Καρκινογένεση Παχέος Εντέρου

ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ ΠΑΧΕΟΣ ΕΝΤΕΡΟΥ

[ΤΑΞΙΔΕΥΟΝΤΑΣ ΣΤΗ ΦΩΛEΑ ΤΗΣ ΕΝΤΕΡΙΚΗΣ ΚΡΥΠΤΗΣ]

Ο καρκίνος του παχέος εντέρου, ανάμεσα σε άλλους καρκίνους, είναι νόσος της μεγάλης ηλικίας. Για να αναπτυχθεί απαιτούνται ορισμένες γενετικές μεταλλάξεις (περίπου έξι τον αριθμό) στα επιθηλιακά κύτταρα του.

Οι μεταλλάξεις οδηγούν σε αλλαγές στην συμπεριφορά των κυττάρων, οι οποίες επιφέρουν μεγάλες δομικές μεταβολές, όπως η κύρτωση και η στρέβλωση των κρυπτών του επιθηλίου (buckling of colorectal crypts).

Για να κατανοήσουμε πως οι μεταλλάξεις οδηγούν σε καρκίνο, θα πρέπει να περιγράψουμε τη φυσιολογική λειτουργία του εντέρου και κατόπιν θα εξετάσουμε πως οι μεταλλάξεις οδηγούν σε μορφολογικές αλλαγές και αργότερα σε αδενοκαρκίνωμα του παχέος εντέρου.

 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΑΧΕΟΣ ΕΝΤΕΡΟΥ

Το παχύ έντερο είναι η τελευταία μοίρα του πεπτικού σωλήνος. Το μήκος του είναι, κατά προσέγγιση 1.5  m και το εύρος του αυλού του 7.5 cm. Αποτελείται από το τυφλό, το κόλον και το ευθύ ή ορθό ή απευθυσμένο. Η κύρια λειτουργία του είναι να απορροφά  νερό και θρεπτικές ουσίες από το περιεχόμενο που διέρχεται δια μέσου αυτού.

Η απορρόφηση γίνεται δια μέσου των επιθηλιακών κυττάρων που επενδύουν τον αυλό του εντέρου. Καθόλη την έκτασή του το επιθήλιο εμπτυχώνεται, με σκοπό την αύξηση της απορροφητικής  επιφάνειας του εντέρου.

Ανατομικώς το παχύ έντερο αποτελείται από τέσσερις  κυκλοτερείς στοιβάδες ή χιτώνες, εκ των έξω προς τα έσω: τον ορογόνο, τον κυρίως μυϊκό χιτώνα, τον υποβλεννογόνιο χιτώνα και το βλεννογόνο. Ο τελευταίος  απαρτίζεται από τη βασική μεμβράνη όπου επικάθηνται τα επιθηλιακά κύτταρα, τα οποία εμβυθισμένα στο υπόστρωμα σχηματίζουν αδένες και τις εντερικές κρύπτες.

ΕΝΤΕΡΙΚΕΣ ΚΡΥΠΤΕΣ

Παρατηρώντας την εσωτερική επιφάνεια του εντέρου με ένα μεγεθυντικό φακό, η εικόνα που παρέχεται είναι εκείνη της κρατηροειδούς επιφάνειας. Οι κρύπτες, προσομοιάζουσες με την εικόνα  ‘των εργαστηριακών δοκιμαστικών σωλήνων’, τροφοδοτούν το έντερο με επιθηλιακά κύτταρα, τα οποία επενδύουν την εσωτερική επιφάνεια του εντέρου. Υπολογίζεται ότι υπάρχουν 10⁷ εντερικές κρύπτες στο κόλον του ενήλικος ανθρώπου και κάθε κρύπτη περιέχει 1000-4000 επιθηλιακά κύτταρα. Οι κρύπτες είναι βυθισμένες στο υπόστρωμα και είναι μήκους περίπου 300μm (40-60 κύτταρα) και διαμέτρου περίπου 50μm.

ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΕΝΤΕΡΙΚΗΣ ΚΡΥΠΤΗΣ

 Είναι ευρέως αποδεκτή η άποψη, ότι η αναπαραγωγή και η αντικατάσταση των επιθηλιακών κυττάρων   επιτυγχάνεται από τα στελεχιαία κύτταρα (ΣΚ) ή βλαστοκύτταρα (stem cells) που ευρίσκονται στη βάση ή πυθμένα της κρύπτης.  Τα ΣΚ είναι ένας μικρός πληθυσμός αδιαφοροποίητων κυττάρων, τα οποία διατηρούν σταθερό τον πληθυσμό τους, όταν διαιρούνται.

Όταν τα ΣΚ πολλαπλασιάζονται, τα προκύπτοντα κύτταρα είναι κατ’ αναλογία ένα ΣΚ και ένα μεταβατικό κύτταρο (transit cell). Σε μερικές περιπτώσεις τα προκύπτοντα κύτταρα μπορεί να είναι και τα δύο ΣΚ. Τα θυγατρικά ΣΚ έχουν την ικανότητα να εξελιχθούν σε οποιουδήποτε είδους επιθηλιακά κύτταρα από εκείνα που ανευρίσκονται εντός της κρύπτης.

Τα ΣΚ διατηρούν την μητρική DNA ταινία σε κάθε χρωμόσωμα και περνούν την ταινία-αντίγραφο στους απογόνους. Μερικοί συγγραφείς αμφισβητούν την υπόθεση αυτή. Όμως ο μηχανισμός αυτός μειώνει τον κίνδυνο μεταλλάξεων στο DNA.

Τα ΣΚ είναι δύσκολο να καθορισθούν και να χαρακτηρισθούν είτε μορφολογικώς είτε χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές και κατά συνέπεια είναι δύσκολο να καθορίσουμε τον αριθμό τους. Όμως, υπολογίζεται ότι υπάρχουν 4-6 ΣΚ στο πυθμένα κάθε κρύπτης, αν και μερικοί συγγραφείς ανεβάζουν τον αριθμό σε 64 ΣΚ.

Πιστεύεται, επίσης, ότι ο αριθμός των ΣΚ μπορεί να αυξομειωθεί, όταν η κρύπτη υποστεί σχάση, όπως επίσης, ο αριθμός τους εξαρτάται και από την περιοχή του εντέρου. Πιστεύεται,ακόμη, ότι τα ΣΚ δεν πολλαπλασιάζονται τόσο συχνά όσο οι απόγονοι τους, με υπολογιζόμενο χρόνο κυτταρικού πολλαπλασιασμού > 24 ώρες.

Αμέσως άνωθεν των ΣΚ στην κρύπτη ευρίσκονται τα μεταβατικά κύτταρα (ΜΚ). Πιστεύεται ότι τα κύτταρα αυτά υφίστανται 4-6 διαιρέσεις καθ’ ον χρόνον ανέρχονται  προς την επιφάνεια της κρύπτης, με κυτταρικό κύκλο βραχύτερο εκείνου των ΣΚ.

Καθώς μετακινούνται προς τα πάνω, τα ΜΚ πολλαπλασιάζονται λιγότερο και διαφοροποιούνται. Η διαφοροποίησή τους καθορίζεται με βάση την αλλαγή του κυτταρικού φαινοτύπου και προκαλείται από τις αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση.

Ένας μηχανισμός, ο οποίος πιστεύεται ότι ρυθμίζει τη κυτταρική διαφοροποίηση είναι η εξωκυττάριος σηματοδότηση και συγκεκριμένα η ‘’Γουίνιτ’’ σηματοδοτική ατραπός (Wnt signalling pathway).

