Nowotwory dziedziczne. Poradnictwo genetyczne.

Maria Sąsiadek, Ryszard Ślęzak

Choroby nowotworowe stanowią obecnie jedno z największych wyzwań współczesnej medycyny gdyż, jak wykazano w badaniach epidemiologicznych, dotyczą bezpośrednio lub pośrednio prawie jednej trzeciej populacji ludzkiej.

Około 90% chorób nowotworowych występuje sporadycznie, lecz w 5-10 % przypadków obserwuje się tendencję do ich występowania rodzinnego. Hipoteza o dziedziczeniu zgodnie z prawami Mendla choroby nowotworowej lub też predyspozycji do choroby nowotworowej, wysuwana była przez wielu badaczy w ciągu ostatniego stulecia (16).

Jako pierwszy Broca w 1866r, opisał przypadek rodzinnie występującego raka piersi i wątroby. W 1900r. Haaland przedstawił teorię dziedziczenia chorób nowotworowych opierającą się na założeniu, że niektóre nowotwory dziedziczą się zgodnie z zasadami Mendla. Warthin w 1913r., na podstawie analizy występowania nowotworów w czterech badanych rodzinach, zaproponował teorię, w myśl której choroba nowotworowa może być dziedziczona zgodnie z prawami Mendla (25).

Obecnie wiadomo, że w niektórych rodzinach nowotwory są dziedziczone autosomalnie (dominująco lub recesywnie). W tych przypadkach mówimy o nowotworach dziedzicznych. W innych przypadkach rodzinnego występowania choroby nowotworowej, nie udaje się określić jednoznacznie toru dziedziczenia i w tych przypadkach używa się określenia - nowotwory rodzinne (16).

Problem etiologii chorób nowotworowych od lat był przedmiotem licznych badań. Postawiono i dyskutowano wiele różnych teorii mających na celu wyjaśnienie mechanizmów powstawania i rozwoju nowotworów. Obecnie wiadomo, że u podstaw tego procesu leżą zmiany informacji genetycznej. Mimo jednak iż główne etapy rozwoju nowotworu są obecnie znane i wiedza dotycząca tego zagadnienia jest ogromna, to wiele problemów pozostaje w dalszym ciągu nierozwiązane.

Genetyczne podstawy rozwoju procesu nowotworowego

Wieloetapowy proces transformacji nowotworowej rozpoczyna się od zmiany genetycznej w pojedynczej komórce i postępuje, zwykle przez dziesiątki lat prowadząc do rozwoju guza nowotworowego, mogącego naciekać sąsiadujące tkanki i dawać przerzuty do innych narządów. W procesie transformacji nowotworowej obserwowana jest kumulacja licznych zmian informacji genetycznej, a w szczególności obserwuje się:

- nagromadzenie mutacji w genach o podstawowym znaczeniu dla rozwoju nowotworu: protoonkogenach, genach supresorowych i mutatorowych.

- zmiany epigenetyczne w różnych genach, a głównie w genach kodujących białka odpowiedzialne za wzrost i różnicowanie się komórek, lub też białka regulujące ich aktywność.

Nie jest znana dokładna liczba mutacji których nagromadzenie w pojedynczej komórce prowadzi do transformacji nowotworowej. Obecnie przyjęto, że konieczne jest wystąpienie od 3 do 6 niezależnych od siebie mutacji.

Proces karcynogenezy można schematycznie podzielić na trzy etapy (34):

Inicjacja - w komórce zachodzi pierwsza, krytyczna mutacja. Mutacja ta jest nieodwracalna i przekazywana następnym pokoleniom komórek (tworzy się klon komórek). Komórki tego klonu cechują się podwyższoną wrażliwością na egzo- i endogenne czynniki mutagenne lub/i mitogenne.

Pierwsza, pojedyncza mutacja “inicjatorowa” nie wystarcza do rozpoczęcia procesu transformacji nowotworowej.

