Τα νεοπλάσματα του παχέος εντέρου αποτελούν μείζον πρόβλημα υγείας: περισσότερο από το μισό του πληθυσμού στις Η.Π.Α εμφανίζει τουλάχιστον ένα τέτοιο νεόπλασμα και στο ένα δέκατο αυτών των ατόμων το νεόπλασμα προχωρεί προς κακοήθεια. Απαιτούνται νέοι τρόποι πρόληψης και θεραπείας αυτών των νεοπλασμάτων. Η έρευνά μας έχει σκοπό την κατανόηση της μοριακής βάσης των νεοπλασμάτων του παχέος εντέρου με την ελπίδα ότι η γνώση που θα αποκτηθεί θα επενδυθεί τελικά στην φροντίδα του ασθενούς.

Η πρώτη ομάδα, τα ογκογονίδια, ρυθμίζουν την ανάπτυξη του κυττάρου με ένα ακριβή ισορροπούμενο μηχανισμό. Οι μεταλλάξεις στα ογκογονίδια αυτά προκαλούν επιταχυνόμενη ανάπτυξη των κυττάρων σαν να έχει κολλήσει ο μηχανισμός στην θέση ‘on’ και να έχει καταργηθεί ο μηχανισμός ‘off’.

Τα κύτταρα όμως έχουν και φρένα, τα κατασταλτικά ογκογονίδια. Φυσιολογικά αυτά τα φρένα μπορούν να σταματήσουν την διαίρεση κυττάρων που διαιρούνται χωρίς έλεγχο αλλά οι μεταλλάξεις μπορεί να καθιστούν τα φρένα αυτά δυσλειτουργικά. Με κάθε διαδοχική μετάλλαξη στα ογκογονίδια ή τα κατασταλτικά ογκογονία αρχίζει ή προχωράει ένα στάδιο προς την δημιουργία νεοπλάσματος. Η κακοήθεια συμβαίνει μόνον όταν διατταράσονται αρκετά ογκογονίδια και κατασταλτικά ογκογονίδια.

---------------------------------------------------------------------------------------------------

Το κείμενο έχει ληφθεί από το διαδίκτυο και από την ιστοσελίδα πληροφόρησης του Καθηγητού Bert Vogelstein πού είναι πρωτοπόρος στην έρευνα της βιολογίας του καρκίνου του παχέος εντέρου. Το κείμενο είναι απλό και απόλυτα κατανοητό από μη ειδικούς στην μοριακή βιολογία.

Το πρώτο που ανακαλύφθηκε ήταν το γονίδιο APC (= ) πού είναι υπεύθυνο για την οικογενή αδενωματώδη πολυποδίαση. Οι ασθενείς με οικογενή πολυποδίαση παρουσιάζουν εκαντοτάδες αδενωμάτων κατά μήκος του παχέος εντέρου και του ορθού και συχνά εμφανίζουν και μικρό αριθμό νεοπλασμάτων σε άλλα όργανα ιδιαίτερα το δέρμα και τα οστά. Πρόσφατες μελέτες από το εργαστήριο μας δείχνουν ότι το γονίδιο APC χρησιμοποιείται από τα φυσιολογικά κύτταρα του παχέος εντέρου για τον έλεγχο της οιμοιοστατικής ισορροπίας. Κυτταρικοί πληθυσμοί που πρέπει να ανανεώνονται συνέχεια όπως είναι αυτοί του εντέρου, δέρματος και αίματος πρέπει να ρυθμίζουν με ακρίβεια τον ρυθμό γέννησης και θανάτου των κυττάρων. Εάν συμβαίνουν περισσότερες ‘γεννήσεις’ από ότι ΄θάνατοι’ κυττάρων τότε σχηματίζεται όγκος. Εάν συμβαίνουν περισσότεροι ‘θάνατοι’ από ότι ‘γεννήσεις’ τότε ο ιστός ατροφεί. Καθώς τα κύτταρα ωριμάζουν στον βλεννογόνο του παχέος εντέρου και του ορθού, εκφράζουν το APC για να αρχίσει η διαδικασία του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου. H διαδικασία αυτή εξασφαλίζει ότι τα πλέον γηρασμένα κύτταρα θα αποθάνουν ώστε να διατηρηθεί ο αριθμός των ζώντων κυττάρων σταθερά ακριβής. Εάν το γονίδιο APC έχει υποστεί μετάλλαξη δεν συμβαίνει σωστά ο προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος και αρχίζει η διαδικασία της ογκογένεσης.

