4b.pdf
(
516 KB
)
Pobierz
Pławski Andrzej
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
1
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-
2
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
3
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-
4
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
5
Plik z chomika:
pamlek2006.2012
Inne pliki z tego folderu:
zmienione wyniki genów.jpg
(648 KB)
20101222656.jpg
(209 KB)
raki z onko.jpg
(867 KB)
rozpiska.jpg
(1421 KB)
choroby von willebranda stom_otg.ppt
(365 KB)
Inne foldery tego chomika:
Chirurgia dziecięca
Farmakologia kliniczna
Hematologia
Kardiologia
Medycyna ratunkowa
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin