Genomische Instabilität
Genetische Instabilität ist eines der häufigsten Merkmale von Darmkrebs. Drei Haupttypen genetischer Instabilität wurden bei Darmkrebs berichtet . Mikrosatelliteninstabilität tritt aufgrund von Variationen in DNA-Mismatch-Reparaturgenen auf, während chromosomale Instabilität (CIN) durch große chromosomale Veränderungen bei der Zellteilung gekennzeichnet ist und normalerweise β‐Catenin- und adenomatöse Polyposis-coli-Proteinmutationen (APC) beinhaltet . Weniger verbreitet sind Mutationen (Keimbahn) in DNA-Stabilitätsgenen, einschließlich der DNA-MMR-Gene, MSH6, MSH2, PMS2 und MLH1, die mit Frameshift‐Mutationen und Basenpaarsubstitutionen in kurzen Tandem-Wiederholungssequenzen verbunden sind, die Mikrosatelliteninstabilität in HNPCC verursachen .
Schlüsseländerungen der chromosomalen Instabilität bei CRC bestehen aus vorherrschenden Veränderungen der Chromosomenzahl und spürbaren Verlusten auf molekularer Ebene auf 5q-, 18q- und 17p-Chromosomen; und KRAS-Onkogenmutation. Hauptgene, die an diesen Veränderungen beteiligt sind, sind TP53 (17p), Adenomatöses Polyposis coli Protein (APC) (5q) und MADH2 / MADH4 / DCC (18q) . Der Verlust des Chromosoms ist mit einer Instabilität auf chromosomaler und molekularer Ebene verbunden. Bei etwa 13% der Darmkrebstumoren führt ein MMR-Mangel zu MSI . Etwa 40% der Darmkrebsfälle zeichnen sich durch epigenetische Veränderungen aus, insbesondere durch DNA-Methylierung, ein Phänomen, das als CpG-Methylator Phenotype (CIMP) bezeichnet wird . Bei den anderen 47% der Darmkrebserkrankungen beeinflusst CIN die Tumoren durch Insertionen und Deletionen in Chromosomen . Die chromosomale Instabilitätsgruppe umfasst Krebsarten mit polypoiden oder aneuploiden Karyotypen und Krebsarten mit zahlreichen Insertionen oder Verlusten chromosomaler Arme. Chromosomale Instabilität resultiert aus spezifischen molekularen Veränderungen, Gen-Silencing und auch aus strukturellen Defekten, die während des Zellzyklus aufgetreten sind . Bei einigen der kolorektalen Adenome wurde beobachtet, dass die Tumorprogression mit der Chromosom-7-Amplifikation beginnt. Nach diesem Ereignis treten die anderen spezifischen Chromosomenveränderungen, wie Verluste an 17p, 8p, 18q, 20q und 15q sowie Gewinne an 20q, 8q, 13 und 7, im Allgemeinen bei Darmkrebs auf .
Tumoren mit Mikrosatelliteninstabilität besitzen bekanntermaßen mehr Mutationen als andere Tumoren. Chromosomale Instabilität und Mikrosatelliteninstabilitätstumoren wurden in erster Linie als gleichermaßen speziell angesehen, da Mikrosatelliteninstabilitätstumoren normalerweise konstante und diploide Karyotypen aufweisen . Jüngste Berichte haben gezeigt, dass die Mikrosatelliteninstabilität und die chromosomale Instabilität im selben Tumor auftreten können . Trautmann et al. forscher haben beobachtet, dass etwa 50% der hereditären Mikrosatelliteninstabilität (MSI‐H) Tumoren haben ähnliche Chromosomenaberrationen. Obwohl bei der Mehrzahl der hereditären Mikrosatelliteninstabilitätstumoren eine Bestätigung für ein ähnliches Maß an chromosomaler Instabilität beobachtet werden kann, unterschieden sich die erkannten spezifischen Mutationen zwischen hereditären Mikrosatelliteninstabilitätstumoren und Mikrosatellitenstabilitätstumoren . Hereditäre Mikrosatelliten-Instabilitätstumoren weisen Verluste von 15q und 18q und Gewinne von Chromosomen 8, 12 und 13 auf, während Mikrosatelliten-Stabilitätstumoren ein hohes Maß und einen variablen Bereich der Chromosomenaberration aufweisen . In einer aktuellen Studie von Lassmann et al. in 22 kaukasischen kolorektalen Tumoren auf etwa 287 Sequenzen fanden häufige Aberrationen in bestimmten Regionen der Chromosomen. Diese Studie schlug wenige Kandidatengene mit häufiger Deletion und Amplifikationen in diesen Chromosomenregionen vor. Eine kürzlich durchgeführte Exomanalyse von Darmkrebs-Genomen identifizierte etwa achtmal mehr nicht-synonyme Variation in einem Tumor, der Mikrosatelliteninstabilität zeigte .