Promocja - etap przyspieszonego formowania guza, wskutek proliferacji komórek obarczonych mutacją “inicjatorową” (zmiana łagodna). Proces ten wymaga długiego czasu (tygodnie, miesiące, lata) i w tym okresie dochodzi do zwiększenia ryzyka progresji zmiany łagodnej w zmianę złośliwą.Etap promocji jest odwracalny.

Progresja - na tym etapie dochodzi do kumulacji mutacji w komórkach guza, prowadzących do nabycia przez komórkę nowych właściwości biologicznych: zdolności do autonomicznego wzrostu i podziału, zaburzenie procesów różnicowania oraz innych cech procesu złośliwego.

Krótka charakterystyka genów odpowiedzialnych za powstawanie nowotworów.

Onkogeny: są zmienionymi (aktywnymi) formami protoonkogenów - genów będących składową prawidłowego ludzkiego genomu. Produkty białkowe tych genów to najczęściej czynniki wzrostowe, receptory czynników wzrostowych, wewnątrzkomórkowe czynniki przekazujące sygnały, czynniki transkrypcyjne oraz białka kontrolujące proces replikacji DNA, które są odpowiedzialne za proces proliferacji i różnicowania komórek. Do aktywacji protoonkogenów może dochodzić wskutek: mutacji punktowych (np. H-RAS, K-RAS, N-RAS), translokacji chromosomowych (BCR/ABL) lub amplifikacji (N-MYC, L-MYC).

Do dzisiaj poznano ponad 100 różnych protoonkogenów (33).

Geny supresorowe: kodują białka określane mianem "strażników genomu", pełniące funkcje kontrolujące proces różnicowania i proliferacji komórkowej. Do chwili obecnej zidentyfikowano dwadzieścia genów supresorowych. Mimo iż poznano już drogi funkcjonowania niektórych genów supresorowych w komórce (np. p105-RB, p53, p16), to jednak dokładny mechanizm działania wielu znanych genów supresorowych jest w dalszym ciągu zagadką. Białka kodowane przez różne geny supresorowe różnią się lokalizacją komórkową (np. białka zlokalizowane przezbłonowo, w cytoplazmie, aparacie Golgiego, jądrze) oraz funkcją w komórce (czynniki transkrypcyjne, czynniki biorące udział w połączeniach pomiędzy białkami szkieletu komórki a błonami komórkowymi, inhibitory kinaz cyklinozależnych, aktywatory GTPazy).

Utrata funkcji obu kopii genu supresorowego prowadzi do niekontrolowanej proliferacji komórek o zmienionym fenotypie (7).

Geny mutatorowe (geny naprawcze DNA): kodują białka, uczestniczące w procesie naprawy DNA. Wśród nich można wyróżnić dwie grupy genów, których inaktywacja prowadzi do zaburzenia procesów naprawczych DNA i zwiększenia podatności na rozwój różnego rodzajów guzów nowotworowych:

- mutacje pierwszej grupy genów prowadzą do powstania dziedziczonej autosomalnie recesywnie podatności na nowotwory, związanej z zaburzeniem procesów naprawczych DNA. Ta grupa genów jest związana głównie z nowotworami skóry i złośliwymi nowotworami układu krwiotwórczego.

- mutacje drugiej grupy genów, kodujących białka uczestniczące w naprawie źle sparowanych zasad w DNA ("mismatch repair) związane są z podwyższonym ryzykiem powstania dziedzicznego niepolipowatego raka jelita grubego (HNPCC). Ten model dziedziczenia jest podobny do modelu dziedziczenia podatności na raka uwarunkowanej mutacją genu supresorowego (6, 23).

Geny supresorowe są w szerokim ujęciu dzielone na dwie grupy, w zależności od mechanizmu ich działania (16):

1. Geny “stróże genomu” ("gatekeepers") - do tej grupy zalicza się geny supresorowe, które hamują proces wzrostu guza poprzez hamowanie proliferacji komórkowej i/lub pobudzanie śmierci komórki w procesie apoptozy. Geny te są specyficzne tkankowo i dlatego ich inaktywacja predestynuje do rozwoju określonego typu nowotworu. Mutacje w tych genach prowadzą do rozwoju zarówno postaci dziedzicznych (mutacja w linii komórek rozrodczych) jak i sporadycznych (mutacja w linii komórek somatycznych) nowotworów.

