Genomic Instability and Cancer

Sammanfattning

Genomisk instabilitet vid cancer kan yttra sig som successiv ökning, förlust eller omarrangering av kromosomer, med aneuploidi och strukturella avvikelser som translokationer, deletioner och amplifieringar. Tillståndet uppmärksammas genom tumörens histopatologiska och molekylära egenskaper, men en genetisk avvikelse är inte i sig en kliniskt användbar behandlingsmarkör. Cancerdiagnosen bekräftas vanligen med biopsi och patologisk bedömning, kompletterad med riktad analys av mutationsbörda, DNA-reparationsgener, specifika genetiska förändringar och proteinuttryck när resultatet kan påverka vården. Vid KML bekräftas diagnosen genom påvisande av BCR::ABL1 med G-bandning, FISH eller PCR. Det finns inget beskrivet generellt behandlingsupplägg riktat mot genomisk instabilitet, men BCR::ABL1-positiv KML behandlas med tyrosinkinashämmare och mutationsanalys kan vägleda preparatval vid resistens eller cytogenetiskt återfall.

Genomisk instabilitet och dess former

Det tillhandahållna materialet innehåller inga uppgifter om genomisk instabilitet, dess definition, bakomliggande mekanismer eller indelning i olika former. Avsnittet kan därför inte skrivas utan att medicinskt innehåll som saknar stöd i kunskapsunderlaget tillförs.

Defekter i DNA-reparation

Betydelse vid tumördiagnostik

Bedömning av gener som medverkar i DNA-reparation kan ingå i den molekylära karakteriseringen av en tumör. När en misstänkt tumör har identifierats krävs i de flesta fall biopsi och patologisk bekräftelse av cancerdiagnosen. Biopsimaterialet används inte enbart för ljusmikroskopisk bedömning, utan kan också analyseras avseende genetiska avvikelser och proteinuttryck som kan påverka behandlingsrekommendationen.

Den molekylära bedömningen kan bland annat omfatta:

• tumörens samlade mutationsbörda
• om DNA-reparationsgener är intakta
• specifika genetiska avvikelser
• tumörens uttryck av relevanta proteiner

BRCA1, bröstcancerpredispositionsgen 1, anges som ett exempel på en DNA-reparationsgen vars funktion kan vara relevant att bedöma. Det tillgängliga kunskapsstödet specificerar däremot inte vilka typer av BRCA1-avvikelser som ska analyseras, hur ett avvikande fynd ska klassificeras eller vilka behandlingsbeslut som kan baseras på resultatet.

Val av molekylär analys

Omfattningen av den specialiserade testningen ska anpassas till den enskilda patientens kliniska situation. Analysen bör därför utgå från den histopatologiska diagnosen, frågeställningen och vilken information som faktiskt kan påverka den fortsatta vården. Det finns inte stöd för att generell DNA-sekvensering av gener som uttrycks i tumörer medför en säkerställd överlevnadsvinst. Bred sekvensering bör därför inte betraktas som rutinmässigt motiverad enbart på grund av att tekniken är tillgänglig.

Fynd av en möjlig defekt i en DNA-reparationsgen måste bedömas tillsammans med övriga patologiska och molekylära fynd. En genetisk avvikelse är inte i sig liktydig med en kliniskt användbar behandlingsmarkör. Analysens syfte och möjliga konsekvenser bör vara tydliga innan testning beställs.

Genetisk vägledning

När genetisk testning aktualiseras bör information inför provtagning omfatta testets genomförande, möjliga resultat och konsekvenser för den kliniska handläggningen. Patienten bör även informeras om att genetiska varianter kan omklassificeras och att sekundära genetiska fynd kan förekomma. Om resultatet kan ha betydelse för familjen ska även detta diskuteras.

Efter testningen bör genetisk vägledning omfatta:

• tydlig redovisning av resultatet
• konsekvenser för patientens fortsatta vård
• eventuella konsekvenser för familjemedlemmar
• plan för uppföljning av en variant med osäker betydelse
• information om hur anhöriga kan få tillgång till genetisk vägledning
• psykosocialt stöd vid behov

Kunskapsstödet anger inte någon fullständig indelning av DNA-reparationssystem, specifika reparationsdefekter eller deras mekanistiska koppling till cancerutveckling. Det medger därför inte någon närmare beskrivning av enskilda reparationsvägar, diagnostiska kriterier eller behandlingsalgoritmer.

Kontrollpunkter i cellcykeln och p53

Det givna kunskapsunderlaget innehåller inga uppgifter om cellcykelns kontrollpunkter, p53, TP53, cellcykelstopp, apoptos eller hur dessa processer påverkar genomisk instabilitet och cancerutveckling. Avsnittet kan därför inte skrivas utan att medicinskt innehåll som saknar stöd i underlaget tillförs.