Πλησιάζοντας την κορυφή της κρύπτης στην επιθηλιακή επιφάνεια  του εντέρου τα κύτταρα είναι πλήρως διαφοροποιημένα και δεν πολλαπλασιάζονται περαιτέρω. Τα κύτταρα αυτά μεταναστεύουν από την κρύπτη στη επιφάνεια του βλεννογόνου του εντέρου, όπου επιτελούν την απορροφητική τους λειτουργία προς το υπόστρωμα και εκείθεν στην αιμοφόρο οδό. Μετά ταύτα τα πλήρως διαφοροποιημένα κύτταρα αποπίπτουν στον αυλό του εντέρου. Πιστεύεται, ότι περίπου 10¹⁰ επιθηλιακά κύτταρα αποπίπτουν στον εντερικό αυλό κάθε ημέρα.

 ‘’Wnt’’  ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΙΚΗ ΔΙΟΔΟΣ

 Η δομή των επιθηλιακών κυττάρων μέσα στην κρύπτη διατηρείται χάρις στη έκφραση της Wnt εξωκυτταρίου πρωτεϊνης.  Πρόκειται για μικρή τροποποιημένη με λιπίδια πρωτεϊνη (lipid modified protein), η οποία παίζει πολλούς ρόλους στην ωρίμανση των ιστών και στην εμβρυϊκή ανάπτυξη. πχ, η δράση της ενέχεται στην ιστική διαμόρφωση  δια του ελέγχου του κυτταρικού πολλλαπλασιασμού.

Η πρωτεϊνη αυτή εκθλίβεται μέσα στην κρύπτη από τα κύτταρα του υποστρώματος και μάλιστα σε υψηλές τιμές στο ύψος του πυθμένα της κρύπτης και σε χαμηλές τιμές στο ύψος της κορυφής της κρύπτης. Μόρια της πρωτεϊνης αυτής δεσμεύουν ειδικούς υποδοχείς  (Frizzled receptors) στην επιθηλιακή κυτταροπλασμική μεμβράνη και ενεργοποιεί ένα από τους ακόλουθους σηματοδοτικούς μηχανισμούς: κανονικό  σηματοδοτικό μηχανισμό (canonical Wnt pathway), μηχανισμό επίπεδης κυτταρικής πολικότητας  (non canonical planar cell polarity pathway ‘’PCP’’) και μηχανισμό Wnt/Ca²⁺. To κύριο ενδιαφέρον μας εστιάζεται στον πρώτο σηματοδοτικό μηχανισμό, κατά τον οποίο τα κύτταρα μπορεί να ευρίσκονται σε ενεργό (on state) ή ανενεργό (off state) κατάσταση.

Ανενεργός Κατάσταση

Επί απουσίας των Wnt πρωτεϊνών, οι πρωτεϊνες Axin και GSk3β σχηματίζουν με την πρωτεϊνη ΑPC (Adenomatous polyposis coli) ένα καταστροφικό σύμπλεγμα στο κυτταρόπλασμα και μέσα σε αυτό δεσμεύει ελεύθερα μόρια β-Catenin, τα οποία φωσφορυλιώνει και τα καθιστά ευεπίφορα προς διάσπαση. Η δέσμευση αυτή σταθεροποιεί την β-catenin και την εμποδίζει να εισέλθει στο πυρήνα του κυττάρου. Σημειωτέον ότι, η είσοδος της πρωτεϊνης αυτής στον πυρήνα συμπλέκεται με άλλη πρωτεϊνη, τους TcF (transcriptional factors). To σύμπλεγμα αυτό προάγει την μεταγραφή γονιδίων, όπως των   C-myc  και  Cyclin-D. Οι πρωτεϊνες αυτές προάγουν την κυτταρική ανάπτυξη και την αντιγραφή των γονιδίων που συνδέονται με  DNA σύνθεση και ως εκ τούτου συμβάλλουν στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Περιληπτικά, επί απουσίας του πρωτεϊνικού δικτύου  Wnt , η β-Catenin αποδομείται και δεν εισέρχεται στον πυρήνα του κυττάρου με κατάληξη το κύτταρο να μη μεταγράφει τις πρωτεϊνες που είναι απαραίτητες για κυτταρικό πολλαπλασιασμό.