2. Geny “opiekunowie genomu” ("caretakers") - do tej grupy zalicza się geny kodujące białka, biorące udział w procesach naprawy DNA. Ich inaktywacja nie prowadzi bezpośrednio do transformacji nowotworowej, lecz jest przyczyną niestabilności genetycznej powodującej znaczne zwiększenie poziomu nowych mutacji.

Nowotwory dziedziczne

Nowotwory dziedziczne stanowią 5-10% wszystkich nowotworów, występujących u ludzi. Określenie "dziedziczne" oznacza, że pierwsza mutacja wystąpiła w oocycie lub spermatocycie jeszcze przed zapłodnieniem i dlatego jest obecna we wszystkich komórkach organizmu. Ta mutacja może być mutacją odziedziczoną od jednego z rodziców, lub powstałą de novo w komórce rozrodczej.

Nowotwory dziedziczne rozwijają się najczęściej wskutek mutacji genów supresorowych i genów naprawczych DNA w komórkach rozrodczych. Wyjątkiem jest zespół wielonarządowej gruczolakowatości wewnątrzwydzielniczej typu 2 - MEN 2 (multiple endocrine neoplasia type 2), rozwijający się u osób u których wystąpiła mutacja germinalna onkogenu RET.

Dziedziczna predyspozycja do nowotworów związana z uszkodzeniem genów “opiekunów genomu” ("caretakers").

Inaktywacja obu alleli genu supresorowego prowadzi do utraty jego funkcji (mutacja inaktywująca). Jak to powyżej, inaktywacja genu supresorowego jest zmianą charakterystyczną zarówno dla postaci dziedzicznych jak i sporadycznych wielu nowotworów. Istnieje jednak wiele bardzo ważnych różnic między tymi dwiema postaciami: w nowotworach dziedzicznych średnia wieku, w którym pojawiają się objawy choroby jest niższa niż w przypadkach nowotworów sporadycznych, guzy zazwyczaj są obustronne (jeśli nowotwór dotyczy narządu parzystego), a zmiany są zwykle wieloogniskowe. W postaci sporadycznej objawy występują późno, guzy są jednostronne i jednoogniskowe (7,19).

Mutacje genów supresorowych na poziomie komórki są recesywne, lecz jeśli wystąpią w linii komórek rozrodczych prowadzą do przekazania predyspozycji do nowotworu w sposób autosomalny dominujący z ok. 80% ryzykiem rozwoju raka.

W roku 1970 Knudson przedstawił model działania genów supresorowych opracowany na podstawie badań epidemiologicznych siatkówczaka (retinoblastoma) (17,18,19). W tzw. "teorii dwóch zdarzeń" zaproponował model, w którym do utraty funkcji genu supresorowego niezbędne są dwie mutacje inaktywujące. Pierwsza mutacja może dotyczyć:

• komórek rozrodczych - mutacja jest wtedy obecna we wszystkich komórkach organizmu. W takim przypadku istnieje bardzo duże ryzyko wystąpienia drugiej mutacji w komórce somatycznej w trakcie rozwoju organizmu. Taki model wyjaśnia autosomalny dominujący charakter dziedziczenia nowotworów.

• komórek somatycznych (nabyta) - mutacje obu alleli genu supresorowego muszą zajść w tej samej komórce somatycznej. Prawdopodobieństwo takiego zdarzenia jest małe.

Choroby nowotworowe uwarunkowane wrodzona predyspozycją, związaną z defektami genów supresorowych przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Choroby nowotworowe uwarunkowane wrodzona predyspozycją, związaną z defektami genów supresorowych.

