4b.pdf

Rodzinna polipowatość gruczolakowata jelita grubego

Andrzej Pławski 1 , Piotr Krokowicz 2 , Jacek Paszkowski 2 , Jan Lubiński 3 , Ryszard Słomski 1,4

1. Zakład Genetyki Człowieka PAN, Poznań, ul. Strzeszyńska 32, 60-479 Poznań, tel. (061) 8233011.

2. Katedra i Klinika Chirurgii Ogólnej, Gastroenterologii i Endokrynologii, Akademia Medyczna w Po-

znaniu, ul. Przybyszewskiego 49, 60-355 Poznań, tel. (061) 8691275.

3. Zakład Genetyki i Patomorfologii, Pomorska Akademia Medyczna w Szczecinie, ul. Połabska 4, 70-115

Szczecin, tel. (091) 4661532.

4. Katedra Biochemii i Biotechnologii, Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego, ul. Wołyńska 35, 60-637

Poznań, tel. (061) 8487202.

Wstęp

Rodzinna polipowatość gruczolakowata (FAP, ang. familial adenomatous polyposis )

stanowi około 1% wszystkich raków jelita grubego [1]. De novo choroba występuje z

częstością 1 na 8000 tysięcy urodzeń [2]. Wiek występowania objawów u chorych jest dość

zróżnicowany, obserwuje się również różnice w wieku występowania objawów u rodzeństwa.

Jednak można przyjąć, że wystąpienie raka jelita grubego w młodym wieku powinno być

sygnałem do przeprowadzenia wywiadu rodzinnego, który pozwala na określenie czy w rodzi-

nie występuje dziedziczna predyspozycja [3]. Występowanie pojedynczego przypadku choroby

nie wyklucza dziedzicznej predyspozycji, ponieważ chory może być pierwszym nosicielem

mutacji. Objawy FAP występują wcześniej, niż w HNPCC i pojawiają się w drugiej dekadzie

życia, choć obserwuje się przypadki występowania choroby nawet w wieku 5 lat [4]. Podło-

żem genetycznym rodzinnej polipowatości gruczolakowatej jest występowanie mutacji w genie

supresorowym APC (ang. adenomatous polyposis coli ).

Geny supresorowe nowotworów zaangażowane są w kontrolę proliferacji komórek.

Produkty białkowe genów supresorowych biorą udział w kontroli cyklu komórkowego jako

jego inhibitory, są także składnikami układu kontaktowego hamowania wzrostu. Geny

supresorowe pełnią funkcję w utrzymywaniu liczby komórek na stałym poziomie. Zaburzenia

tych mechanizmów prowadzą do zwiększenia częstości podziałów komórkowych, jak również

wzrostu liczby błędów powstających podczas podziału. Prowadzi to do gromadzenia zmian w

materiale genetycznym i wyselekcjonowania nieśmiertelnego klonu o bardzo częstych po-

działach komórkowych, zdolnego zasiedlać inne tkanki.

Mutacje genów supresorowych przekazywane potomstwu są przyczynami większości

dziedzicznych chorób nowotworowych. Mutacje te mają charakter recesywny, ponieważ w

przypadku genów supresorowych fenotyp mutacji jest maskowany przez prawidłowy allel

genu. W inicjacji procesu nowotworowego występują dwie niezależne mutacje w obrębie lokus

genu supresorowego [5]. W przypadku nosicielstwa zmutowanego allelu genu ryzyko wy-

stąpienia drugiej mutacji, a tym samym inicjacji choroby nowotworowej, jest bardzo wysokie.

Charakterystyczną cechą nowotworów warunkowanych dziedzicznymi mutacjami jest tenden-

cja do zachorowania w młodym wieku, wieloogniskowość i występowanie obustronne w na-

rządach parzystych. Wprawdzie mutacje występują we wszystkich komórkach organizmu, jed-

nak obserwuje się tkankowo specyficzne występowanie nowotworów.

Historia badań genu APC

FAP została zidentyfikowana jako dziedziczny zespół chorobowy już w latach 20-tych

dwudziestego wieku. W 1972 r. został opisany zespół Gardnera, który jest postacią FAP cha-

rakteryzującą się nie tylko obecnością setek czy tysięcy polipów w jelicie, lecz także

kostniaków oraz przebarwień siatkówki (CHRPE, ang . congenital hypertrophy of the retinal

pigment epithelium ). Występowanie FAP zaczęto wiązać z regionem q21-q22 chromosomu 5

na podstawie obserwacji dużej delecji wykrytej w badaniach cytogenetycznych oraz wyników

badań sprzężeń markerów RFLP pacjenta z zespołem Gardnera i zaawansowanym rozwojem

polipów w jelicie grubym [6]. Pod koniec lat osiemdziesiątych badania sprzężeń ukierunkowały

poszukiwania genu na region obejmujący oddalone od siebie o 150 kpz geny APC i MCC . W

1991 r. u chorych z FAP przebadano trzy geny: DP1 , SRP19 i DP2.5 znajdujące się w

regionie, który uległ delecji. U dwóch pacjentów z FAP zaobserwowano 4 mutacje w genie

DP2.5 (obecnie gen APC ) prowadzące do powstania kodonu Stop, z których jedna była prze-

kazana potomstwu [1]. W następnym roku przebadano 79 chorych z FAP i zaobserwowano

mutacje w genie APC u 67% chorych. W 92% były to mutacje prowadzące do skrócenia

produktu białkowego genu APC [7]. W wielu krajach zaczęto badać występowanie mutacji w

genie APC i utworzono bazę danych mutacji dziedzicznych i somatycznych, w których

zgromadzono dane o 826 mutacjach dziedzicznych i 650 mutacjach somatycznych [8]. Funkcja

białka APC była badana od 1993 r., gdy zaobserwowano, że wiąże się ono z -kateniną, co

wskazywało na uczestniczenie w adhezji komórek [9].

Budowa genu APC i funkcja białka APC

Gen APC położony jest na chromosomie 5 w regionie q21 i zawiera 21 eksonów [10].

Charakterystyczną cechą genu APC jest występowanie dużego eksonu 15, który obejmuje

ponad 70% sekwencji kodującej. Ekspresja genu obserwowana jest we wszystkich tkankach.

Produktem transkrypcji jest mRNA o długości 8538 nukleotydów [1, 11]. Pierwsze eksony

genu mogą tworzyć specyficzne tkankowo alternatywne transkrypty [12], np. w mózgu wy-

stępuje produkt genu APC , dla którego kodon Start położony jest w eksonie BS (ang. brain

specific ). Wyeliminowanie kodonu 1, który koduje domenę super spirali, o której wiadomo, że

służy do homo- lub heterodimeryzacji, wpływa na funkcjonalność produktu białkowego [10].

Alternatywne składanie początkowych eksonów genu może być związane z występowaniem

łagodnej formy polipowatości - AAPC (ang . attenuated adenomatous polyposis coli ) [13]. Po-

dobny efekt zaobserwowano w jednej z dwóch rodzin z mutacjami na końcu 3’ eksonu 9,

gdzie w jednym przypadku wykazano modyfikujący efekt alternatywnego składania, prowa-

dzący do łagodnej formy FAP. W związku z tym uważa się, że rodzaj, położenie mutacji jak

również efekt alternatywnego składania wpływają na przebieg choroby.

Bardzo ciekawa jest obserwacja międzygenowego składania, w którego wyniku z genu

APC zostaje usunięty ekson 14 i obejmujący prawie 70% genu ekson 15, a pozostały fragment

łączy się z końcem 3’ genu SRP1

3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333. Wycięcie

eksonu 14 lub 15 prowadzi do powstania dwóch izoform produktu różniących się zdolnością

wiązania mikrotubul i -kateniny, jak również sekwencją regionu 3’ nie podlegającego transla-

cji, co może wpływać na stabilność mRNA oraz na funkcje produktu [14]. Alternatywne skła-

danie genu jest w tym przypadku związane z regulacją aktywności białka APC i nasuwa przy-

puszczenie, że pełni ono wiele różnych funkcji w komórce zwłaszcza, że w alternatywnym

składaniu bierze udział ponad 75% eksonów.