Die genomische Instabilität ist ein grundlegendes Merkmal der Tumorentstehung. Drei Arten von genomischer Instabilität wurden bei Darmkrebs berichtet: (i) chromosomale Translokationen, (ii) Mikrosatelliteninstabilität und (iii) Chromosomeninstabilität . Der Ursprung der chromosomalen Instabilität wurde in wenigen Untergruppen von Darmkrebs berichtet. Nichtsdestotrotz ist bekannt, dass die Instabilität von Mikrosatelliten auf inaktivierende Variationen oder auf ungewöhnliche Methylierung von Genen in der DNA-MMR-Genfamilie zurückzuführen ist. Die MMR-Gene reparieren Nukleotidfehlanpassungen, die während der Replikation auftreten . Variationen, die zur Inaktivierung des MMR-Systems führen, treten bei 1-2% der Darmkrebserkrankungen aufgrund von Keimbahnmutationen in Mitgliedern der Mismatch-Reparaturgene MSH2, MLH1, MSH6 und PMS2 auf. Mutationen im MMR-System sind eine der Hauptursachen für das familiäre adenomatöse Polyposis-Syndrom und das hereditäre Nonpolyposis-Darmkrebssyndrom .
Bei Mikrosatelliteninstabilität oder chromosomaler Instabilität tritt der Verlust der genomischen Instabilität nach der Adenombildung auf, jedoch vor dem Fortschreiten zur Malignität . Die genomische Instabilität kann jedoch ein auffälliges Ziel für Krebstherapien sein, da sie bei Darmkrebs nahezu allgegenwärtig ist und ein charakteristisches Merkmal von Krebszellen darstellt. Die Möglichkeit, auf genomische Instabilität für die antikolorektale Krebstherapie abzuzielen, wurde in vitrosystems nachgewiesen . Die Erforschung der Grundlagen und Rollen genetischer und epigenetischer Instabilität bei der kolorektalen Karzinogenese hat das Potenzial, effiziente Präventionsmethoden und Therapeutika für Kolorektalkarzinome weiterzuentwickeln .
Nach den vorgeschlagenen Theorien spielen Mutationen in vielen Signalwegen eine wichtige Rolle bei der Progression von Adenomkarzinomen. Bei Darmkrebs werden Mutationen im adenomatösen Polyposis coli Protein (APC) sowie in den p53-Signalwegen in etwa 95% der Fälle beobachtet . Es wurde berichtet, dass bei etwa 70% der Tumoren somatische Mutationen zu einer Veränderung des Ras / Raf-Signalwegs führen. Die Wirkung und die besonderen Rollen somatischer Mutationen in anderen Genen und Signalwegen von Darmkrebs werden weniger untersucht und weniger verstanden .
Mutationsprofile und vergleichende Studien erfordern sowohl Tumor- als auch Normalgewebeproben. Die Gewinnung von Tumorproben für Darmkrebsstudien stellt erhebliche technische Schwierigkeiten dar. Das Signal und das Rauschen sind nicht zu unterscheiden, wenn die Tumorproben mit normalem Gewebe kontaminiert sind. Nur sehr wenige Studien haben eine systematische Analyse durchgeführt, um das Spektrum bestimmter Mutationen in einer Reihe von Genen in Darmkrebsgeweben und ihren passenden normalen Geweben aufzulösen, d. H. Eine systematische Analyse aller Gene im adenomatösen Polyposis coli Protein (APC) ‐Weg (Adenomatöses Polyposis coli Protein, Axin und β‐Catenin), p53‐Weg (BAX, p53 und MDM2) und RAS-Weg (B-Raf und K-Ras) in den Darmkrebsgeweben . Nur wenige solcher Studien haben spezifische Variationen unter den Mutationen berichtet, die bei Tumoren mit chromosomaler Instabilität und Mikrosatelliteninstabilität beobachtet wurden. Die meisten Mikrosatelliteninstabilität Tumoren haben 30% mehr Mutationen in β-Catenin im Vergleich zu adenomatösen Polyposis coli-Protein (APC), während β‐Catenin-Mutationen sind außergewöhnlich selten in Nicht-Mikrosatelliteninstabilität Krebsarten . Dies ist eine indirekte Bestätigung, die empfiehlt, dass die Mikrosatelliteninstabilität vor der Inaktivierung des adenomatösen Polyposis-coli-Protein-adenomatösen Polyposis-coli-Protein-Signalwegs (APC) auftritt. Darüber hinaus unterscheidet sich das Mutationsspektrum im adenomatösen Polyposis coli‐Protein (APC) -Signalweg in vielen der Mikrosatelliteninstabilitätstumoren ohne β-Cateninmutationen im Vergleich zu Nichtmikrosatelliteninstabilitätstumoren. Speziell, In einfachen Wiederholungssequenzen der Mikrosatelliteninstabilität gibt es eine erhöhte Rezidivrate von Mutationen als in den Nichtmikrosatelliteninstabilitätssequenzen .