University of Oulu

Colorectal carcinogenesis via serrated route

Saved in:
Author: Stefanius, Karoliina
Organizations: University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Diagnostics, Department of Pathology
University of Helsinki, Biomedicum Helsinki, Haartman Institute, Department of Medical Genetics
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.8 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514293993
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2011
Publish Date: 2011-03-22
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Medicine of the University of Oulu for public defence in Auditorium 101 A of the Faculty of Medicine (Aapistie 5 A), on 1 April 2011, at 12 noon
Tutor: Professor Markus J. Mäkinen
Professor Tuomo J. Karttunen
Reviewer: Docent Arto Mannermaa
Docent Jouko Lohi
Description:

Abstract

Colorectal cancer is the third most common cancer in the developed countries. Originally, development of CRC was thought to proceed by a sequence of steps known as an adenoma-carcinoma sequence. At present CRC is recognized as a disease developing through diverse pathways. Serrated adenocarcinoma represents an endpoint of tumors developing from serrated pathway. This thesis focuses on studying the molecular alterations in serrated adenocarcinoma.

Microsatellite instability, hypermethylation of promoter region in DNA repair genes hMLH1 and MGMT, frequency of KRAS and BRAF mutations and mutation spectrum of PTCH1 was determined in serrated adenocarcinomas (n=42) and compared to non-serrated adenocarcinomas (n=75). MSI, particularly low level of MSI (p=0.02) and methylation of both hMLH1 and MGMT promoters (p=0.004, p=0.026) were found to be more prevalent for serrated CRC. BRAF mutation was frequent and specific to serrated adenocarcinomas (p<0.001) and KRAS mutations were more frequent in serrated adenocarcinomas than in non-serrated cancers (p=0.002). A significant association between BRAF mutation, hMLH1 and MGMT methylation and MSI-H phenotype was found in serrated carcinomas. KRAS mutation was seen in association with MSS/MSI-L phenotype; in fact, if serrated adenocarcinoma presents with MSI-L there always seems to be a KRAS mutation as well. Negative immunohistochemical staining of the hMLH1 enzyme was in association with methylation of the gene and proved reliable in the detection of MSI-H phenotype (p<0.0001). Sequencing analysis of the whole coding regions of the PTCH1 gene did not reveal any truncating mutation to explain the previously detected downregulation of the gene in serrated CRCs.

In conclusion, serrated adenocarcinomas proved to be an independent, but heterogeneous subtype of CRCs. High combined mutation rate (79–82%) of KRAS and BRAF in serrated adenomas and adenocarcinomas indicates that MAPK activation is a crucial part of the serrated pathway. BRAF mutations are specific for serrated adenocarcinoma, and identify a subset of serrated adenocarcinomas with gene methylation and a tendency for MSI-H. High frequency of KRAS mutations in serrated adenocarcinomas suggests that a significant proportion of KRAS-mutated CRCs originate from serrated precursors.


Tiivistelmä

Paksu- ja peräsuolisyöpä eli kolorektaalisyöpä on Suomessa kolmanneksi yleisin syöpätyyppi. Syöpää edeltävien muutosten tunnistaminen on tärkeää, jotta sen ehkäisy ja seuranta olisi tehokasta. Tavallisia adenoomapolyyppeja on pidetty tärkeimpinä kolorektaalisyövän esiastemuutoksina. 2000-luvulla on havaittu, että nk. sahalaitapolyypit edustavat tärkeää osaa esiastemuutoksista, ja näistä kehittyvää syöpää kutsutaan sahalaitaiseksi syöväksi. Sahalaitaisen syövän kehittymismekanismit eroavat huomattavasti tavallisesta kolorektaalisyövästä. Tässä väitöskirjassa keskityttiin tutkimaan sahalaitaiselle syövälle tyypillisiä morfologisia piirteitä sekä geneettisiä muutoksia.

Työssä selvitettiin DNA mikrosatelliitti-instabiliteetin sekä DNA korjausgeenien hMLH1 ja MGMT promoottorialueiden hypermetylaation esiintyminen, nk. MAPK –signaalinsiirtoreitin komponenttien, KRAS ja BRAF -geenien, mutaatioiden yleisyys sekä PTCH1 geenin mutaatiokirjo sahalaitaisissa (n=42) ja tavallisissa kolorektaalisyövissä (n=75). DNA:n mikrosatelliitti-instabiliteetti, erityisesti matala-asteisena (MSI-L) (p=0.02) sekä MLH1 ja hMGMT -geenien metylaatio (p=0.004, p=0.026) olivat yleisempiä sahalaitaisissa syövissä. BRAF mutaatio oli yleinen sekä spesifinen sahalaitasyöville (p<0.001). Myös KRAS -mutaatiot olivat yleisempiä sahalaitaisissa syövissä (p=0.002). BRAF mutaatio, hMLH1 sekä MGMT metylaatio ja korkea-asteinen mikrosatelliitti-instabiliteetti (MSI-H) esiintyivät hyvin usein yhdessä sahalaitaisissa syövissä. Sahalaitaisissa syövissä KRAS –mutaatiot liittyivät MSI-L fenotyyppiin. hMLH1 geenin ilmentyminen tutkittiin myös immunohistokemiallisesti. Sahalaitaisissa syövissä MLH1 –proteiinin häviäiminen oli yhteydessä metylaatioon ja liittyi spesifisesti MSI-H:n esiintymiseen (p < 0.0001). PTCH1 geenin sekvensointi ei paljastanut proteiinin toimintaa vahingoittavia muutoksia, eikä tuloksen perusteella pystytä selittämään aikaisemmin havaittua geenin ilmentymisen häviämistä sahalaitaisessa syövässä.

Tulosten perusteella sahalaitainen syöpä on oma, mutta heterogeeninen kolorektaalisyövän alatyyppi. KRAS ja BRAF –geenien aktivoivien mutaatioiden yleisyys (79–82%) osoittaa, että MAPK -reitin aktivaatio on tärkeää sahalaitaisen syövän kehityksessä. BRAF -mutaatiot ovat spesifisiä sahalaitaisille syöville, ja yhdessä metylaation sekä MSI-H:n kanssa identifioi osan sahalaitasyövistä omaksi ryhmäkseen. KRAS –mutaatioiden yleisyys sahalaitaisissa syövissä antaa aiheen epäillä, että merkittävä osa KRAS –mutaation sisältävistä kolorektaalisyövistä kehittyy sahalaitapolyypeista.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-951-42-9399-3
ISBN Print: 978-951-42-9398-6
Issue: 1091
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.