Kohti suolistosyövän uudenlaista seulontaa

Suolistosyöpä on Suomessa kolmanneksi yleisin syöpätyyppi. Se kehittyy yleensä pahanlaatuiseksi hyvänlaatuisten esiasteiden (adenoomien) kautta, ja jos kasvain todetaan varhaisessa vaiheessa, on ennuste varsin hyvä. Suolen tähystys ei kuitenkaan liene kenenkään potilaan suosikkitoimenpide. Seulonnoissa suolistosyöpää ja sen esiasteita voidaan myös tutkia ulostenäytteestä.

Sakari Knuutilan johtamassa tutkimuksessa selvitettiin ns. uuden sukupolven DNA-sekvensoinnin soveltuvuutta syöpägeenimutaatioiden havaitsemiseksi ulostenäytteestä potilailla, joilla oli pahanlaatuisia suolistokasvaimia eli karsinoomia. Analyysi onnistui 80% näytteistä. Koska tietyt syöpägeenimutaatiot vaikuttavat syöpälääkkeiden hoitovasteeseen, on tärkeää tietää kunkin potilaan kasvaimen mutaatioprofiili. Nyt kuvatusta ei-invasiivisesta menetelmästä voi jatkossa olla hyötyä paitsi seulonnassa, myös täsmälääkkeiden valinnassa.

Armengol G, Sarhadi VK, Ghanbari R, Doghaei-Moghaddam M, Ansari R, Sotoudeh M, Puolakkainen P, Kokkola A, Malekzadeh R, Knuutila S: Driver Gene Mutations in Stools of Colorectal Carcinoma Patients Detected by Targeted Next-Generation Sequencing. J Mol Diagn. 2016 May 4. pii: S1525-1578(16)30028-9.

Abstract

Suolen kantasolumallit auttavat ymmärtämään paksusuolisyövän syntymekanismeja

Kolorektaalisyöpä saa alkunsa suolen epiteelin kryptien pohjalla sijaitsevista kantasoluista, joiden normaali säätely häiriintyy johtaen adenooman kehittymiseen. Adenooman eteneminen pahanlaatuiseksi kasvaimeksi on monivaiheinen tapahtuma, jonka tarkka ymmärtäminen on tärkeää pyrittäessä kehittämään tehokkaampia hoitoja tähän tavalliseen syöpään. Viimeaikainen kantasoluteknologioiden kehitys on mahdollistanut suolen fysiologiaa hyvin mallintavien kudosviljelmien tuottamisen. Kari Alitalon tutkimusryhmä, etunenässä Zoltan Wiener ja Arja Band, on nyt julkaissut elegantin kokeellisen työn, jossa suoliviljelmiä on tehokkaasti hyödynnetty kolorektaalisyövän keskeisten mekanismien selvittämiseksi.

Adenooman syntyyn johtava primaarinen häiriö liittyy yleensä APC (adenomatous polyposis coli) geenin mutaatioihin, jotka johtavat kantasolujen tuman beetakateniini tason nousuun. Terveestä suolesta otettujen kantasolujen ylläpitäminen vaatii spesifisen kasvutekijän (R-Spondin) lisäämistä kasvatusnesteeseen. APC-mutatoituneen suolen kantasolut sensijaan pystyvät jakautumaan ja ylläpitämään ”minisuoli” viljelmiä ilman R-spondinin vaikutusta. Tämä tarjoaa erinomaisen kokeellisen mallin, jonka avulla voidaan tutkia malignisoitumistapahtumaa vaiheittain ja etsiä siihen vaikuttavia lääkkeitä. Tässä työssä on erityisesti paneuduttu TGF-beeta kasvutekijöiden aiheuttamaan solukuolemaan, jonka sammumisen tiedetään olevan tärkeä osa pahanlaatuista kehitystä. Tutkimuksessa käytettiin siirtogeenisten hiirten suolesta tuotettuja suoliviljelmiä. Vastaavanlaisia kudosviljelmiä tuotettiin myös ihmisen paksusuoliadenoomista.

