Il cancro colorettale: epidemiologia generale e patogenesi molecolare Piero Benatti Registro Tumori Colorettali di Modena Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Reggio Emilia, AIRT 2006

CARATTERISTICHE DEL CANCRO COLORETTALE Il cancro colorettale rappresenta la seconda neoplasia più frequente nella donna e la terza nell’uomo (8,5-10% della totalità dei cancri incidenti). Seconda causa di mortalità neoplastica in entrambi i sessi. In Italia: circa 40000 casi all’anno. Mortalità: 17000 casi/anno. In Emilia Romagna: 3500 casi/anno. Mortalità: 1700 casi/anno (2001) Rapporto Maschi/Femmine: 1.2 (il cancro del retto è più frequente negli uomini, il cancro del colon destro è più frequente nelle donne). L’incidenza è in aumento: 1984-1986: 400 casi* 2001-2003: 694 casi* *: Registro Tumori Colorettali ex USL16 di Modena

EPIDEMIOLOGIA DEL CANCRO COLORETTALE: ETA’ % Età Media: 70 anni. Registro Tumori Colorettali ex USL16 di Modena

EPIDEMIOLOGIA DEL CANCRO COLORETTALE: SEDE 26.3% 38.2% 33.0% 38.6% 40.7% 23.2% 1984-1986 2001-2003 Registro Tumori Colorettali ex USL16 di Modena

EPIDEMIOLOGIA DEL CANCRO COLORETTALE: STADIO M Ponz de Leon, Ann Oncol 2004

EPIDEMIOLOGIA DEL CANCRO COLORETTALE: SOPRAVVIVENZA Sopravvivenza a 5 anni per stadio Stage I: 92% Stage II: 80% Sopravvivenza a 5 anni: 58 % Stage III: 56% Stage IV: 8% Registro Tumori Colorettali ex USL16 di Modena

Colorectal cancer specific survival of patients according to the different period of registration: 1984-1988 vs 1990-1993

FATTORI ASSOCIATI AD AUMENTATO RISCHIO DI CANCRO COLORETTALE

PATOGENESI DEL CANCRO COLORETTALE CANCRO SPORADICO CANCRO 70-80% del totale CANCRO “FAMILIARE” CANCRO 10-30% del totale CANCRO 1-5% del totale HNPCC, FAP Mutazioni di singoli geni (APC, MSH2, MLH1, PMS1-2) Trasmissione ereditaria poligenica Fattori ambientali (dieta, obesità,fumo, alcool, attività fisica, malattie predisponenti)

Cancro Colorettale Ereditario Sindromi Poliposiche FAP AFAP Turcot (variante FAP) MutYH Associated Polyposis (MAP) Peutz-Jeghers Poliposi giovanile Cowden Bannayan/Ruvalcaba/Riley Sindromi Non Poliposiche HNPCC Muir-Torre Turcot (variante HNPCC) polimorfismo I1307K APC

Poliposi Adenomatosa Familiare (FAP) Malattia ereditaria, a trasmissione autosomica dominante ed a penetranza completa, caratterizzata dalla presenza di polipi adenomatosi in numero variabile da centinaia a migliaia (per definizione > 100) a livello colorettale. Negli affetti non trattati il rischio di sviluppare un cancro colorettale è pressoché del 100%. Età media di comparsa degli adenomi: 16 anni Età media di comparsa del cancro: 39 anni. Associazione molto frequente con manifestazioni extracoliche. Mutazioni costituzionali del gene APC (5q21-22) si riscontrano nel 60-90% dei casi.