Pełnej długości białko APC składa się z 2843 aminokwasów i występuje w cytoplazmie

oraz w jądrze komórkowym [1, 11]. Dotychczas poznano kilka białek wchodzących w interak-

cję z białkiem APC. Należą do nich białko DLG, białko mikrotubul, GSK-3, -katenina, -

katenina, p34, Tid56, białko Auxin. Interakcje z wieloma białkami oznaczają, że białko APC

bierze udział w regulacji wielu procesów w komórce, obejmujących podział, migrację, adhezję

i różnicowanie komórek (ang. cell fate determination ) [1]. W białku APC wyodrębniono kilka

funkcjonalnych domen. Domena zasadowa obejmuje animokwasy 2200-2400 [1]. Fragment N-

końcowy białka, między aminokwasami 1-171, zaangażowany jest w oligomeryzację. W białku

APC występują dwa miejsca wiązania -kateniny - we fragmencie obejmującym trzy 15-nu-

kleotydowe powtórzenia między aminokwasami 1020-1169 i w regionie 20 aminokwasowych

powtórzeń między aminokwasami 1324-2075. Wiązanie z mikrotubulami, występujące pod-

czas zwiększonej ekspresji genu, odbywa się za pomocą fragmentu obejmującego aminokwasy

2130-2483. Aminokwasy 2560-2843 są miejscem wiązania z białkiem EB1, a aminokwasy

2771-2843 wiążą się z białkiem DLG [1]. Nie wyodrębniono regionu związanego z procesem

apoptozy, zaobserwowano jednak, że ekspresja prawidłowego białka APC w komórkach linii

nowotworowej jelita prowadzi do wystąpienia tego zjawiska. W komórkach śluzówki jelita

grubego produkt genu APC o masie 300 kDa uczestniczy w kontaktowym hamowaniu

wzrostu komórek.

Białko APC oddziałuje także z -kateniną i -kateniną. Obydwa białka wiążą się z

białkiem adhezyjnym E-kadheryną. Fearon (1997) na podstawie badań nowotworów dziedzicz-

nych zaproponował schemat, w którym białko APC bierze udział w transdukcji sygnału i przez

degradację -kateniny wpływa na aktywność czynnika transkrypcji Tcf4 (ang . T-cell transcrip-

tion factor 4 ) (Ryc.1) [15]. Białkiem regulującym tworzenie kompleksu białka APC z -kate-

niną jest kinaza białkowa ZW3/GSK3. Fosforylacja białka APC aktywuje wiązanie -kate-

niny. Aktywność kinazy GSK3 jest regulowana poprzez białko dsh, wchodzące w interakcje z

produktem genu WNT1 . Białko APC związane z kinazą ZW3/GSK3 posiada zdolność in-

hibowania transkrypcji indukowanej przez -kateninę. W przypadku utraty funkcji produktu

genu APC następuje aktywacja czynnika transkrypcji Tcf4 ( TCF7L2 ). Komórka jest pobudzo-

na do proliferacji w wyniku aktywacji transkrypcji genu c-MYC przez Tcf4 [16]. Produkt genu

c-MYC występuje w jądrze komórkowym i posiada zdolność wiązania z DNA, aktywuje gen

wzrostu - dekarboksylazę ornityny ( ODC1 ) i gen CDC25A , ponadto jest inhibitorem genu

GAS1 . Wykazano również, że aktywowany kompleks -katenina-Tcf4 indukuje ekspresję Tcf1

[17]. W komórkach śluzówki jelita grubego gen APC działa jako regulator cyklu komór-

kowego inhibujący przez regulacje poziomu -kateniny sygnał proliferacji pochodzący od

transmembranowego białka E-kadheryny. W przypadku utraty funkcjonalności tego genu w

tkance zostaje zaburzona równowaga między podziałami i śmiercią komórek.