Tulokset osoittavat, että varhaisessa adenoomavaiheessa solujen Lgr5+ kantasolut ovat hyvin herkkiä TGF-beeta kasvutekijöiden aiheuttamalle kuolemalle, joka välittyy proapoptoottisen BIM-proteiinin lisääntymisen kautta. Myöhemmässä vaiheessa Kras-onkogeenin aktivoituminen selvästi vähentää malignisoituvien solujen herkkyyttä TGF-beeta välitteiselle kuolemalle. BIM-proteiinin vaikutusta matkivat molekyylit ovat potentiaalisia lääkekehityksen aihioita.

Wiener Z, Band AM, Kallio P, Högström J, Hyvönen V, Kaijalainen S, Ritvos O, Haglund C, Kruuna O, Robine S, Louvard D, Ben-Neriah Y, Alitalo K. Oncogenic mutations in intestinal adenomas regulate Bim-mediated apoptosis induced by TGF-β. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 May 13. pii: 201406444. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 24825889.

Abstract

Eturauhassyövän vaikeusastetta orkestroi yksittäinen DNA-muutos

Geenit muodostavat perimästämme vain pari prosenttia, ja loppua 98% DNA:ta pidettiin vielä äskettäin ”roska-DNA:na” – tärkeiden alueiden väliin jäävänä perimän jättömaana.  Nuo alueet ovat kuitenkin osoittautuneet erittäin tärkeiksi geeniemme säätelyssä. Niille sitoutuvat säätelijäproteiinit määräävät, missä kudoksessa ja milloin geenit ilmentyvät – ne ovat perimän kapellimestareita, jotka määräävät kunkin soittimen sisääntulon ja vaikenemisen, ja siten elimistön orkesterin harmonisen soinnin. Perimän säätelyalueiden rakennevaihtelu selittää lajien ja yksilöiden välistä vaihtelua, ja yhä useampi tautien riskitekijä osoittautuu paikantuvan juuri näille alueille.

Eturauhassyöpä on yleisin pahanlaatuisista kasvaintaudeista. On arvioitu, että periytyvät riskitekijät selittävät jopa 40% eturauhassyöpätapauksista, mutta noiden tekijöiden laatu on ollut hämärän peitossa.  

Jussi Taipaleen tutkimusryhmä yhdessä oululaisen Gong-Hong Wein, ja muiden suomalaisten, ruotsalaisten,  ja kiinalaisten eturauhassyöpätutkijoiden kanssa selvitti, kuinka yksittäinen perimänmuutos RFX6 geenin säätelyalueella vaikuttaa eturauhassyövän etenemiseen, etäpesäkkeiden määrään ja uusiutumisriskiin. Tulokset julkaistiin Nature Genetics lehdessä.

Aiemmin tiedettiin, että geenisäätelijä HOXB13 ilmentyy voimakkaasti eturauhassyövässä, ja liittyy sen aggressiivisuuteen. Lisäksi toiset tutkimukset olivat löytäneet, että yksittäisellä 6q22 kromosomialueella, RFX6 geenin sisäisellä ei-koodittavalla alueella sijaitseva  emäsmuutos rs339331 löytyi usein eturauhassyöpäpotilailta. Tässä DNA-kohdassa tyypillisesti on emäksenä sytosiini, kun taas eturauhassyöpäpotilailla usein tymidiini. RFX6 on säätelytekijä, jonka tuotetta oli aiemmin löydetty vain haiman soluista.

Tutkimusryhmä totesi vakuuttavassa ja mittavassa tutkimusasetelmassa, käyttäen hyväksi monipuolista geenien säätelyalueiden analyysiä, että mikäli rs339331 DNA-kohdassa oli tymidiini, HOXB13 säätelijä sitoutui tähän kohtaan voimakkaasti. Sitoutumisen seurauksena läheisen RFX6 geenin ilmentyminen lisääntyi. Ryhmä löysi RFX6 geenin ilmentyvän eturauhasessa ja kudoksen syövässä. He havaitsivat suomalaisista ja kansainvälisistä potilasaineistoista, että syövän käyttäytyminen oli aggressiivista sellaisilla potilailla, joilla oli rs339331 kohdassa tymidiini. Näissä syövissä myös RFX6 geeni ilmeni vahvasti.

Tutkimusryhmän tulokset selittävät, miksi sekä HOXB13, että rs339331 ovat eturauhassyövän riskitekijöitä – ne säätelevät RFX6:a. Työ avaa tien jatkotutkimuksille, miksi RFX6 on eturauhassyövälle tärkeä. Tulokset ovat tärkeitä syövän ennusteen arvioinnille, ja sen mukaiselle hoidon suunnittelulle.