Poliposi Adenomatosa Familiare

IL GENE APC Cromosoma 5q21-22 ** (215) (238) * (876) * (935) * (964) *** (1061) ***** (1309) * (1067) * (1075) * (1112) * (1294) * (1303) * (1344) * (1464) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 45 412 516 652 2844 Severe desmoid 964.....1061............1112 1309 1464 Severe Polyposis 232 1303..1309 CHRPE 876..........................................................................1344 Other G.I. Adenomas 876..............................................................1309 Cromosoma 5q21-22 8,535 nucleotidi per una sequenza predetta di 2,844 aminoacidi codificata da 15 esoni 1,400 differenti mutazioni (sia germinali sia somatiche). Tra le più comuni: la delezione di 5bp ai codoni 1309 e 1061 (esone 15) che assommano al 18% ed al 15% di tutte le mutazioni costituzionali di APC. La proteina APC ha multipli domini funzionali che mediano il legame con diverse proteine intracellulari, come  e  catenina, e tubulina; Tra le principali funzioni della proteina APC: Modulazione del Wingless/Wnt signal pathway tramite il suo effetto sui livelli cellulari di catenina; Controllo della progressione del ciclo cellulare; Influenza i processi di adesione e migrazione cellulare; Regola la differenziazione cellulare

APC--Catenin pathway ?Wnt signal E-cad -Cat hDLG EB1 APC--Catenin pathway APC microtubules (Chung, Gastroenterology 2000) -Cat APC Axin GSK-3 Mutant APC or -Catenin APC and -Catenin wild type -Cat -Cat Accumulation of -Catenin -Cat c-myc Cyclin-D1 c-jun PPAR -Cat 5’ TCF-4 Degradation of -Catenin

Carcinogenesi colorettale ed instabilità cromosomica (CIN pathway) nella Poliposi Adenomatosa Familiare I allele inactivation: APC germline mutation II allele inactivation: Acquired mutation (LOH) Inactivation of other genes (kRas, MCC, DCC, p53, LOH 18q) Cancer Normal Mucosa Diffuse Polyposis Loss of  catenin binding Loss of gatekeeper effect High grade dysplasia in one or more adenomas Accelerated tumor initiation Normal progression

Carcinogenesi colorettale ed instabilità cromosomica (CIN pathway) nel cancro colorettale sporadico Inactivation of APC: Acquired mutations Accumulation of other mutations (Kras, DCC, DPC4, others ) Inactivation of p53 Cancer Normal Mucosa Aberrant crypt foci Small Adenoma Large Adenoma First rate-limiting step: hyperproliferative state 2nd rate-limiting step: high-grade dysplasia

HNPCC: definizione clinica Malattia a trasmissione autosomica dominante Insorgenza precoce di cancro, molto spesso prima dei 40-45 anni; Localizzazione preferenziale nel colon prossimale (ceco, ascendente, trasverso e flessure); Frequenza di tumori multipli, sincroni e metacroni, del colon e/o altri organi; Aumentato rischio di cancro in altri organi: specie utero, uretere e pelvi renale, tenue, ovaio e stomaco.

HNPCC 1 I II III IV STO 50 LIV 31 CO 40 CO 37 CO 35 EN 47 CO 58 CO 47 2 I STO 50 1 2 3 4 5 6 II LIV 31 CO 40 CO 37 CO 35 EN 47 1 2 3 4 5 6 7 8 III KID 40 CO 41 EN 52 PAN 55 CO 58 CO 47 CO 55 1 2 3 4 5 6 7 IV

HNPCC: definizione biomolecolare Malattia genetica in cui: I pazienti ereditano (o sviluppano) una mutazione cosituzionale in uno dei geni (hMSH2, hMLH1, hMSH6, hPMS1, hPMS2 o altri) responsabili del riparo degli errori (mismatches) di replicazione del DNA. I tumori sono caratterizzati da instabilità genomica particolarmente evidente nei tratti di DNA microsatellite, distribuiti in tutto il genoma. Instabilità dei microsatelliti (MSI o MIN).

