La diagnosi genetica del cancro del colon-retto / The genetic diagnosis of colorectal cancer

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I tumori maligni sono causati da alterazioni della crescita e del comportamento (come la capacità di migrare e dare metastasi) delle cellule dovute a errori di trascrizione dei geni nei quali sono contenute tutte le istruzioni per la crescita e la vita dell’intero organismo. Le alterazioni che sono alla base di ogni tumore maligno sono in genere più di una e spesso sono associate tra loro in combinazioni diverse. Questo spiega perché ogni caso sia molto diverso da un altro con andamento e aggressività poco prevedibili.

Il tumore colorettale

Quando si parla di colon e retto ci si riferisce al tratto terminale dell’apparato digerente: dall’intestino cieco, al quale è annessa l’appendice, che sale dalla fossa iliaca destra e giunge fino alla base del torace (colon ascendente), al colon trasverso, orizzontale, davanti allo stomaco, al tratto discendente e sigmoideo fino al retto; questa distinzione anatomica è importante perché nella formazione embrionale la parte destra e la parte sinistra dell’apparato digerente originano da parti diverse dell’embrione e i tumori che le colpiscono hanno in genere caratteristiche genetiche e di comportamento differenti.

Il meccanismo multistep

La scoperta che i tumori presentano alterazioni genetiche è stata evidenziata proprio studiando la storia dei tumori del colon. Essi si formano nell’arco di molto tempo, con il successivo sommarsi di singole mutazioni (meccanismo multistep) responsabili dell’insorgenza di anomalie nella mucosadell’intestino: i cosiddetti polipi. Quando si ha una singola mutazione, al microscopio la mucosa del polipo è poco alterata e si parla di adenoma(cioè tessuto ghiandolare) con displasia lieve. Se, con il trascorrere del tempo, con le replicazioni cellulari del normale ricambio della mucosa, si accumulano altri errori genetici, l’adenoma potrà avere al microscopio caratteristiche di maggiore differenza dal tessuto normale, e si definirà adenoma con displasia media o adenoma con displasia grave. Con ulteriori mutazioni si passerà a carcinomi in situ con aspetto maligno ma senza tendenza a infiltrare le parti profonde del tubo digerente.

Questi polipi si possono evidenziare correttamente con la visione diretta usando uno strumento, il colonscopio. Si tratta di un tubo flessibile dotato di fibre ottiche per la visione, di un canale per insufflare gas per distendere l’intestino e consentire l’adeguata visione, e di un canale nel quale può passare uno strumento in grado di prelevare un piccolo frammento da biopsiare o addirittura di asportare con un filo ad ansa la formazione polipoide intera, recuperandola per l’esame istologico.

Il gradino, lo “step”, successivo a quest’ultimo quadro di carcinoma in situ è la comparsa della malattia invasiva, il vero cancro del colon. Questo processo di degenerazione neoplastica richiede molto tempo, fino a 20 anni. La colonscopia, che permette di individuare i polipi del colon prima della trasformazione maligna, va considerata una vera forma di prevenzione e per questo sono stati proposti programmi di screening basati su esami endoscopici in genere proposti all’età di 50 anni, visto che il cancro del colon insorge per lo più successivamente.

Le forme familiari e le forme genetiche di cancro del colon

Oltre a queste osservazioni sull’accumulo di mutazioni, è nota l’esistenza di famiglie con alta incidenza di tumori colorettali. Questi molto spesso compaiono in età inferiori ai 50 anni. In alcuni casi la frequente comparsa in una stessa famiglia di cancro del colon può dipendere da fattori ambientali o da abitudini comuni a tutta la famiglia come avere una dieta scorretta, ricca di grassi animali e carni rosse e povera di fibre o la sedentarietà. Vi possono essere anche predisposizioni basate su varianti genetiche non note o magari già rilevate occasionalmente senza che si sia dimostrata una correlazione con il cancro (queste vengono dette varianti di incerto significato o VUS). Vi sono però forme causate da precise alterazioni ereditarie, genetiche. In aggiunta a queste predisposizioni genetiche basate su varianti ben individuate delle sequenze di acidi nucleici, vi possono poi essere distorsioni del DNA causate da legami con gruppi metilici che ne impediscono la corretta lettura (in questo caso si parla di mutazioni epigenetiche); in questi casi, pur con un effetto simile alle forme genetiche vere, non si individua una precisa alterazione genetica. Le alterazioni trasmissibili note del DNA che predispongono all’insorgenza di tumori colorettali sono di due tipologie: le forme associate all’insorgenza di polipi e quelle “non poliposiche”. Sono piuttosto rare, infatti il 75-80% dei tumori del colon non ha caratteristiche di predisposizione e viene definito a insorgenza “sporadica”. Solo il 3-4% è riferibile ad alterazioni genetiche note.