Huang Q, Whitington T, Gao P, Lindberg JF, Yang Y, Sun J, Väisänen MR, Szulkin R, Annala M, Yan J, Egevad LA, Zhang K, Lin R, Jolma A, Nykter M, Manninen A, Wiklund F, Vaarala MH, Visakorpi T, Xu J, Taipale J, Wei GH. A prostate cancer susceptibility allele at 6q22 increases RFX6 expression by modulating HOXB13 chromatin binding. Nat Genet. 2014 Jan 5.

Kohdun myomat syntyvät kromosomiräjähdyksellä

Kohdun myomat ovat hyvänlaatuisia kasvaimia, jotka vaivaavat maailmassa miljoonia naisia. Ne aiheuttavat runsaita vuotoja, hedelmättömyyttä ja kivuliaita kuukautisia. Myomia voi kohdussa olla useita eikä tiedetä ovatko ne kaikki erillisiä kasvaimia vai lähtöisin yhdestä kantatuumorista. Vaikka myomat äärimmäisen harvoin kehittyvät leiomyosarkoomiksi, ne assosioituvat joissain tapauksissa munuaissyöpään. Lauri Aaltosen artikkelissa tutkittiin kasvainten koko genomin sekvensoinnilla myoomien geneettisiä muutoksia. Työssä tutkittiin 30 kohdun 38 myoomaa, joiden kontrollina käytettiin kohdun seinämä lihaskudosta.

Saman naisen toisistaan erillisistä myomista löytyi samoja klonaalisia geenimuutoksia. Tämän perusteella toisistaan erillisillä kasvaimilla näyttäisi olevan yhteinen alkuperä. Tämä on tavallista esimerkiksi suolistosyövissä, mutta yllättävä havainto hyvänlaatuisista kasvaimista. Toinen yhteinen tekijä myoomilla ja syövällä on kromotripsis. Siinä kromosomin tai kromosomien joku osa pilkkoutuu äkillisesti useiksi tuhansiksi kappaleiksi, joiden korjaaminen epäonnistuu ja osat liittyvät toisiinsa kaoottisesti. Pilkkoutuessa syntyvien kappaleiden rajat sen sijaan ovat säännönmukaisesti samoissa paikoissa. Kromotripsistä on tähän asti löytynyt ainoastaan pahanlaituisista kasvaimista, niistä ensimmäisenä kroonisesta lymfaattisesta leukemiasta. Aaltosen artikkeli osoittaa, että kromotripsiksen seurauksena syntyy myös hyvänlaatuisia kasvaimia. Lisäksi löydettiin yksittäisiä kromosomin uudelleenjärjestymiä ja yksittäisten geenien mutaatioita (kuten transkriptiokompleksiin kuuluva MED12 syöpägeeni ja fumaraattihydrataasientsyymi Krebsin syklissä).

Löydösten perusteella myomat voivat syntyä joko virheestä solusyklissä ja DNA-virheiden korjauksessa, onkogeenisestä stressistä tai metabolisesta stressistä. Myomien patogeneesin selitysmallin lisäksi tutkimus tarjoaa täysin uusia kohteita myomien hoitoon, mihin tähän asti on ollut tarjolla vain veistä. Artikkelissä käytettyjä geneettisiä metodeja on pakko ihastella: koko genomin sekvenssi 38 kasvaimesta ja niiden päälle sama kontrolleista. Rinnakkaissekvensoinnin keksimisen seurauksena koko genomin sekvensointi onkin muuttumassa ihmiskunnan suurhankkeesta lääketieteellisen tutkimuksen arkipäiväiseksi työkaluksi.

Characterization of Uterine Leiomyomas by Whole-Genome Sequencing. Mehine M, Kaasinen E, Mäkinen N, Katainen R, Kämpjärvi K, Pitkänen E, Heinonen HR, Bützow R, Kilpivaara O, Kuosmanen A, Ristolainen H, Gentile M, Sjöberg J, Vahteristo P, Aaltonen LA. N Engl J Med. 2013 Jun 5. [Epub ahead of print]