Kromosomal instabilitet och aneuploidi

Aneuploidin är ett tillstånd, instabiliteten en pågående process

Solida tumörer innehåller vanligen ett avvikande antal kromosomer, ett tillstånd som benämns aneuploidi. Tumörcellerna uppvisar ofta även strukturella kromosomavvikelser, exempelvis translokationer, deletioner och amplifieringar. Dessa numeriska och strukturella förändringar speglar en bakomliggande kromosomal instabilitet.

Det är viktigt att skilja mellan begreppen. Aneuploidin beskriver den kromosomuppsättning som föreligger i en cell vid en viss tidpunkt, medan kromosomal instabilitet avser en ökad benägenhet att erhålla, förlora eller omarrangera kromosomer under celldelningen. En tumör kan därför ha uttalad aneuploidi trots att sannolikheten för en ny kromosomavvikelse under varje enskild cellcykel bara är lätt förhöjd.

Den relativt låga förändringstakten per cellcykel innebär att aneuploidin vanligen byggs upp under många generationer av klonal expansion. Tumörcellspopulationens uttalade kromosomavvikelser behöver således inte bero på en extremt instabil enskild celldelning, utan kan vara slutresultatet av successivt ackumulerade fel.

Bristande kontroll av kromosomsegregeringen

Den molekylära grunden för aneuploidi är inte fullständigt klarlagd. Defekter i cellcykelns kontrollpunkter anses kunna bidra till kromosomal instabilitet. Kontrollpunkterna fungerar som kvalitetskontroll och ska stoppa cellcykeln när kromosomer är skadade eller felaktigt orienterade.

Tumörsuppressorn p53 reglerar kontrollpunkter som påverkar både initieringen av DNA-replikationen och övergången till mitos. Dessa processer är defekta i många cancerceller. Även kontrollpunkten för delningsspolen kan vara förändrad i vissa cancerformer, oberoende av p53-status. Denna kontrollpunkt ska säkerställa att kromosomerna är korrekt fästa vid delningsspolen innan systerkromatiderna separeras.

Det exakta sambandet mellan p53-förlust, kontrollpunktsdefekter och kromosomal instabilitet är fortfarande oklart. En mindre störning i den noggrant samordnade celldelningen kan dock försämra cellens förmåga att korrekt kopiera och fördela hela kromosomuppsättningen. Kontrollpunktsdefekter i cancerceller har därför föreslagits som möjliga terapeutiska sårbarheter för nya läkemedel och kombinationsstrategier.

Kromotripsis och fokala omarrangemang

Kromosomal instabilitet ger ofta utbredda cytogenetiska förändringar i hela genomet, men mer fokala och återkommande mönster förekommer också. Kromotripsis är ett särskilt fenomen där tiotals brottpunkter uppkommer inom en eller flera kromosomer. Förändringarna anses kunna uppstå genom en enstaka händelse där en kromosom fragmenteras och därefter sätts samman på ett felaktigt sätt.

I vissa cancerformer bidrar kromotripsis till amplifiering av onkogener och inaktivering av tumörsuppressorgener i en betydande andel av tumörerna. Den bakomliggande processen är inte klarlagd. Förloppet skiljer sig dock från den gradvisa ökningen, förlusten och omarrangeringen av kromosomer som typiskt ses under upprepade generationer av cancerceller. Kromotripsis representerar i stället en övergående period av extrem kromosomal instabilitet.

Sjukdomsspecifik translokation

En välkarakteriserad strukturell kromosomavvikelse är Philadelphiakromosomen vid kronisk myeloisk leukemi. Den bildas genom en reciprok translokation mellan kromosom 9 och 22, med brottpunkter vid 9q34 respektive 22q11. Därigenom sammanfogas sekvenser från onkogenen ABL och genen BCR. Resultatet blir en ny fusionsgen som kodar för fusionsproteinet BCR-ABL med förändrad funktion. Exemplet visar hur en avgränsad kromosomal omarrangering kan skapa en kvalitativt ny genetisk produkt, till skillnad från aneuploidins förändring av kromosomantalet.

Strukturella kromosomförändringar

Det tillgängliga kunskapsunderlaget innehåller inga uppgifter om strukturella kromosomförändringar vid cancer. Det saknas särskilt underlag för att beskriva deletioner, duplikationer, inversioner, translokationer, genfusioner eller andra kromosomala omarrangemang samt deras uppkomst, funktionella konsekvenser, diagnostiska betydelse eller koppling till tumörutveckling. Avsnittet kan därför inte skrivas utförligt utan att medicinskt innehåll som saknar stöd i kunskapsunderlaget tillförs.

Kromotripsis och fokala genomförändringar

Det tillgängliga kunskapsunderlaget innehåller inga uppgifter om kromotripsi eller fokala genomförändringar vid cancer. Det saknas särskilt stöd för att beskriva deras uppkomst, genomiska kännetecken, biologiska konsekvenser, koppling till tumörutveckling eller betydelse för diagnostik, prognos och behandlingsval. Avsnittet kan därför inte skrivas utförligt utan att medicinskt innehåll som saknar stöd i kunskapsunderlaget tillförs.