Forme con poliposi

Le forme con insorgenza di polipi del colon come la poliposi familiare adenomatosa, la poliposi di Peutz Jeghers e la poliposi giovanile (queste ultime assolutamente rarissime) sono in tutto l’1% circa dei tumori maligni del colon. Il cancro correlato alla poliposi familiare adenomatosa può presentarsi in forma conclamata (FAP) o attenuata (AFAP), legato per il 90% dei casi a un gene alterato, il gene APC, e per il 10% restante ad altri geni come i geni MUTH e POLE. La poliposi familiare adenomatosa si presenta con centinaia o migliaia di polipi che prima o poi diventano veri tumori maligni; richiede frequenti bonifiche e spesso la resezione totale del colon, invalidante ma necessaria. Nelle forme conclamate la diagnosi si basa sull’evidenza dell’altissimo numero di polipi che recidivano. Per le forme attenuate si può ricorrere alla (complessa ma possibile) ricerca del gene alterato. È stato pubblicato molto recentemente uno studio dove, con l’uso di due farmaci, erlotinib e sulindac, si è ottenuta una netta riduzione dei polipi del duodeno e del colon in soggetti con poliposi familiare adenomatosa. Non si sa ancora se questo possa anche ridurre l’insorgenza di tumori ma si tratta di un dato promettente.

Forme non poliposiche

Il 15-20% dei tumori maligni del colon-retto si basa sul difetto genetico di un meccanismo capace di riparare gli errori del DNA detto MMR (mismatch repair). Le forme che hanno la mutazione trasmissibile di geni del meccanismo MMR sono il 3% circa di tutti i tumori e costituiscono il quadro del cancro colorettale familiare non poliposico (HNPCC) cioè la sindrome di Lynch, dal nome del suo scopritore. Un altro 12% dei tumori maligni che manifesta un quadro di insorgenza e un comportamento simile è causato da alterazioni epigenetiche, come detto in precedenza, dovuto al legame di gruppi chimici (gruppi metile) che bloccano gli stessi tratti di DNA che originano il meccanismo di riparazione MMR. Queste forme non poliposiche sono frequentemente associate all’insorgenza di tumori in altre sedi come il tumore dell’ovaio o del piccolo intestino, cioè il tratto tra lo stomaco e il colon, tumori delle vie biliari e del tratto urinario.

Il sospetto di malattia è legato alla storia familiare o alla presenza di più tumori tra loro correlati. Gli esami di laboratorio più semplici sul tessuto tumorale possono individuare in modo relativamente facile, in questo gruppo di malattie, una tipica alterazione dei microsatelliti (hMSI o alta instabilità dei microsatelliti), cioè di tratti tipici brevi di DNA evidenziabili. Un’altra metodica alla portata di molti laboratori è la ricerca delle proteine coinvolte nel meccanismo di riparazione MMR con colorazioni che ne evidenziano l’assenza rispetto a tessuti normali (deficienza di MMR, dMMR).

La certezza della presenza di una mutazione trasmissibile cioè della sindrome di Lynch si ha solo con un esame più sofisticato delle sequenze di tutto il gene su di un piccolo prelievo di sangue. Nei familiari che possono avere o no la mutazione può poi essere effettuata una ricerca mirata, sempre complessa ma più semplificata, alla ricerca del solo singolo tratto di gene dimostratosi mutato nel paziente affetto. Nelle forme di tumore con le alterazioni del mismatch repair (dMMR) o con l’instabilità dei microsatelliti, è in corso di studio la nuova terapia immunologica, non attiva nelle altre forme di cancro del colon ma che ha invece in queste forme più rare la possibilità di avere una buona attività.

ENGLISH

Malignant tumors are caused by alterations in growth and behavior (such as the ability to migrate and give metastases) of cells due to gene transcription errors in which all the instructions for growth and life of the entire organism are contained. The alterations that underlie every malignant tumor are usually more than one and are often associated with each other in different combinations. This explains why each case is very different from another with unpredictable trends and aggressiveness.

Colorectal cancer

When we talk about colon and rectum we refer to the terminal tract of the digestive tract: from the blind intestine, to which the appendix is ​​attached, which rises from the right iliac fossa and reaches the base of the thorax (ascending colon), at the transverse colon, horizontal, in front of the stomach, to the descending and sigmoid tract up to the rectum; this anatomical distinction is important because in the embryonic formation the right side and the left part of the digestive system originate from different parts of the embryo and the tumors that affect them generally have different genetic and behavioral characteristics.

The multistep mechanism

The discovery that tumors have genetic alterations has been highlighted precisely by studying the history of colon tumors. They are formed over a long period of time, with the successive addition of single mutations (multistep mechanism) responsible for the onset of abnormalities in the mucosum of the intestine: the so-called polyps. When a single mutation occurs, under a microscope the mucous membrane of the polyp is poorly altered and we speak of adenoma (ie glandular tissue) with mild dysplasia. If, with the passing of time, with the cellular replications of the normal mucosal exchange, other genetic errors accumulate, the adenoma can have under the microscope characteristics of greater difference from the normal tissue, and it will be defined adenoma with average dysplasia or adenoma with dysplasia serious. With further mutations, we will pass to in situ carcinomas with a malignant appearance but without a tendency to infiltrate the deep parts of the digestive tract.

