Novel Insights into the Molecular Genetic Background of Colorectal Tumors

Many of the genes predisposing to highly penetrant colorectal cancer (CRC) syndromes, including hereditary non-polyposis colorectal cancer (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2), familial adenomatous polyposis (APC), Peutz-Jeghers syndrome (LKB1), juvenile polyposis (SMAD4, BMPR1A), MYH-associated polyposis (MYH), and Cowden syndrome (PTEN) have already been discovered. Identification of these genes has allowed a more precise classification of the hereditary CRC syndromes and provided a means for predictive genetic testing and surveillance. Some of the genes are also involved in sporadic cancer forms, and therefore the investigation of the rare CRC syndromes has been a breakthrough for general cancer research. Despite the accumulating knowledge on hereditary cancer syndromes, a significant number of familial CRCs remain molecularly unexplained after genetic testing, reflecting the possibility of other predisposing genes or existence of novel syndromes. Moreover, genetic variants conferring low-penetrance risk are still largely unknown. In this study, we examined the role of some new high- and low-penetrance alleles on CRC predisposition. We identified disease causing MYH mutations in a subset (9%) of patients with APC and AXIN2 mutation negative adenomatous polyposis. Due to differences in the pattern of inheritance and clinical manifestation, screening for mutations in MYH is beneficial in view of genetic counselling and surveillance. A novel functionally deficient MYH founder mutation A459D was identified in the Finnish population, and this finding had immediate clinical implications for genetic counselling of at risk families. Many patients with hamartomatous polyposis remain without molecular diagnosis due to atypical phenotypes. We therefore sought to classify 49 patients with unexplained hamartomatous or hyperplastic/mixed polyposis by extensive molecular analyses of PTEN, LKB1, BMPR1A, SMAD4, ENG, BRAF, MYH, and BHD along with revision of polyp histology. Mutations were identified in 11/49 (22%) of the patients. In 6 cases the molecular diagnosis was re-classified guiding surveillance and decisions for prophylactic surgery. Re-evaluation of polyp histology with subsequent more accurate selection of candidate gene analyses is beneficial and can be recommended for patients with unexplained polyposis. Furthermore, germline mutations in ENG underlying juvenile polyposis were described for the first time, characterizing a possible novel genetically defined form of hereditary CRC. Association analyses on two putative low-penetrance alleles, NOD2 3020insC and MDM2 SNP309 were performed in a population-based series of 1042 Finnish CRC patients and in cancer-free controls. In contrast to previous results, NOD2 3020insC did not associate with CRC or age at disease onset in the Finnish population. These data suggest that NOD2 3020insC alone might not be sufficient for CRC predisposition. MDM2 SNP309 was as common in the CRC cohort as in the healthy controls. Interesting trends, however, were observed, which after correction for multiple testing did not reach statistical significance. SNP309 was more common in female CRC patients and a trend towards an earlier age at disease onset was observed in women with SNP309. Subsequent studies have supported this observation and SNP309 could affect gender- or hormone-related tumorigenesis. Finally, a large-scale unbiased effort was designed to characterize the complete mutatome of CRC with microsatellite instability (MSI). Using an approach combining expression microarray and genome database searches, we were able to identify putative MSI target genes. Further characterization of one of the genes suggested that it might play a role also in microsatellite stable CRC and Peutz-Jeghers syndrome pathogenesis.

Paksu- ja peräsuolen syöpä (PPS) on yksi yleisimmistä syöpätaudeista länsimaissa. Geenivirheet monien periytyvien PPS-syndroomien taustalla on jo tunnistettu. Esimerkkejä näistä harvinaisista syndroomista ja alttiusgeeneistä ovat periytyvä ei-polypoottinen oireyhtymä (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2), familiaalinen adenomatoottinen polypoosi (APC), MYH-polypoosi (MYH), Peutz-Jeghersin syndrooma (LKB1), juveniili polypoosi (SMAD4, BMPR1A) ja Cowdenin syndrooma (PTEN). Alttiusgeenien löytäminen on johtanut syndroomien tarkempaan luokitteluun ja avannut mahdollisuudet ennakoivalle geenitestaukselle ja syövän seulonnalle, minkä on todettu vähentävän merkitsevästi syöpäkuolleisuutta. Periytyvien syöpämuotojen tutkimus on myös tuonut keskeistä uutta tietoa yleiseen syöpätutkimukseen. Osa PPS-suvuista jää kuitenkin edelleen ilman diagnoosia geenitestauksen jälkeen. Onkin mahdollista, että taustalta löytyy vielä uusia korkean tai matalan riskin alttiusgeenejä, joita pyrittiin tunnistamaan tässä tutkimuksessa. Tutkimme MYH-polypoosin osuutta Suomen Polypoosirekisterin potilailla. Löysimme MYH mutaatioita 9 %:lta adenomatoottisista polypoosia sairastavista potilaista, jotka olivat jääneet geenitestissä negatiivisiksi APC-mutaatioiden suhteen. Tunnistimme uuden suomalaisen MYH-geenin perustajamutaation, A459D. Löydöksellä oli välitön merkitys kyseisten sukujen perinnöllisyysneuvontaan. Tämän ja aiempien tutkimusten perusteella MYH-geenitestaus näyttäisi olevan hyödyllistä APC-geenitestin lisänä, sillä mutaatiot näissä geeneissä johtavat periytymistavaltaan erilaisiin tauteihin. Pyrimme tarkentamaan epäselvää tai epätyypillistä hamartomatoottista tai hyperplastista polypoosia sairastavien potilaiden diagnostista luokittelua PTEN, LKB1, BMPR1A, SMAD4, ENG, BRAF, MYH, ja BHD geenien molekyylitestauksella ja uudelleenarvioimalla polyyppien histologiaa. Laaja geenianalyysi osoittautui hyödylliseksi, sillä tunnistimme ituratamutaation 11/49 (22 %) potilaalta. Kuudella potilaalla diagnoosi muuttui geenianalyysien jälkeen aiemmasta kliinisten piirteiden perusteella tehdystä diagnoosista ohjaten syöpäseurantaa ja päätöksiä ennaltaehkäisevistä kirurgisista toimenpiteistä. Totesimme myös, että keskitetty histologinen arviointi voi johdattaa tarkempaan geenitestien valintaan. Näiden löydösten lisäksi työssä kuvattiin ensimmäistä kertaa ENG-geenin ituratamutaatioiden yhteys juveniiliin polypoosiin, muodostaen mahdollisen uuden periytyvän PPS:n alamuodon. Tutkimme kahden mahdollisen matalan riskin geenivirheen, NOD2 3020insC:n ja MDM2 SNP309:n, yhteyttä PPS-alttiuteen 1042 väestöpohjaisen PPS:n aineistossa ja terveillä verrokeilla. NOD2 3020insC ei assosioitunut PPS:ään, ja vastoin aiempaa tutkimustietoa 3020insC ei vaikuttanut myöskään sairastumisikään suomalaisessa väestössä. Tuloksemme viittaavat siihen, että NOD2 3020insC yksinään ei ehkä lisäisikään sairastumisriskiä PPS:ään. MDM2 SNP309 oli yhtä yleinen sekä PPS-potilailla että terveillä verrokeilla. Kiinnostava havainto, joka ei tosin saavuttanut tilastollista merkitsevyyttä, oli SNP309:n suurempi frekvenssi PPS:ää sairastavilla naisilla. Naisilla SNP309 assosioitui myös varhaisempaan sairastumisikään. Myöhemmät tutkimukset ovat tukeneet havaintoamme. MDM2 SNP309:llä saattaisi siten olla merkitys hormoniriippuvaisen syövän synnyssä. Viimeisessä osatyössä suunnittelimme genominlaajuisen lähestymistavan tutkiaksemme mikrosatelliitti-epästabiilin (MSI) PPS:n somaattista mutaatiospektriä. Käyttäen mikrosiruteknologiaa ja genomitietokantoja tunnistimme uusia mahdollisia syövän kohdegeenejä. Yhtä löydetyistä geeneistä tutkittiin tarkemmin. Osoittautui, että kyseisellä geenillä saattaisi olla merkitys MSI-syövän lisäksi myös mikrosatelliitti-stabiilin PPS:n ja Peutz-Jeghersin syndrooman patogeneesissä.