Molecular basis of colorectal cancer predisposition

Colorectal cancer (CRC) is one of the most frequent malignancies in Western countries. Inherited factors have been suggested to be involved in 35% of CRCs. The hereditary CRC syndromes explain only ~6% of all CRCs, indicating that a large proportion of the inherited susceptibility is still unexplained. Much of the remaining genetic predisposition for CRC is probably due to undiscovered low-penetrance variations. This study was conducted to identify germline and somatic changes that contribute to CRC predisposition and tumorigenesis. MLH1 and MSH2, that underlie Hereditary non-polyposis colorectal cancer (HNPCC) are considered to be tumor suppressor genes; the first hit is inherited in the germline and somatic inactivation of the wild type allele is required for tumor initiation. In a recent study, frequent loss of the mutant allele in HNPCC tumors was detected and a new model, arguing against the two-hit hypothesis, was proposed for somatic HNPCC tumorigenesis. We tested this hypothesis by conducting LOH analysis on 25 colorectal HNPCC tumors with a known germline mutation in the MLH1 or MSH2 genes. LOH was detected in 56% of the tumors. All the losses targeted the wild type allele supporting the classical two-hit model for HNPCC tumorigenesis. The variants 3020insC, R702W and G908R in NOD2 predispose to Crohn s disease. Contribution of NOD2 to CRC predisposition has been examined in several case-control series, with conflicting results. We have previously shown that 3020insC does not predispose to CRC in Finnish CRC patients. To expand our previous study the variants R702W and G908R were genotyped in a population-based series of 1042 Finnish CRC patients and 508 healthy controls. Association analyses did not show significant evidence for association of the variants with CRC. Single nucleotide polymorphism (SNP) rs6983267 at chromosome 8q24 was the first CRC susceptibility variant identified through genome-wide association studies. To characterize the role of rs6983267 in CRC predisposition in the Finnish population, we genotyped the SNP in the case-control material of 1042 cases and 1012 controls and showed that G allele of rs6983267 is associated with the increased risk of CRC (OR 1.22; P=0.0018). Examination of allelic imbalance in the tumors heterozygous for rs6983267 revealed that copy number increase affected 22% of the tumors and interestingly, it favored the G allele. By utilizing a computer algorithm, Enhancer Element Locator (EEL), an evolutionary conserved regulatory motif containing rs6983267 was identified. The SNP affected the binding site of TCF4, a transcription factor that mediates Wnt signaling in cells, and has proven to be crucial in colorectal neoplasia. The preferential binding of TCF4 to the risk allele G was showed in vitro and in vivo. The element drove lacZ marker gene expression in mouse embryos in a pattern that is consistent with genes regulated by the Wnt signaling pathway. These results suggest that rs6983267 at 8q24 exerts its effect in CRC predisposition by regulating gene expression. The most obvious target gene for the enhancer element is MYC, residing ~335 kb downstream, however further studies are required to establish the transcriptional target(s) of the predicted enhancer element.

Molekyylibiologisten menetelmien kehittäminen ihmisen suoliston sulfaattia pelkistävien bakteerien määrittämiseksi

Ihmisen ruuansulatuskanavan bakteeriston kehitys alkaa syntymästä, jolloin ensimmäiset bakteerit kansoittavat steriilin ruuansulatuskanavan. Bakteeristo kehittyy perimän, ympäristön ja varhaisen ruokavalion vaikutuksesta kohti monimuotoisempaa bakteeripopulaatiota. Aikuisen ruuansulatuskanavan normaalibakteeristo on varsin muuttumaton, mutta siihen vaikuttavat monet tekijät, kuten ikä, terveydentila, ruokavalio ja antibioottien käyttö. Bakteeriston koostumus vaihtelee ruuansulatuskanavan eri osissa ja bakteerimäärä kasvaa kohti paksusuolta, ollen paksusuolessa ja ulosteessa peräti 1010-1012 pmy/ml. Suurin osa ruuansulatuskanavan bakteereista on anaerobeja. Ruuansulatuskanavan bakteeristo vaikuttaa muun muassa suoliston kehittymiseen ja hiilihydraattien ja proteiinien hajotukseen sekä toimii osana immuunipuolustusta. Sulfaattia pelkistävät bakteerit (SRB) ovat monimuotoinen ryhmä pääosin anaerobisia bakteereita, jotka käyttävät aineenvaihdunnassaan elektronin vastaanottajana sulfaattia muuttaen sen lopulta sulfidiksi. SRB:t ovat sopeutuneet useisiin erilaisiin ympäristöihin. Niitä tavataan mm. vesistöjen sedimenteissä sekä ihmisen ruuansulatuskanavassa. Ihmisen ruuansulatuskanavassa on SRB:ta n. 105-108 pmy/g, ja niitä on löydetty erityisesti anaerobisista osista kuten suun ientaskuista ja paksusuolesta. SRB:t voivat olla haitaksi ruuansulatuskanavalle tuottamansa sulfidin vuoksi, joka esiintyy vesiliuoksessa vetysulfidina. Tämän on havaittu olevan toksista suoliston epiteelisoluille. Viimeaikoina on kiinnostuttu sulfaatinpelkistäjien yhteydestä suoliston sairaustiloihin, kuten tulehduksellisiin suolistosairauksiin (IBD). Pro gradu -tutkimukseni tavoitteena oli kehittää PCR-DGGE- ja qPCR-menetelmät ulosteen sulfaattia pelkistävien bakteerien määritykseen. Kohdegeeninä menetelmänkehityksessä käytettiin dsrAB-geeniä, joka koodaa dissimilatorista sulfiitinpelkistysentsyymiä. dsrAB-geeni on sulfaatinpelkistäjille ominainen konservoitunut geenialue, johon perustuvia tutkimuksia ei vielä ole paljon ihmispuolelta. qPCR-menetelmä saatiin optimoitua herkäksi ja spesifiseksi käyttäen dsrA-geenispesifisiä alukkeita, mutta PCR-DGGE-menetelmää ei saatu optimoitua käytössä olleilla alukkeilla, jotka monistivat PCR-DGGE:ssa myös negatiivikontrollikantoja. Tutkittaessa qPCR:lla IBD:tä (Crohn ja ulseratiivinen koliitti) sairastavien lasten ja terveiden kontrollihenkilöiden ulostenäytteistä eristettyä DNA:ta, merkittävää eroa SRB-määrissä ei havaittu eri ryhmien välillä. Crohnin tautia sairastavien aktiivisen vaiheen ja oireettoman vaiheen näytteiden välillä oli kuitenkin tilastollisesti merkitsevä ero (SRB-määrät; oireeton vaihe>oireellinen vaihe) (P <0,05).