Gen supresorowy (lokalizacja)	Postać kliniczna choroby nowotworowej	Najczęściej występujące nowotwory	Piśmiennictwo
RB1 (13q14)	Siatkówczak	Siatkówczak, mięsak kości, włókniakomięsaki, chondrosarcoma, złośliwe guzy epitelialne	2,17
p53 (17p13)	Zespół Li-Fraumeni	Rak piersi, mięsaki tkanek miękkich, mięsaki kości, białaczki, guzy mózgu, raki kory nadnerczy	5,22, 26
APC (5q21)	Rodzinna polipowatość gruczolakowata	Polipy gruczolakowate, rak jelita grubego	13,29
WT-1 (11p13)	Guz Wilmsa	Nerczak płodowy (nefroblastoma)	8,12
NF-1 (17q11)	Nerwiakowłókniakowatość typ I (neurofibromatosis type I)	Nerwiakowłókniakomięsaki, glejaki nerwu wzrokowego, guzy ośrodkowego układu nerwowego (astrocytoma)	30, 36
NF-2 (22q12)	Nerwiakowłókniakowatość typ II (neurofibromatosis type II)	Nerwiaki osłonki Schwanna, nerwiakowłókniaki, oponiaki, glejaki	15
VHL (3p25)	Choroba von Hippel-Lindau	Rak jasnokomórkowy nerki, guz chromochłonny rdzenia nadnerczy, guzy worka endolimfatycznego, naczyniaki siatkówki, móżdżku i rdzenia	4
p16 (9p21)	Czerniak rodzinny	Czerniak złośliwy	6
BRCA1 (17q21) BRCA2 (13q12)	Rodzinny rak piersi	Rak piersi, rak jajnika	6,22
TSC2 (16p13)	Stwardnienie guzowate	Guzy nerek i mózgu	20

Oprócz opisanych powyżej dziedzicznych nowotworów związanych z mutacjami inaktywującymi geny supresorowe, wyróżnia się dwa, dobrze zdefiniowane klinicznie zespoły podatności na nowotwory gruczołów wewnątrzwydzielniczych o bardzo interesującej etiologii genetycznej:

• MEN 1, związany z mutacją w locus MEN1 (11q13), w którym, jak się przypuszcza, znajduje się gen supresorowy (tabela 2).

• MEN 2, związany z dziedziczną mutacja w onkogenie RET

Tabela 2. Wielonarządowa gruczolakowatość wewnątrzwydzielnicza (MEN)

Gen (lokalizacja, funkcja)	Rodzaj zespołu nowotworowego	Najczęściej występujące nowotwory	Piśmiennictwo
MEN1 (11q13) (prawdopodobnie gen supresorowy)	Wielonarządowa gruczolakowatość wewnątrzwydzielnicza typ I	Pierwotna nadczynność przytarczyc, guzy przysadki, gastrinoma, insulinoma,	21, 32
ret (10q11) (onkogen)	Wielonarządowa gruczolakowatość wewnątrzwydzielnicza typ II	Rdzeniasty rak tarczycy, guz chromochłonny rdzenia nadnerczy, hiperplazja lub gruczolak przytarczyc	10,27

Dziedziczna predyspozycja do nowotworów związana z uszkodzeniem genów typu “caretakers”

Utrata funkcji genów naprawczych DNA prowadzi do zwiększenia częstości mutacji w genomie komórek dotkniętych uszkodzeniem. Wzrasta więc ryzyko wystąpienia mutacji w protoonkogenach i genach supresorowych.

Opisano wiele zespołów tak uwarunkowanej, zwiększonej podatności na nowotwory. Niektóre dziedziczą się w sposób autosomalny recesywny (tabela 3), niektóre jak np. dziedziczny niepolipowaty rak jelita grubego, w sposób autosomalny dominujący (24,25,35).

Tabela 3. Przykłady zespołów charakteryzujących się zwiększoną skłonnością do występowania nowotworów, uwarunkowanych autosomalnie recesywnie.

Zespół	Markery genetyczne	Objawy	Literatura
Xeroderma pigmentosum	Test wrażliwości fibroblastów na kofeinę, po uprzedniej ich ekspozycji na promieniowanie UV, defekt naprawy postreplikacyjnej DNA	Nadwrażliwość na światło słoneczne, postępujące zmiany zwyrodnieniowe skóry i oczu, częste nowotwory skóry, pojawiające się już w 8 roku życia	3,37
Zespół Cockaynea	Upośledzenie in vitro syntezy RNA i DNA po uprzedniej ekspozycji komórek na promieniowanie UV	Niedobór wagi i wzrostu, małogłowie, upośledzenie umysłowe, zanik siatkówki, głuchota	37
Ataksja - Teleangiectasia	Chromosomowa niestabilność konstytucjonalna; translokacje z punktami złamań: 14q11-12; 14q32; 7q35; 7p14, fuzje telomerowe chromosomów.	Ataksja (1 - 3 r. ż.), naczyniaki w obrębie skóry i oczu (6 r.ż), podwyższony poziom α-fetoproteiny, białaczki i chłoniaki, niedobory immunologiczne, nadwrażliwość na promieniowanie jonizujące	14
Zespół Blooma	Konstytucyjna niestabilność chromosomowa - przerwy achromatyczne, złamania, wzrost częstości wymian siostrzanych chromatyd	Karłowatość, z zachowaniem proporcji ciała, cechy dysmorficzne twarzy, nadwrażliwość skóry na światło słoneczne, obszary hipo- i hiperpigmentacji, cukrzyca, niepłodność u mężczyzn, nowotwory.	11
Anemia Fanconiego	Konstytucjonalna niestabilność chromosomów z tendencją do tworzenia figur radialnych. Nadwrażliwość na czynniki indukujące poprzeczne wiązania w DNA (cross-links agents-diepoksybutan;DEB).	Wady (malformacje) w zakresie układów: kostnego, żołądkowo-jelitowego, centralnego układu nerwowgo. Niedokrwistość aplastyczna, białaczki. Występuje duża zmienność ekspresji objawów klinicznych.	37

Dziedziczny niepolipowaty rak jelita grubego (HNPCC): jak wspomniano wyżej HNPCC jest chorobą nowotworową dziedziczoną w sposób autosomalny recesywny. HNPCC stanowi około 3 do 10 % wszystkich przypadków raka jelita grubego i jest jednym z najczęściej występujących nowotworów w populacji zachodniej Europy. Na podstawie różnic w obrazie klinicznym choroby wyróżniamy trzy postacie zespołu:

-zespół Lynch I, rak specyficzny wyłącznie dla jelita grubego

-zespół Lynch II, charakteryzuje się występowaniem obok raka jelita grubego innych nowotworów takich jak rak endometrium, rak jajnika, jelita cienkiego, żołądka i/lub dróg żółciowych

-zespół Muir-Torre: w tym zespole obserwuje się podobne do zespołu Lynch II spektrum zmian nowotworowych, a ponadto guzy gruczołów łojowych, raki komórek podstawnych skóry, rogowiaki i innymi rakami skóry.

Mechanizm prowadzący do powstawania nowotworu w HNPCC jest zbieżny z modelem “dwóch zdarzeń". Pierwsza mutacja w genach naprawy źle sparowanych zasad w DNA ("mismatch repair” genes - hMSH2 zlokalizowany w 2p15; hMLH1 zlokalizowany w 3p21; hPMS2 w 7p22 i hPMS1 w 2q31-33) występuje w linii komórek płciowych. Druga jest mutacją somatyczną. Inaktywacja allelu typu dzikiego (prawidłowego) genu naprawczego DNA powoduje utratę aktywności tego genu i prowadzi do fenotypu, charakteryzującego się niestabilnością genetyczną (tzw. Replication Error Tumor phenotype, RER). Obniżona sprawność reperacji DNA z jednej strony zwiększa ryzyko rozpoczęcia procesu transformacji nowotworowej, z drugiej - może przyczyniać się do progresji guza.

Mutacje jednego z genów naprawy DNA oraz fenotyp RER obserwuje się u około 80-90 % pacjentów z rodzinnym niepolipowatym rakiem jelita grubego. W zespole HNPCC nie występują zmiany kliniczne, pozwalające na postawienie rozpoznania tego zespołu. Rozpoznanie jest ustalane na postawie analizy rodowodu. Na Międzynarodowym Kongresie w Amsterdamie ustalono kryteria, które muszą zostać spełnione, aby postawić rozpoznanie HNPCC. Zostały one przedstawione w tabeli 4 (24,25).

Tabela 4. Kryteria amsterdamskie rozpoznania HNPCC:

I	Rak jelita grubego wystąpił u co najmniej trzech członków rodziny. Jeden z nich jest krewnym pierwszego stopnia dwóch pozostałych.
II	Choroba występuje w przynajmniej dwóch pokoleniach
III	Przynajmniej u jednego chorego rozpoznanie raka jelita grubego postawiono poniżej 50 r.ż.

Poradnictwo genetyczne:

Stwierdzenie, że u podstaw procesu nowotworzenia leżą zmiany genetyczne oraz odkrycie genów podatności na raka pozwoliło na wprowadzenie do praktyki klinicznej badań, mających na celu potwierdzenie lub wykluczenie mutacji oraz poradnictwa genetycznego w obciążonych rodzinach. Poradnictwo genetyczne powinno objąć przede wszystkim:

- osoby zdrowe, u których występuje zwiększone ryzyko wystąpienia nowotworów dziedzicznych,

- osoby młode, u których wystąpiła choroba nowotworowa, poszukujące porady zawierającej ocenę ryzyka powtórzenia się choroby u potomstwa.

Poradnictwo genetyczne w chorobach nowotworowych powinno skupiać się na dwóch ważnych elementach: ocenie ryzyka wystąpienia choroby nowotworowej wraz z sugestiami co do postępowania i trybu życia, mającego obniżyć ryzyko wystąpienia raka oraz opracowanie procedur medycznych ukierunkowanych na wczesne wykrycie raka. Ocena ryzyka jest zazwyczaj oparta na analizie rodowodu. Jego konstrukcja opiera się na bardzo dokładnym wywiadzie rodzinnym. W rodowodzie, oprócz szczegółowego wywiadu dotyczącego chorób nowotworowych należy uwzględnić także zdrowych członków rodziny. Szczególną uwagę należy poświęcić tym osobom, u których stwierdza się zmiany przedrakowe (np. polipy lub znamiona o cechach dysplazji). Rodowód jest integralną częścią rodzinnej historii choroby.

Procedury medyczne, mające na celu obniżenie stopnia ryzyka powstania raka oraz wczesne jego wykrycie, obejmują regularne badania radiologiczne, endoskopowe, ultrasonograficzne, badanie fizykalne oraz testy laboratoryjne. Wybór metod zależy od indywidualnego ryzyka w każdym badanym przypadku. Obecnie opracowane są schematy postępowania w przypadkach poszczególnych nowotworów. Ważne jest jednak opracowanie indywidualnego toku postępowania diagnostycznego w każdym przypadku. Najbardziej dramatyczne są sytuacje, w których trzeba podjąć decyzję o profilaktycznym usunięciu zdrowego narządu. Zabiegi te w niektórych chorobach (np. FAP, MEN 2a) wykonywane są jako część rutynowego postępowania, w innych zespołach (np. w raku piersi/jajnika) ich wykonanie budzi ciągle jednak wiele kontrowersji.

Porady genetycznej udziela się zawsze przed rozpoczęciem wykonywania testów DNA. Na podstawie analizy rodowodowej należy zaszeregować członków jako pewnych lub prawdopodobnych nosicieli mutacji i dopiero wtedy określić konieczność wykonania u nich badania DNA. Wszystkim członkom rodziny, którym zaproponowano wykonanie badania DNA, należy udzielić porady uwzględniającej medyczne, psychologiczne oraz ekonomiczne korzyści lub zagrożenia wynikające z tego badania.

Badania DNA w diagnostyce nowotworów wykonuje się:

- w przypadkach , w których mutacja jest znana, stosuje się metodę analizy sprzężeń lub metody bezpośrednie,

- w przypadkach, w których mutacja jest nieznana, wykonuje się sekwencjonowanie odpowiedniego genu.

Z uwagi na duże znaczenie jakie wynik badania DNA może mieć na dalszy przebieg życia pacjenta, porad genetycznych powinien udzielać tylko doświadczony specjalista z zakresu genetyki klinicznej (31).

---