Mutacje genu APC

Mutacjami genu APC są najczęściej delecje lub insercje kilku par zasad, rzadziej sub-

stytucje. Większość mutacji (98%) prowadzi do skrócenia produktu białkowego. W przypadku

substytucji, które stanowią 30% mutacji, kodon Stop powstaje w miejscu mutacji, a w przy-

padku delecji lub insercji stanowiących 68% mutacji powstaje w jej pobliżu w wyniku zmiany

ramki odczytu. W genie występuje region o podwyższonej częstości występowania mutacji

MCR (ang. mutation cluster region ), który obejmuje kodony 1055-1309. W regionie tym wy-

stępuje 23% wszystkich mutacji germinalnych. Ponadto wśród mutacji germinalnych zaobser-

wowano podwyższoną częstość trzech mutacji: delecji 5 pz w kodonie 1309 (10%), delecji 5

pz w kodonie 1061 oraz delecji 4 pz w kodonie 1064 [18]. Większość mutacji występuje w

regionie 5’ eksonu 15 genu APC . Charakterystyczną cechą FAP jest utrata heterozygotyczno-

ści (LOH, ang. loss of heterozygosity ) w genie APC powstająca w wyniku mutacji somatycznej

w drugim allelu genu APC . Rozkład częstości tych mutacji jest różny od mutacji germinalnych.

Do 60% mutacji somatycznych znajduje się we fragmencie, który obejmuje 8% genu między

kodonami 1286 i 1513. Mutacje somatyczne występują w dwóch gorących miejscach (ang. hot

spots ) w kodonie 1309 i kodonie 1450. Mutacje w genie APC występują również w przypad-

kach nie-dziedzicznych nowotworów jelita grubego, a także w rodzinnych nowotworach jelita

grubego nie związanych z polipowatością. W przypadkach tych nowotworów występują poje-

dyncze guzy, ponieważ musi dojść do mutacji w jednym z alleli genu APC , a następnie utraty

heterozygotyczności w wyniku mutacji somatycznych. W przypadku zespołu Lyncha

(HNPCC) proces ten jest przyspieszany przez dziedziczone mutacje w genach naprawy DNA

[19]. Według najnowszych badań, dla inicjacji nie-dziedzicznego nowotworu jelita grubego nie

musi wystąpić LOH w APC . W połowie sporadycznych nowotworów, w których nie zaobser-

wowano zmian w APC , powstanie nowotworu związane jest z heterozygotycznymi mutacjami

w genie -kateniny ( CTNNB1 ). Mutacje występują w miejscu fosforylacji -kateniny przez

kinazę GSK 3. Powodują one wyłączenie regulacyjnej funkcji genu APC, co prowadzi do ku-

mulacji -kateniny, a tym samym ekspresji genu MYC i rozwoju nowotworu jelita grubego

[20]. -katenina znajduje się za genem APC (ang. downstream ) w szlaku kontaktowego ha-

mowania wzrostu i w przypadku mutacji w tym genie proces nowotworowy przebiega nieza-

leżnie od stanu genu APC .

Podjęto próbę określenia związku między położeniem mutacji terminujących translację

a obrazem klinicznym choroby i wystąpieniem objawów pozajelitowych. Zaobserwowano, że

wystąpienie kodonu Stop przed kodonem 157 powoduje zmniejszenie liczby polipów i łagodny

przebieg choroby. Klasyczny przebieg polipowatości z licznymi polipami ma miejsce w przy-

padku wystąpienia sygnału Stop między kodonami 169 a 1600. Mutacje występujące między

kodonami 1403 i 1587 prowadzą do nasilenia objawów pozajelitowych. Występowanie włók-

niakowatości naciekowej związane jest z mutacjami w regionie między kodonami 1445 a 1578.

Mutacje w końcu 3’ genu APC dają zróżnicowany obraz przebiegu choroby zarówno pod

względem liczby polipów, jak również występowania objawów pozajelitowych.

Progresja zmian morfologicznych i genetycznych w rodzinnej polipowatości gruczola-

kowatej

Dziedziczenie zmutowanego allelu genu APC nie wywołuje obrazu klinicznego cho-

roby. Pojawienie się objawów klinicznych związane jest z sekwencją dalszych zdarzeń w

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: