ssa perheistä, joissa esiintyy sattumaa useammin kohdun runko-osan syöpää, löytyi ituratamutaatio MMR geenistä. Nämä perheet edustavat epätyypillistä HNPCC syndroomaa, joka ilmentyy kohdun runko-osan syöpänä ilman syndroomalle tyypillisiä paksusuolen syöpäkasvaimia. Suurimmassa osassa (91%) perheitä ei löytynyt periytyvää MMR geenin mutaatiota. Näissä perheissä kromosomaaliset muutokset, pikemmin kuin MMR mekanismin toimimattomuus, ovat osallisena kohdun runko-osan syöpien kehittymiseen. Tutkimuksemme jälkeen jäi vielä epäselväksi muodostavatko kyseiset perheet itsenäisen kokonaisuuden, jonka taustalla on yhden geenin virhe, vai ovatko sattumaa useammin esiintyvät kohdun runko-osan syövät näissä perheissä usean eri geenin sekä ympäristön yhteisvaikutuksen tulos. HNPCC -syndrooman geneettinen tausta tunnetaan hyvin, mutta on yhä epäselvää miksi juuri tietyt kudokset ovat erityisen alttiita kasvainten kehittymiselle. Erilaisilla ituratamutaatioilla ja kudosspesifeillä kohdegeeneillä on vaikutuksensa eri kudosten syöpäalttiuteen. Havaitsimme, että HNPCC syöpäkirjon määräytymiseen vaikuttavat lisäksi MLH1 -geenipaikan häviäminen sekä MLH1 -geenin hypermetylaatio. Tässä tutkimuksessa suvuittain esiintyvät paksusuolen syövät ja kohdun runko-osan syövät luokiteltiin tarkemmin molekyyligenetiikan keinoin. Havainnoistamme on todennäköisesti hyötyä myös satunnaisesti esiintyvien syöpien luokittelulle ja sitä kautta mahdollisesti tulevaisuudessa myös potilaiden yksilöidyn hoidon suunnittelulle.