Tumor Genetics Blog

Alkuperäinen teksti: Samantha Martin ja Kristiina Rajamäki

In English: Every Repeat Counts: Two Different Flavours of Microsatellite Unstable Colorectal Cancer

Paksu- ja peräsuolen alueen syöpä eli kolorektaalisyöpä on sekä Suomen että koko maailman kolmanneksi yleisin syöpätyyppi. Vuonna 2022 Suomessa todettiin Suomen Syöpärekisterin mukaan 4,073 uutta tapausta ja yli 30,000 henkilöllä oli kolorektaalisyöpädiagnoosi. Suomessa arvioidaan olevan yli 10,000 Lynchin syndroomaa sairastavaa henkilöä eli henkilöä, joilla on perinnöllisen alttiuden vuoksi korkea riski sairastua kolorektaalisyöpään. Lynch-potilaiden syöpäkasvaimilla on erityispiirre: kasvainten perimä on täynnä mutaatioita, jotka joko hiukan lyhentävät tai pidentävät ‘mikrosatelliitteina’ tunnettujen perimän toistojaksojen pituutta. Tämäntyyppinen mikrosatelliittiepävakaa (MSI) kasvain voi syntyä myös ilman perinnöllistä alttiutta, jolloin sitä kutsutaan ‘sporadiseksi’ MSI kasvaimeksi. Onko MSI kasvaimen syntytavalla väliä?

Mikä on Lynchin syndrooma?

Lynchin syndrooma on perinnöllinen geneettinen oireyhtymä, joka nostaa yksilön riskiä sairastua erityyppisiin syöpiin, erityisesti kolorektaalisyöpään tai kohdunrungon syöpään. Lynchin syndroomassa ihminen perii virheellisesti toimivan version yhdestä DNA:n virheiden korjaukseen osallistuvista “mismatch repair” geeneistämme. Mismatch repair on yksi monista soluissamme toimivista DNA-virheiden korjausmekanismeista. Nimi mismatch repair eli vapaasti suomennettuna “epävastaavuuksien korjaus” viittaa siihen, että kyseinen korjausmekanismi on vastuussa kahden DNA-juosteen välillä havaittujen epävastaavuuksien korjauksesta. Tällaiset DNA:n kopiointivirheet ovat tavanomaisia normaalin solunjakautumisen yhteydessä; mismatch repair koneisto kulkee tiukasti kopioitavan DNA:n perässä ja korjaa kopioinnissa syntyvät epävastaavuudet. Soluissamme on kaksi kopiota eli alleelia jokaisesta geenistä, eli vaikka Lynchin syndroomaa sairastavilla henkilöillä onkin yksi virheellinen versio mismatch repair -geenistä, DNA:n korjausmekanismit toimivat normaalisti jäljellä olevan toimivan alleelin ansiosta. DNA:n korjaus solussa mismatch repair-koneiston avulla kuitenkin pysähtyy, mikäli myös geenin toimivassa alleelissa tapahtuu sen toimintaa vaurioittava mutaatio. Epävastaavuuksien korjauksen loppuminen soluissa johtaa mutaatioiden suureen kertymiseen ja lopulta, mikäli immuunijärjestelmä ei pysty hävittämään näitä soluja, ne jatkavat jakautumistaan ja kehittyvät syöväksi.

Miten Lynchin syndrooman kasvaimet poikkeavat sporadisista MSI kasvaimista?

Kasvaimia, joilla mismatch repair -koneisto ei toimi, kutsutaan mikrosatelliittiepävakaiksi (microsatellite unstable, MSI). Noin 15% kaikista kolorektaalisyövistä on MSI-tyyppisiä, kun puolestaan vain noin 2-3% kolorektaalisyövistä aiheutuu Lynchin syndroomasta. Tämä tarkoittaa sitä, että suurin osa MSI-tyyppisistä kasvaimista havaitaan henkilöillä, joilla ei ole perinnöllistä kolorektaalisyöpäalttiutta eli toisin sanoen kyseiset kasvaimet ovat sporadisia. Henkilöt, joilla on sporadinen MSI-kasvain eivät siis ole perineet virheellisesti toimivaa alleelia mismatch repair -geenistä, vaan heidän elinaikanansa geenin molemmat toimivat alleelit ovat vaurioituneet syöpäkasvaimen aiheuttaneissa soluissa. Sporadisissa MSI-kasvaimissa mismatch repair -koneiston toiminta on yleensä vaimennettu DNA-juosteeseen liitettävien kemiallisten merkkien avulla, jotka estävät MLH1 -nimisen mismatch repair -geenin luennan. Tämä merkitsee sitä, ettei MLH1 proteiinituotetta voida valmistaa. Tämä poikkeaa Lynchin syndroomassa perityistä mutaatioista, sillä Lynchin syndrooman mutaatiot ovat muutoksia itse DNA:n sekvenssissä; mismatch repair -geeniä voidaan silti lukea ja proteiinituotetta valmistaa, mutta syntyvä proteiinituote on virheellinen eikä toimi oikein.

Miksi haluamme verrata näitä kahta MSI kasvaintyyppiä?

Sekä Lynchin syndrooman kasvaimet että sporadiset MSI kasvaimet aiheutuvat usein saman MLH1-geenin muutoksista, mutta ne ovat syntyneet erityyppisten mekanismien kautta. Tästä huolimatta nämä kasvaimet on tutkimuksissa usein ryhmitelty yhdeksi joukoksi, eikä kasvainten mahdollista perinnöllistä alkuperää ole otettu huomioon. Näiden kasvainten väliset erot ovat siis saattaneet jäädä havaitsematta. Kuitenkin jo pienet erot kasvainten välillä voivat johtaa suuriin eroavaisuuksiin kasvainten lääkevasteessa ja siten myös niiden hoidossa. Emme esimerkiksi täysin ymmärrä, miksi MSI-kasvainten hoidossa käytettävissä immuuniaktivaation vapauttajalääkkeissä (immune checkpoint inhibitor) on suuria yksilöiden välisiä eroja siinä, miten hyvin kasvaimet vastaavat lääkehoitoon. Lisäksi käytettävissä olevat työkalut kasvainten tutkimukseen kehittyvät nopeasti ja menetelmien, kuten kokogenomisekvenoinnin, saatavuus on parantunut ja kustannukset laskeneet. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli lisätä ymmärrystämme sporadisten MSI kasvainten ja Lynchin syndrooman kasvainten eroista ja yhtäläisyyksistä hyödyntämällä suuria genomiaineistoja ja high-throughput -sekvenointiteknologioita.

Mitä kokonaisten genomien sekvenointi kertoi meille?

Tutkimuksessamme kerättiin tutkimusluvan antaneiden henkilöiden kolorektaalisyöpäkasvaimia sekä leikkauksen yhteydessä poistettavia suolen normaalikudosnäytteitä eteläisen Suomen alueelta. Näistä kudosnäytteistä eristettiin ja sekvenoitiin DNA- ja RNA-näytteet. DNA-näytteille tehtiin kokogenomisekvenointi, jotta voisimme tarkastella (ainakin lähes) kokonaisia genomeita. Jokaisella ihmisellä on DNA:ssaan myös uniikkeja piirteitä, joten määrittääksemme kasvainkudoksessa tapahtuneet muutokset vertasimme ensin henkilön kasvaimesta kerättyä DNA-näytettä saman henkilön normaalikudosnäytteeseen.

Tarkastelimme eri tavoin sitä, miten sporadisten ja Lynchin syndrooman kasvainten mutaatiokirjo voisi poiketa toisistaan, mutta yleisesti ottaen nämä kasvaimet vaikuttivat olevan geneettisesti samankaltaisia. Mikrosatelliittitoistot ovat toisteisia alueita genomissa; niissä sama lyhyt sekvenssijakso toistuu peräkkäin useita kertoja. Mikrosatelliitteihin kertyy MSI-kasvaimissa paljon pieniä nukleotidien lisäys- ja poistomutaatioita ja niiden sekvensointi on tavanomaista haastavampaa, joten ne tyypillisesti jätetään tutkimatta genomin mutaatiokirjoa kartoitettaessa. Käytimme GangSTR-nimistä työkalua määrittääksemme tarkasti kuinka pitkiä yksittäiset toistojaksot olivat ja mihin niistä osui mutaatioita kasvainnäytteissä. Tutkimuksemme osoitti, että toistojaksot olivat mutatoituneet samantyyppisesti sekä sporadisissa että Lynchin syndrooman MSI-kasvaimissa.

Tarkastelimme kasvainten mutaatioita myös määrittämällä niiden mutaatiosignatuurit. Mutaatiosignatuurit ovat koko genomin laajuisia mutaatiokuvioita, jotka heijastelevat mutaatioiden syntymekanismeja. Esimerkiksi toimimaton DNA:n korjausjärjestelmä, auringon UV-säteily tai tupakanpoltto jättävät kukin solujen genomiin omanlaisensa tunnistettavan mutaatiosignatuurin. Tarkastelimme mutaatiosignatuureja sekä yhden emäksen tasolla että nukleotidijaksojen lisäysten ja poistojen tasolla (“insertion” ja “deletion”, joita kutsutaan yhdessä nimellä “indel”). Jälleen kerran havaitsimme, että sporadisten MSI-kasvainten ja Lynchin syndrooman kasvainten mutaatiosignatuurit olivat samankaltaisia.

Havaitsimme kuitenkin, että Lynch-potilaiden kasvaimet koostuivat pienemmästä määrästä eri mutaatioita kantavia solupopulaatioita, mikä voidaan tulkita merkiksi nopeammasta kasvutahdista. Tämä voi johtua siitä, että Lynchin syndrooman potilaat ovat kehittäneet osittaisen immuniteetin MSI-kasvaimia vastaan, sillä heidän immuunijärjestelmänsä on heidän elinaikanaan joutunut kohtaamaan, tunnistamaan ja tuhoamaan lukuisia samalla tavoin mutatoituneita soluja. Tämä voi merkitä sitä, että kasvaimiksi asti kehittyneet solut ovat joutuneet mutatoitumaan ja kasvamaan nopeasti paetakseen mutatoituneita soluja tuhoavan immuunipuolustuksen.

Mitä RNA-sekvensointi kertoi meille?

DNA on solun tumassa pysyvästi säilytettävä ohjeistus, josta voidaan tehdä lyhytaikaisia kopioita RNA:n avulla. RNA-molekyylit voivat puolestaan ohjata proteiinien valmistusta tai ne voivat vaikuttaa siihen, mitä geenejä solu lukee RNA:ksi eli ilmentää. Sekvensoimme kasvainten RNA:n määrittääksemme, kuinka paljon kutakin geeniä vastaavaa RNA:ta soluissa oli ja mitkä geeneistä olivat kasvaimissa eniten ekspressoituja. Vertaamalla sporadisia MSI kasvaimia Lynchin syndrooman kasvaimiin havaitsimme 200 geeniä, joiden ekspressio poikkesi näiden kahden kasvaintyypin välillä. Tarkastelimme näiden geenien säätelykohteita ymmärtääksemme, mitä nämä 200 geeniä voisivat tehdä. Havaitsimme, että moni geeneistä liittyi keskeisellä tavalla immuunijärjestelmän toimintaan.

Mitä on luvassa seuraavaksi?

Yhteenvetona voimme todeta, että sporadiset MSI-kasvaimet ja Lynchin syndrooman kasvaimet ovat geneettisesti samankaltaisia. Havaitsimme kuitenkin, että näiden kasvainten immuunijärjestelmässä saattaa olla eroavaisuuksia. Tutkimuksen seuraavassa vaiheessa haluamme tarkastella lähemmin näitä eroja. Tämä on keskeistä siksi, että MSI-kasvaimissa havaitaan erityisen voimakas immuunivaste ja siksi immunoterapiaa käytetään enenevässä määrin näiden kasvainten hoidossa. On tärkeää ymmärtää eroaako kehomme immuunivaste perinnöllisten ja sporadisten MSI-kasvainten kohdalla ja voiko tämä vaikuttaa immunoterapian tehoon ja hoitomuotojen valintaan. Hyödyntämällä erilaisia tutkimusmenetelmiä aiomme yhteistyössä muiden tutkijoiden kanssa tarkastella mahdollisia eroja näistä MSI-kasvaintyypeistä löytyvien immuunisolujen määrässä ja laadussa. Tutkimuksemme on osa yhteistä päämäärää kehittää tehokkaita ja kohdennettuja hoitomuotoja näiden kasvainten hoitoon ja siten toivomme, että tutkimuksemme tulee hyödyttämään MSI-kasvaimiin sairastuneita potilaita tulevaisuudessa.

Kiinnostaako syöpätutkimus? Haluatko kuulla lisää Kasvaingenetiikan tutkimuksen huippuyksiköstä? Seuraa blogia, löydät meidät myös Instagramista @tumorgenetics ja Twitter/X:stä @CoEinTG