Η δεύτερη μεγάλη ομάδα του οικογενούς καρκίνου του παχέος εντέρου είναι ο κληρονομικής μη πολυποδιασικός ορθοκολικός καρκίνος. (HNPCC=)

Οι ασθενείς με HNPCC παρουσιάζουν μόνο ένα ή λίγα νεοπλάσματα του παχέος εντέρου και δεν έχουν τους πολλαπλούς πολύποδες που παρατηρούνται στην οικογενή πολυποδίαση. Αν και το HNPCC ήταν ένας από τους πρώτους καρκίνους με κληρονομική προδιάθεση που αναγνωρίσθηκε εν τούτοις παρέμεινε πτωχά κατανοητός. Το 1993 η ομάδα μας σε συνεργασία με την ομάδα του Albert de Chapelle (University of Helsinki) βρήκαμε ότι το HNPCC κληρονομείται σαν μία αυτοσωμιακή επικρατούσα νόσος με εντόπιση στο χρωμόσωμα 2p16. Επίσης βρήκαμε ότι τα νεοπλάσματα από αυτούς τους ασθενείς είναι γενετικά ασταθή. Οι παρατηρήσεις αυτές μας οδήγησαν, όπως και άλλους, να βρούμε ότι ο HNPCC προκαλείται από κληρονομούμενα ελλείματα στα mismatch-repair γονίδια. Τα γονίδια αυτά αποτελούν ομάδα γονιδίων, που αρχικά βρέθηκαν σε βακτηρίδια, και τα οποία επιδιορθώνουν τα λάθη που γίνονται κατά την διάρκεια της αντιγραφής του γονιδιώματος από τις DNA πολυμεράσες. Το εργαστήριο μας έχει προσδιορίσει πέντε τέτοια γονίδια που παίζουν ρόλο σε οικογένεις με HNPCC.

H οικογενής πολυποδίαση (FAP) και ο κληρονομικός μη πολυποδισιακός καρκίνος του παχέος εντέρου (HNPCC)παρουσιάζουν μία ενδιαφέρουσα αντίθεση. Οι ασθενείς με οποιαδήποτε εκ των δύο νόσων εμφανίζουν καρκίνο σε μέση ηλικία 42 ετών, 25 χρόνια νωρίτερα από ότι στις μη οικογενείς περιπτώσεις. Εν τούτοις ο προδιαθεσικός μηχανισμός στις δύο αυτές καταστάσεις είναι τελείως διαφορετικός.

Το FAD προκαλείται από έλλειμα σε γονίδιο που είναι υπεύθυνο για την έναρξη της διαδικασίας της ανάπτυξης νεοπλάσματος. Σχηματίζονται εκατοντάδες μικρά νεοπλάσματα αλλά κάθε ένα από αυτά προχωρεί με αργό ρυθμό (δεκαετίες) προς κακοήθεια. Σε αντίθεση οι HNPCC ασθενείς εμφανίζουν μόνο ένα μικρό αριθμό καλοήθων νεοπλασμάτων αλλά αυτά προχωρούν ταχέως (μέσα σε λίγα χρόνια ) σε καρκίνο. Έτσι το FAD μπορεί να θεωρηθεί σαν νόσος έναρξης νεοπλάσματος ενώ το HNPCC είναι νόσος εξέλιξης προς καρκίνο.

Η γνώση της γενετικής βάσης του FAP και του HNPCC παρέχει νέες ευκαιρίες για πιο δραστική αντιμετώπιση εκατομμυρίων οικογενειών με αυτές τις παθήσεις. Εχουμε παρουσιάσει ένα ζωϊκό πειραματικό μοντέλο για το FAP στο οποίο τα γενετικά και βιολογικά στοιχεία είναι παρόμοια με τα ανθρώπινα. Τα πειραματόζωα αυτά χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο φαρμακευτικών ουσιών. Ένα άλλο στοιχείο της δουλειάς μας είναι η ανάπτυξη μεθόδων ώστε να επισημαίνονται με επάρκεια μέλη των προσβεβλημένων οικογενειών που μπορεί να εμφανίσουν την νόσο.Πρόσφατα παρουσιάσαμε μία εξέταση αίματος που φαίνεται να είναι χρήσιμη για τους FAP ασθενείς. Επίσης έχουμε αναπτύξει γενετικές δοκιμασίες που παρουσιάζουν ~ 50% ακρίβεια για τους HNPCC ασθενείς και προσπαθούμε να αυξήσουμε την ευαισθησία με διατήρηση της ειδικότητας.

Όπως έχει σημειωθεί, τα νεοπλάσματα του παχέος εντέρου πορεύονται δια σειράς σταδίων κάθε ένα από το οποίο συνδέεται με μία ειδική μετάλλαξη. Αν και οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι κληρονομούμενες (όπως στο FAP), στις περισσότερες περιπτώσεις όλες οι μεταλλάξεις είναι σωματικές δηλ. συμβαίνουν σε ένα μοναδικό κύτταρο σαν αποτέλεσμα λαθών κατά την διάρκεια της διαίρεσης του DNA ή από την έκθεση σε διαιτητικά μεταλλαξιογόνα. Οι μεταλλάξεις στο APC γονίδιο που συμβαίνουν είτε κλορονομούμενες είτε επικτήτως κατά την διάρκεια της ζωής φαίνεται να αποτελούν την έναρξη όλων των ορθοκολικών νεοπλασμάτων. Ακολούθως οι επίκτητες μεταλλάξεις στο ογκογονίδιο K-ras και p53 και σε άλλα κατασταλτικά γονίδια προκαλούν την πρόοδο του νεοπλάσματος προς κακοήθεια.

Η ανακάλυψη αυτών των γονιδίων συνετέλεσε ώστε να αρχίσει έρευνα σχετικά με τους μηχανισμούς με τους οποίους δρούν ώστε να ελέγχουν την ανάπτυξη του νεοπλάσματος. Το εργαστήριο μας έχει παρουσιάσει πρόσφατα ένα δυναμικό νέο σύστημα για την εκτίμηση των μεταβολών στην έκφραση των γονιδίων σε ποικίλες παθολογικές καταστάσεις. Το σύστημα ονομάζεται SAGE (Serial Analysis of Gene Expression) και μετράει την έκφραση εκατοντάδων γονιδίων ταυτόχρονα και ποσοτικά. Χρησιμοποιούμε αυτή την μέθοδο για την συλλογή πληροφοριών σχετικά με τον τρόπο έκφρασης των γονιδίων πού ευθύνονται για την νεοπλασματική νόσο.

Το γονίδιο p53 και οι θεραπείες για καρκίνο

Η σπουδαιότητα του γονιδίου p53 στον ανθρώπινο καρκίνο επισημάνθηκε για πρώτη φορά το 1989 όταν βρήκαμε ότι ήταν μεταλλαξιακά διατεταραγμένα στην πλειονότητα των περιστατικών καρκίνου του παχέος εντέρου. Εκτοτε το p53 βρέθηκε να είναι αδρανοποιημένο γενετικά σε ευρεία ποικιλία ανθρωπίνων νεοπλασμάτων. Εχει γίνει αρκετή πρόοδος στην κατανόηση του μηχανισμού δια του οποίου δρά το p53. Μελέτες στο εργαστήριο μας έδειξαν ότι το p53 συνδέεται με ειδική 20-bp αλληλουχία και δραστηριοποιεί μεταγραφικά παρακείμενα γονίδια, όπως το γονίδιο WAF1, δια μέσου συγκριτικής διαδικασίας γονιδιακής έκφρασης. Το WAF1 είναι ένας έντονος καταστολέας της κυτταρικής ανάπτυξης του οποίου η έκφραση ρυθμίζεται κατευθείαν από το p53. Μελέτες σε άλλα εργαστήρια έχουν δείξει ότι το WAF1 είναι παρόμοιο με την p21, μία πρωτεϊνη που συνδέεται και αναστέλλει την ενζυματική δραστηριότητα των κινασών που ελέγχουν τον κυτταρικό κύκλο. Το WAF1/p53 έχει γίνει το πρωτότυπο για μια οικογένεια αναστολέων του κυτταρικού κύκλου που παίζει σημαντικό ρόλο στην ογκογένεση πολλών διαφορετικών οργάνων.

Μελέτες σχετικά με το p53 έχουν φωτίσει τους μηχανισμούς που αφορούν την επιτυχή χημειοθεραπεία του καρκίνου. Αν και η ακτινοθεραπεία και τα χημειοθεραπευτικά φάρμακα χρησιμοποιούνται ευρέως για την αντιμετώπιση των καρκινοπαθών ασθενών παραμένει μυστήριο ο λόγος που τα φάρμακα αυτά προσβάλλουν τα καρκινικά κύτταρα και φείδονται των υγιών. Με την χρήση διαδικασίας γονιδιακής σήμανσης απαλείψαμε με ακρίβεια το σύστημα WAF1/p53 από ανθρώπινα κύτταρα. Αυτά τα κύτταρα έγιναν έντονα ευαίσθητα στην θεραπεία με ακτινοβολία και χημειοθεραπευτικά. Κυτταρικές σειρές που προέκυψαν από αυτή την έρευνα χρησιμοποιούνται σαν ένα δυναμικό σύστημα για την ανακάλυψη νέων αντικαρκινικών φαρμάκων.