Ενεργός Kατάσταση

Αντίθετα, όταν η Wnt είναι παρούσα, συνδέεται με ορισμένους επιφανειακούς υποδοχείς (Frizzled receptors) και  οι πρωτεϊνες Axin και  GSk3β  κινούνται προς την κυτταρική μεμβράνη. Αυτό αναστέλλει τον σχηματισμό του συμπλέγματος καταστροφής και οδηγεί στη παρουσία αφθονίας μορίων κυτταροπλασμικής β-Catenin, μέρος της οποίας εισέρχεται στο πυρήνα του κυττάρου, ενώνεται με τους παράγοντες αντιγραφής (TcF) και αυτό οδηγεί στον πολλαπλασιασμό του κυττάρου. Περιληπτικά η παρουσία Wnt αυξάνει τη ποσότητα β-catenin, η οποία εισέρχεται στο πυρήνα προς αντιγραφή των C-myc, Cyclin-D και άλλων γονιδίων στόχων. Κατ’ αυτόν τον τρόπο η Wnt προάγει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό.

Eικόνα: Σχηματική παράσταση της Wnt σηματοδοτικής διόδου. Αριστερά Wnt δίοδος κλειστή: Το καταστροφικό σύμπλεγμα APC-Axin-GSk3 αποδομεί τη β-catenin. Δεξιά: Wnt δίοδος ανοιχτή. Δεν σχηματίζεται σύμπλεγμα. Οι Axin και GSk3 μετακινούνται προς την κυτταρική μεμβράνη, οπότε ελεύθερη β-catenin εισέρχεται στον πυρήνα και δεσμευόμενη με  μεταγραφικούς παράγοντες (TCF) οδηγεί σε κυτταρικό πολλαπλασιασμό. [Logan και Nusse (36)]

Από τα ανωτέρω εκτεθέντα συμπεραίνεται ότι η εξωκυττάριος απόκλιση  έκφρασης της Wnt κατά μήκος του άξονος της κρύπτης καταλήγει σε υψηλότερες τιμές κυτταρικού πολλαπλασιασμού στο πυθμένα της κρύπτης (βλαστοκύτταρα και μεταβατικά κύτταρα) απ’ ότι στην κορυφή της κρύπτης (διαφοροποιημένα κύτταρα).

Η Wnt σηματοδοτική δίοδος πιστεύται ότι επηρεάζει πολλά άλλα φαινόμενα εκτός από τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Η β-Catenin αρχικά αναγνωρίσθηκε για το ρόλο της στην κυτταρική συγκόλληση. Εκτός από τη διέγερση στην έκφραση των πρωτεϊνών που συνδέονται με τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό , η πυρηνική β-Catenin πιστεύεται ότι ενεργοποιεί την αντιγραφή πρωτεϊνών που συνδέονται με την απόπτωση (Survivin) και την συγκόλληση (Ephrin-B). Υψηλά επίπεδα β-catenin βρέθηκε ότι οδηγεί σε ισχυρότερες κυτταρο-κυτταρικές συμφύσεις. Η διεργασία αυτή συμβαίνει όταν η β-Catenin ενώνεται με την Ε-Cadherin προς σχηματισμό  συμπλέγματος εγγύς της επιφάνειας του κυττάρου. Οι Cadherins (όπως η E-Cadherin) είναι διαμεμβρανικές πρωτεϊνες, οι οποίες έχουν μία μεγάλη εξωκυττάριο πολυπεπτιδική άλυσο.

