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La genesi e la progressione tumorale rappresentano un processo evolutivo caratterizzato da fattori di
divergenza che generano eterogeneità e da fattori di convergenza che generano selezione. La maggior parte
dei tumori solidi umani mostra un gran numero di aberrazioni cromosomiche numeriche e strutturali.
L'aneuploidia, in particolare, che rappresenta le aberrazioni cromosomiche numeriche, è stata proposta come
una delle cause primarie di cancro in relazione ad un dosaggio anomalo di geni normali. La precoce comparsa
di aneuploidia nei precursori preneoplastici del cancro colorettale sporadico (CRC) è stata dimostrata per
mezzo della misurazione del contenuto di DNA con la citometria a flusso, mediante l'analisi dello
sbilanciamento allelico (LOH) e con la ibridizzazione comparativa del genoma (CGH) che permette di
valutare guadagni/perdite cromosomi-specifici di DNA, ed è stata associata con i meccanismi di instabilità
cromosomica (CIN).
Il ruolo di CIN nella genesi e progressione tumorale comprende sia meccanismi genetici che epigenetici. CIN
è stato associato al "mitotic checkpoint", sistema di controllo cellulare che regola l'attacco dei
microtubuli al cinetocore durante la fase mitotica ed impedisce alle cellule con cromosomi disallineati di
procedere all'anafase inibendo il complesso promuovente l'anafase/ciclosoma (Kops GJ et al 2005). In
numerosi studi è stata anche riportata l'associazione di CIN con mutazioni di geni che sono
coinvolti nell'interfase del ciclo cellulare; con il danno ai sensori e riparatori delle alterazioni del
DNA; con la disfunzione dei telomeri; con l'instabilità dinamica dei microtubuli; con la disfunzione del
cinetocore; con cambiamenti nel processo di condensazione dei cromosomi e di coesione dei cromatidi
fratelli (Fodde R et al. 2001; Duesberg P et al. 2004; Maser RS et al. 2002; Reshmi SC et al 2005; Grady
WM et al 2008; Dalton WB et al 2007; Panigrahi AK et al 2009). Recentemente, sono stati riportati più di
70 geni che controllano CIN e l'integrità del genoma e coordinano la progressione del ciclo
cellulare con il riparo del danno al DNA (Albertson DG et al. 2003). Mutazioni sono state riscontrate in
diversi geni del "mitotic checkpoint" quali BUB1, BUBR1, MAD1, MAD2, ZW10, ROD, Zwilch (Kops
GJ et al. 2005). Tuttavia, si è visto che la frequenza di mutazioni di tali geni, nei differenti tipi di
tumore, è relativamente bassa (Cahill DP et al. 1998, Rajagopalan H et al. 2004), ed è stato dunque
ipotizzato che meccanismi coinvolti nella regolazione della loro espressione possano giocare un ruolo in
CIN. Per esempio, è stato riportato che mutazioni nei geni RB1 e BRCA1 sembrano alterare l'espressione
della proteina MAD2 (Kops GJ et al. 2005). Allo stesso modo, mutazioni del gene oncosppressore TP53
inducono cambiamenti di espressione della proteina MAD1, mentre la sua inattivazione, in associazione con
la disfunzione dei telomeri, sembrerebbe avere un ruolo in CIN (Cahill DP et al. 1998, Fukasawa K et al.
1996). Alcuni studi, tuttavia, non provano la correlazione tra mutazioni del gene TP53 e CIN sia in vitro
(Bunz F et al. 2002) che in vivo (Giaretti W et al. 2003; Westra JL et al. 2005).
Di recente, è stato riportato che l'inattivazione dei geni MAD2 e TP53 influenza CIN (Burds AA et al. 2005).
In tale studio, i dati di analisi di citometria ad immagine e del cariotipo indicano che uno o più eventi
di perdita/guadagno dei cromosomi avvengono durante il ciclo cellulare stabilendo, almeno nelle cellule in
coltura, un forte legame tra CIN e la perdita del controllo mitotico.
Anche geni le cui proteine agiscono a livello dell'interfase nel ciclo cellulare, quali ad esempio RB1
(Hernando E et al. 2004), MYC (Vafa O et al 2002), CCDN1 (Lung JC et al 2002), e CCNE1 (Spruck CH et al.
1999), porterebbero a CIN agendo sulla progressione del ciclo e sul controllo mitotico.