The DNA mismatch repair system ACAC C A A C TCAC ACAG AGTGTGTGTC b) c) MSH2 MSH6 MLH1 PMS2 MSH2 MSH6 d) e) The DNA mismatch repair system

Colorectal carcinogenesis: the MIN pathway Constitutional or acquired mutations in one of the MMR genes (hMLH1, hMSH2, PMS1 and 2, hMSH6) 2nd mutation in the corresponding allele, inactivation of the MMR gene Hypermethylation of hMLH1 Inactivation of other genes containing microsatellite sequences (hMSH3, hMSH6, TGFRII, BAX) Adenoma with MSI+ MSI+ Cancer Normal Mucosa DNA Mismatch Repair is normal Induction of genomic instability (MSI+) Instability of genes containing microsatellite sequences and accumulation of other mutations Uncontrolled cell growth Loss of apoptosis control Normal tumor initiation Accelerated progression

L’Instabilità dei Microsatelliti (MSI) Espressione fenotipica dell’ alterazione del sistema del Mismatch Repair. MSI è presente nel 95% dei tumori HNPCC e nel 15% dei tumori colorettali sporadici. MSI si osserva più frequentemente in pazienti con età inferiore ai 45 anni o con età superiore ai 70. Relazione con la sede prossimale, l’istotipo mucinoso, il grading scarsamente differenziato, il contenuto di DNA tumorale diploide. Marcatore di screening per le forme ereditarie Marcatore prognostico Sensibilità alla chemioterapia?

Colorectal carcinogenesis: CIN vs MIN pathway A De la Chapelle NEJM, 2003

MYH-Associated Polyposis MAP MYH-Associated Polyposis Malattia autosomica recessiva (simile ad AFAP, ma i pazienti non hanno storia familiare positiva) causata da mutazioni di MYH < 100 adenomi mutazioni più frequenti nella popolazione caucasica Y165C – G382D

MYH mutY (E. coli) homologue 1p34.3-p32.1 16 esoni 39 KDa A/G-specific adenine DNA glycosylase

MutT = MTH1 MutY = MYH MutM = OGG1

Com’ è correlato MYH ai tumori colorettali? Nada Al-Tassan. Nat Genet. 2002 Feb;30(2):227-32. Epub 2002 Jan 30. Famiglia N affetta da adenomi multipli colorettali Assenza di mutazioni ereditarie inattivanti APC Largo numero di soggetti della fam N hanno mutazioni(sostituzioni) silenti in APC. Per la maggior parte mutazioni G : C T: A Possibile implicazione del sistema BER in particolare di MYH

Com’ è correlato MYH ai tumori colorettali? MYH e FAP/AFAP 25% dei soggetti con FAP/AFAP presentano mutazione di MYH MYH e CANCRO COLORETTALE SPORADICO soggetti con mutazioni di MYH in omozigosi hanno diagnosi in età più giovane rispetto ai non carrier soggetti con mutazioni in omozigosi hanno più di un polipo sincrono = rischio aumentato di poliposi colorettale Soggetti con MYH mutato hanno più parenti di primo e secondo grado con cancro colorettale = maggior rischio di cancro colorettale Soggetti con mutazione in eterozigosi: rischio di CRC aumentato? MYH e CANCRO COLORETTALE IN CASI GIOVANILI il 2.8% dei soggetti early onset è portatore di mutazioni bialleliche

CONCLUSIONI 1 Il cancro colorettale è tra le neoplasie più frequenti. La sua incidenza è in aumento negli ultimi anni, soprattutto per quel che riguarda le neoplasie a localizzazione colica. La prognosi sembra tuttavia in miglioramento soprattutto per l’anticipo diagnostico delle neoplasie. La patogenesi del cancro colorettale è il risultato dell’interazione tra fattori ambientali e fattori genetici: soprattutto questi ultimi sembrano rivestire un ruolo preponderante.

CONCLUSIONI 2 Il cancro colorettale tra le forme di tumore ereditario più frequente ed è tra i meglio caratterizzati dal punto di vista biomolecolare L’identificazione delle alterazioni genetiche alla base delle sindromi ereditarie ha consentito di caratterizzare anche la cancerogenesi delle forme sporadiche. Tali acquisizioni hanno permesso d’identificare marcatori biomolecolari utilizzabil a fini di screening, prognostici e di sensibilità alla chemioterapia.