Οι εξωκυττάριες αυτές αλύσεις ενώνονται με ανάλογες άλλων γειτονικών κυττάρων. Προκειμένου η συνένωση των αλύσεων να έχει συγκολλητικό αποτέλεσμα, θα πρέπει οι αλύσεις να καθηλωθούν στο εσωτερικό της κυτταρικής μεμβράνης. Αυτό επιτυγχάνεται με ένα πρωτεϊνικό σύμπλεγμα, που μεταξύ των άλλων πρωτεϊνών περιέχεται και η β-Catenin. Έχει δε δειχθεί, ότι αυξάνοντας  τον αριθμό των καθηλωμένων στη μεμβράνη Cadherins, που συμβαίνει στην παρουσία αυξημένης β-Catenin, αυξάνει η κυτταρο-κυτταρική συγκόλληση.

Περιληπτικά η αυξημένη Wnt αυξάνει τα επίπεδα της κυτταροπλασμικής β-Catenin, που αυξάνει την κυτταρική συγκόλληση.

Έχει, επίσης, δειχθεί ότι, η μετανάστευση και η ταξινόμηση των κυττάρων επηρεάζεται από το επίπεδο της β-Catenin στο κύτταρο, μέσω της έκφρασης του προσδέματος Ephrin και των υποδοχέων EphB.

Οι υποδοχείς EphB ελέγχουν το κυτταρικό σχήμα και τη μετανάστευση των κυττάρων μέσω ανασχεδίασης του κυτταροσκελετού, όπως επίσης υπάρχει η σκέψη ότι ρυθμίζουν τη δέσμευση (ένωση) κυττάρων και υποστρώματος. Η έκφραση της β-catenin στα πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα και τα χαμηλά επίπεδα της στα διαφοροποιημένα κύτταρα οδηγεί σε υψηλά επίπεδα (έκφραση) των EphB υποδοχέων στα πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα και σε υψηλά επίπεδα προσδεμάτων Ephrin στα διαφοροποιημένα κύτταρα.

Οι υποδοχείς EphB και τα προσδέματα Ephrin ασκούν απωθητική επίδραση. Πιστέυεται ότι, η αλληλλεπίδραση (συνεργασία) υποδοχέως και προσδέματος καθιστά τα κύτταρα ικανά να αυτοταξινομηθούν (αυτοαναδιαταχθούν) με τα προς πολλαπλασιασμό κύτταρα στο πυθμένα της κρύπτης και τα διαφοροποιημένα στην κορυφή της.

Πιστεύεται ότι η APC πρωτεϊνη μπορεί να είναι, όπως η β-Catenin, πολλαπλών λειτουργιών πρωτεϊνη, η οποία επιδρά στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και τη συγκόλληση των κυττάρων. Αυτό οφείλεται στις υψηλές συγκεντρώσεις ΑPC πλησίον των συμβολών συγκολλήσεως (adhesion junctions) στην κυτταρική μεμβράνη, οι οποίες ενέχονται στην παραγωγή (ανάπτυξη) των δεσμών cadherins. Όμως, σημειώνεται ότι η επίδραση της APC θα μπορούσε να είναι ένα έμμεσο επακόλουθο της Wnt σηματοδοτικής διόδου.

Έτσι η Wnt σηματοδοτική οδός είναι σημαντική στη ρύθμιση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, της μετανάστευσης, της τοποθέτησης-διάταξης και της διαφοροποίησης των κυττάρων στην επιθηλιακή κρύπτη του βλεννογόνου του παχέος εντέρου. Ελέγχει, επίσης, την κατανομή των επιθηλιακών κυττάρων στην κρύπτη, με βλαστοκύτταρα και μεταβατικά κύτταρα στο πυθμένα της κρύπτης και διαφοροποιημένα κύτταρα στην κορυφή της κρύπτης.

ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗ ΣΕ ΚΑΡΚΙΝΟ

Ο καρκίνος είναι πολυσταδιακή διεργασία, η οποία απαιτεί μερικές γενετικές μεταλλάξεις, εκάστη των οποίων μεταβάλλει σταδιακά τη συμπεριφορά των φυσιολογικών ιστών. Τα γεγονότα αυτά έχουν αποδειχθεί στην αλληλουχία του αδενώματος-καρκινώματος, που αρχικώς καθορίσθηκε από τους Fearon και Vogelstein (1990), οι οποίοι περιέγραψαν την σταδιακή πρόοδο από το φυσιολογικό στο δυσπλαστικό επιθήλιο με τη συσσώρευση των κλωνικώς επιλεγμένων γενετικών μεταβολών.

Μία από τις πρωϊμότερες μεταλλάξεις στον ορθο-κολικό καρκίνο είναι συχνά στην APC και στη β-Catenin. Αυτό οδηγεί σε διάσπαση της Wnt σηματοδοτικής γραμμής και σε υπερπολλαπλασιασμό επιθηλιακών κυττάρων. Οι προσβεβλημένες κρύπτες παραμορφώνονται μέσω στρεβλώσεως (εμπτυχώσεως) αυτών και καταλήγουν στη δημιουργία ενός εξωφυτικού μορφώματος (early adenoma) του πολύποδος.

Ένα τέτοιο αδένωμα παραμένει μικρό μέχρις ότου υποστεί μετάλλαξη στο K-ras ογκογονίδιο. Οι K-ras πρωτεϊνες είναι σηματοδοτικές πρωτεϊνες που δρουν ως μοριακοί διακόπτες μεταδίδοντας ένα σήμα από την κυτταρική επιφάνεια στην κυτταρική μεμβράνη.

Μεταλλάξεις στο K-ras πιστέυεται ότι κάνουν το κύτταρο να πολλαπλασιάζεται συνεχώς, επιτρέποντας στο αδένωμα να μεγαλώνει σε μέγεθος και να γίνεται ‘’μέσου μεγέθους’’ αδένωμα.

Περαιτέρω, μεταλλάξεις σε πρωτεϊνες, όπως οι Smad 4 και Smad 2, δίνουν τη δυνατότητα να αναπτυχθεί ο όγκος ακόμη περισσότερο, που συχνά συμβαίνει αργότερα στην ανάπτυξη ενός αδενώματος. Σε ένα ακόμη προχωρημένο στάδιο το γονίδιο p53 μεταλλάσσεται και το αδένωμα γίνεται καρκίνος.

Το p53 είναι ογκογονίδιο το οποίο ανευρίσκεται μεταλλαγμένο σε 50% των όγκων του ανθρώπου. Είναι γνωστό ως ο φύλακας του γονιδιώματος και η κύρια λειτουργία του είναι να εξασφαλίσει, εάν το DNA υποστεί βλάβη,  το κύτταρο να μην υποστεί μίτωση.

Όταν το p53 μεταλλαχθεί, τότε τα κύτταρα με βλαμμένο DNA πολλαπλασιάζονται επιτρέποντας στα κύτταρα απογόνους να μεταλλαχθούν περαιτέρω, δηλαδή να παραχθούν κύτταρα με περισσότερες μεταλλάξεις.

Μετά την απώλεια του p53 το καρκίνωμα συσσωρεύει διαδοχικές (αλλεπάλληλες) μεταλλάξεις ταχύτερον, μερικές από τις οποίες επιτρέπουν την διασπορά ή μετάσταση του όγκου σε άλλα μέρη του οργανισμού.

ΠΡΩΪΜΕΣ ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ

Σχεδόν 80% των ορθοκολικών καρκίνων έχουν απώλεια της APC λειτουργίας. Μεταξύ εκείνων των καρκίνων που διατηρούν την APC λειτουργία (wilde type), περίπου το ήμισυ των ασθενών δείχνουν μεταλλάξεις της β-Catenin.  Το εύρημα αυτό οδήγησε στην ανακάλυψη ότι, η ασταθής β-Catenin, δηλαδή εκείνη που δε μπορεί να αποδομηθεί από το APC σύμπλεγμα, είναι ένα πρώϊμο γεγονός στη γένεση του ορθοκολικού καρκίνου.