BCR–ABL-translokationen vid kronisk myeloisk leukemi

Philadelphia-kromosomen och fusionsgenen

Kronisk myeloisk leukemi (KML) är en klonal myeloproliferativ stamcellssjukdom som definieras av fusionsgenen BCR::ABL1. Den uppkommer genom den balanserade reciproka translokationen t(9;22)(q34.1;q11.2) mellan kromosomernas långa armar. Kromosomförändringen benämns Philadelphia-kromosomen och förekommer i över 90 procent av klassiska KML-fall.

Translokationen sammanför sekvenser från protoonkogenen ABL1 på kromosom 9 med BCR på kromosom 22. Förändringen finns i hematopoetiska celler, inklusive myeloiska, erytroida och megakaryocytära celler samt monocyter. Den kan mer sällan påvisas i mogna B-lymfocyter och endast i sällsynta fall i mogna T-lymfocyter, men inte i stromaceller eller kroppens övriga celler.

De vanligaste brytpunkterna i BCR ger transkripten e13a2 och e14a2, tidigare benämnda b2a2 respektive b3a2. Båda kodar för det konstitutivt aktiva tyrosinkinaset p210 BCR–ABL1, som är den typiska formen vid KML.

Mer ovanliga brytpunkter har klinisk betydelse:

Transkripttypen bör därför fastställas vid diagnos. Om ett ovanligt transkript inte identifieras initialt kan efterföljande PCR-kontroller bli falskt negativa.

Leukemogen signalering och sjukdomsprogression

BCR–ABL1 har konstitutiv kinasaktivitet och aktiverar genom autofosforylering flera signalvägar nedströms, bland annat RAS, MAP-kinaser, STAT, PI3K och MYC. Detta påverkar genuttryck, apoptos, stromal vidhäftning, cytoskelett och nedbrytning av hämmande proteiner. Resultatet blir ökad proliferation och minskad apoptos, vilket ger KML-cellerna en tillväxtfördel och successivt hämmar normal hematopoes. Normala hematopoetiska stamceller kan dock finnas kvar och åter expandera när BCR–ABL1 hämmas effektivt.

BCR–ABL1 kan dessutom främja genetisk instabilitet och därmed förvärv av ytterligare molekylära avvikelser. Vid progression till accelererad fas eller blastfas kan bland annat dubbel Philadelphia-kromosom, trisomi 8, isokromosom 17, deletion av 17p samt förändringar i TP53, RB1, RUNX1 och p16 förekomma.

Diagnostisk och terapeutisk betydelse

KML förutsätter att BCR::ABL1 påvisas hos en patient med myeloproliferativ neoplasi. Om Philadelphia-kromosomen inte ses med konventionell G-bandning kan fusionen påvisas med FISH eller PCR. Sådana patienter har ett sjukdomsförlopp och ett behandlingssvar som motsvarar Philadelphia-positiv KML. Frånvaro av BCR::ABL1 talar däremot för andra myeloiska sjukdomar, exempelvis atypisk KML eller kronisk myelomonocytleukemi.

Tyrosinkinashämmarna imatinib, dasatinib, bosutinib, nilotinib och ponatinib binder vanligen till BCR–ABL1:s ATP-bindande domän. Därmed hämmas kinasaktiviteten och proliferationen, medan apoptos induceras. Asciminib verkar i stället genom bindning till ABL1:s myristoylficka och återställer en hämmande funktion som gått förlorad genom fusionen.

Den kliniskt viktigaste resistensmekanismen är mutationer i ABL1:s kinasdomän. Över 100 sådana mutationer har beskrivits. T315I medför resistens mot imatinib och andra generationens tyrosinkinashämmare, medan ponatinib och asciminib har effekt mot denna mutation. Vid bekräftat cytogenetiskt återfall bör byte av tyrosinkinashämmare övervägas efter kontroll av följsamheten. Mutationsanalys kan då vägleda preparatvalet.

Terapeutiska möjligheter vid genomisk instabilitet

Det tillgängliga kunskapsunderlaget innehåller inga uppgifter om behandlingar som specifikt utnyttjar genomisk instabilitet i tumörceller. Det saknas underlag för att beskriva exempelvis syntetisk letalitet, PARP-hämmare, hämmare av DNA-skaderesponsen eller cellcykelns kontrollpunkter, immunterapi vid defekt DNA-reparation samt behandlingsval baserade på molekylära biomarkörer.

Underlaget nämner cytostatika, strålbehandling, kirurgi, tyrosinkinashämmare och monoklonala antikroppar, men redovisar inte deras relation till genomisk instabilitet, indikationer i detta sammanhang, prediktiva markörer eller kliniska behandlingsresultat. Avsnittet kan därför inte utvecklas utan att medicinskt innehåll som saknar stöd i kunskapsunderlaget tillförs.