These polyps can be highlighted correctly with direct vision using an instrument, the colonoscope. It is a flexible tube equipped with optical fibers for vision, a channel to insufflate gas to stretch the intestine and allow adequate vision, and a channel in which an instrument able to pick up a small fragment can pass from biopsy or even remove the whole polypoid formation with a loosened thread, recovering it for histological examination.

The step, the "step", following this last picture of carcinoma in situ is the appearance of invasive disease, the true colon cancer. This process of neoplastic degeneration takes a long time, up to 20 years. Colonoscopy, which allows to identify colon polyps before malignant transformation, should be considered a real form of prevention and for this reason screening programs based on endoscopic examinations generally proposed at the age of 50 have been proposed, since cancer of the colon occurs mostly later.

Family forms and genetic forms of colon cancer

In addition to these observations on the accumulation of mutations, the existence of families with a high incidence of colorectal tumors is known. These very often appear in less than 50 years. In some cases the frequent appearance of colon cancer in one family may depend on environmental factors or habits common to the whole family, such as having an improper diet, rich in animal fats and red and low-fiber meats, or a sedentary lifestyle. There may also be predispositions based on genetic variants not known or perhaps already detected occasionally without a correlation with cancer (these are called variants of uncertain meaning or VUS). However, there are forms caused by precise hereditary, genetic alterations. In addition to these genetic predispositions based on well-identified variants of nucleic acid sequences, there may then be DNA distortions caused by links with methyl groups that prevent correct reading (in this case we speak of epigenetic mutations); in these cases, even with an effect similar to true genetic forms, no precise genetic alteration is identified. The known transmissible DNA alterations that predispose to the onset of colorectal tumors are of two types: the forms associated with the onset of polyps and those "non-polyposis". They are rather rare, in fact, 75-80% of colon cancers have no predisposition characteristics and are defined as "sporadic" onset. Only 3-4% is attributable to known genetic alterations.

Forms with polyposis

Forms with onset of colon polyps such as adenomatous familial polyposis, Peutz Jeghers polyposis and juvenile polyposis (the latter extremely rare) are in about 1% of malignant tumors of the colon. Cancer related to familial adenomatous polyposis can occur in an explicit (FAP) or attenuated form (AFAP), linked for 90% of cases to an altered gene, the APC gene, and for the remaining 10% to other genes such as MUTH genes and POLE. Familial adenomatous polyposis occurs with hundreds or thousands of polyps that sooner or later become true malignant tumors; requires frequent reclamation and often total colon resection, disabling but necessary. In the established forms the diagnosis is based on the evidence of the very high number of polyps that recur. For the attenuated forms one can resort to the (complex but possible) search for the altered gene. A study has recently been published where, with the use of two drugs, erlotinib and sulindac, a clear reduction of duodenal and colonic polyps was obtained in subjects with familial adenomatous polyposis. It is not yet known whether this can also reduce the onset of tumors, but this is a promising fact.

Non-polyposis forms

15-20% of malignant colorectal cancers are based on the genetic defect of a mechanism capable of repairing DNA errors called MMR (mismatch repair). The forms that have the transmissible mutation of genes of the MMR mechanism are about 3% of all tumors and constitute the picture of non-polyposis family colorectal cancer (HNPCC) ie Lynch syndrome, named after its discoverer. Another 12% of malignant tumors that show a picture of onset and a similar behavior is caused by epigenetic alterations, as previously mentioned, due to the binding of chemical groups (methyl groups) that block the same DNA traits that originate the mechanism of MMR repair. These non-polyposis forms are frequently associated with the onset of tumors in other sites such as ovarian or small intestine tumors, ie the tract between the stomach and the colon, bile duct and urinary tract tumors.

The suspicion of illness is related to family history or to the presence of several interrelated tumors. The simplest laboratory tests on tumor tissue can identify in a relatively easy way, in this group of diseases, a typical alteration of microsatellites (hMSI or high instability of microsatellites), that is, typical short stretches of detectable DNA. Another method available to many laboratories is the search for proteins involved in the MMR repair mechanism with stains that highlight their absence compared to normal tissues (MMR deficiency, dMMR).

The certainty of the presence of a transmissible mutation ie Lynch's syndrome occurs only with a more sophisticated examination of the sequences of the whole gene on a small blood sample. In family members who may or may not have the mutation can then be carried out a targeted search, always complex but more simplified, looking for the only single gene trait that has changed in the affected patient. In the forms of tumors with alterations in mismatch repair (dMMR) or with microsatellite instability, the new immunological therapy, not active in other forms of colon cancer, is being studied, but in these rare forms possibility of having a good activity.

Da:

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