Un ruolo essenziale nel mantenimento della stabilità cromosomica è stato proposto per il gene PTEN, un
tumor suppressor gene che è frequentemente mutato o deleto nel suo locus al cromosoma 10q23.3 in differenti
tipi tumorali (Li J et al. 1997; Shen WH et al. 2007). La perdita dell'espressione della proteina PTEN nel
tumore mammario è stato dimostrato essere correlato con aneuploidia (Puc J et al. 2005). Il ruolo della
proteina PTEN in CIN sembra essere dovuto alla sua localizzazione sui centromeri e alla sua associazione
fisica con la proteina CENP-C, che è un importante componente del cinetocore (Shen WH et al. 2007)
Similarmente, è stata proposta una relazione tra CIN, aneuploidia e le mutazioni dei geni KRAS e APC, che
insorgono quali eventi precoci nel tumore colorettale (Fodde R et al. 2001; Pretlow TP et al. 1995;
Takayama T et al. 2001; Kaplan KB et al. 2001; Giaretti W et al. 1995, 1998, 2004). Le mutazioni di KRAS2 e
APC sono frequenti negli adenomi colorettali umani ed ancora di più (in circa 80% dei casi) nei foci
non-displastici e displastici delle cripte aberranti che sono stati proposti come precursori degli adenomi.
Studi in vitro con l'uso di varianti cellulari transfettati in cui l'espressione della proteina KRAS2
mutata è stata associata a misure di CIN, incluse le misure flussocitometriche di contenuto di DNA nei
nuclei e micronuclei, hanno parimenti suggerito meccanismi KRAS2-dipendenti alla base della CIN. Più
recentemente è stato indicato un ruolo di APC nella CIN in cellule staminali di embrioni di topo con alleli
APC mutati. Secondo questi autori, le anomalie cariotipiche osservate in vitro sarebbero determinate da
proteine APC tronche che perdono il dominio C-terminale, cosicché la loro interazione con il cinetocore e
con i microtubuli del fuso in elongazione, rispettivamente tramite hBUB1 e EB1, risulterebbe anomala. Un
nostro recente lavoro che ha investigato l'associazione tra lo spettro delle mutazioni di APC e l'aneuploidia
in una serie di 61 adenomi colorettali sporadici (Giaretti W. et al J. of Pathol., 2004) è stato
confermato da un più recente studio (Abal M. et al. Gastroenterology, 2007).
Nostri studi collaborativi iniziati da alcuni anni ed ancora in corso (Hermsen M. et al Gastroenterology,
2002), hanno adottato le potenti metodologie CGH (sia metafasiche che con l'uso di oligonucleotidi in array)
per investigare CIN in modelli diversi di cancerogenesi. In una serie di 112 adenomi colorettali umani
sporadici (46 con early-cancer) e 82 carcinomi in cui sono state valutate le mutazioni KRAS2 e APC insieme
con l'analisi m-CGH per valutare guadagni/perdite di DNA per specifici cromosomi, i risultati suggeriscono
un modello di cancerogenesi e progressione CRC caratterizzato da diverse vie parallele e più complesso
rispetto al modello classico lineare di Vogelstein. KRAS2, in particolare, risulta essere associato alla
delezione di TP53 in una di queste vie, mentre le mutazioni APC sono egualmente frequenti in tutte le vie
parallele. Si può anche osservare che mentre alcune aberrazioni CGH, come 17p12- e 18q21-, sono associate
a geni oncosoppressori noti (TP53 e Smad4), altre aberrazioni CGH non sono per ora rapportabili a geni noti.
Nuovi studi sono in corso per chiarire il ruolo di APC e di KRAS2 in CIN con l'uso di linee cellulari
ottenute da adenomi e carcinomi colorettali umani transfettate permanentemente con questi geni
opportunamente ingegnerizzati a produrre mutazioni diverse. In via preliminare, è stato anche iniziato lo
studio dell'espressione dei geni mediati da APC e KRAS2 mediante cDNA microarrays.
Un nuovo progetto del laboratorio estende questo tipo di studi oa-CGH anche alle lesioni potenzialmente
maligne del cavo orale (in particolare le leucoplachie) in cui anche l'effetto del fumo di sigaretta non è
ben conosciuto. Il nuovo progetto, che comprende anche il follow-up dei pazienti, è
descritto nel sito.
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Presentazione della struttura