Η μετάλλαξη της APC, καθιστά αδύνατη τη δέσμευσή της με την Axin και αποτρέπει τον σχηματισμό του συμπλέγματος καταστροφής της β-Catenin, μη φωσφορυλιώνοντας την. Παρομοίως, η μετάλλαξη της β-Catenin μπορεί να οδηγήσει σε μεταγραφικώς ενεργό μορφή πρωτεϊνης, η οποία δεν μπορεί να αποδομηθεί από το σύμπλεγμα καταστροφής, που έχει ως βάση την APC πρωτεϊνη.

Αμφότερες οι μεταλλάξεις καταλήγουν σε συμπεριφορά του κυττάρου, ως να ήταν σε συνεχή διέγερση από τη Wnt πρωτεϊνη, ασχέτως του επιπέδου της. Τα κύτταρα με αυτές τις μεταλλάξεις καλούνται αδενωματώδη. Αυτοί οι δύο τύποι μεταλλάξεως δηλαδή η απώλεια της λειτουργίας της APC και η μετάλλαξη της β-Catenin, ανευρίσκονται να είναι αμοιβαίως αποκλειστικοί, γεγονός που είναι σε απόλυτη συμφωνία, ότι αμφότεροι έχουν παρόμοια επίδραση στη σταθερότητα της β-Catenin.

Έχει παρατηρηθεί ότι, για να υπάρξει πλήρης απώλεια του APC, πρέπει αμφότερα τα αλλήλια του γονιδίου να έχουν μεταλλαχθεί, ενώ η αποσταθεροποίηση της β-Catenin απαιτεί μία μόνο μετάλλαξη. Όμως η απώλεια της APC λειτουργίας είναι κατά πολύ συχνότερη (80%) στον ορθοκολικό καρκίνο απ΄ότι οι β-Catenin μεταλλάξεις (10%). Μία εξήγηση για το φαινόμενο αυτό είναι ότι η APC μπορεί να έχει και άλλες ογκοκατασταλτικές λειτουργίες εκτός από την αποδόμηση της β-Catenin.

Μία πάθηση συνήθως μελετούμενη στον ορθοκολικό καρκίνο είναι η οικογενής αδενωματώδης πολυποδίαση (Familiar adenomatous polyposis ‘’FAP’’). Πρόκειται για κληρονομούμενη κατάσταση στην οποία ένα από τα δύο αντίγραφα του γονιδίου ΑPC έχει μετάλλαξη της γενετικής σειράς (germ line mutation). Ως αποτέλεσμα οι πάσχοντες πρέπει να αναπτύξουν μία απλή μετάλλαξη στο γονίδιο APC για να απωλέσουν την APC λειτουργία. Αυτό οδηγεί στην ανάπτυξη πολυάριθμων πολυπόδων και επακολούθως στην πρώϊμη έναρξη του ορθοκολικού καρκίνου. Πολλές μελέτες διεξάγονται τρεχόντως στα πρώϊμα στάδια του ορθοκολικού καρκίνου σε ασθενείς πάσχοντες από FAP.

Απώλεια της Wnt σηματοδοτικής διόδου οδηγεί σε πολλές επενέργειες, όπως APC και  β-Catenin αλληλεπιδρούν με άλλες πρωτεϊνες περιλαμβανομένων της Cyclin D1, C-myc, surviving, EphB και Ephrin B.

Μερικές από τις ευρέως αναφερόμενες αλλαγές στη συμπεριφορά των κυττάρων είναι ο αυξημένος ρυθμός πολλαπλασιασμού και η απώλεια της ιεραρχίας πολλαπλασιασμού, ούτως ώστε τα κύτταρα πολλαπλασιάζονται καθ’ όλη την έκταση της κρύπτης και όχι μόνον στη βάση της.

Επιπροσθέτως προς την διαταραχή της λειτουργίας του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, όταν ένα κύτταρο γίνει αδενωματώδες, τα κύτταρα υφίστανται και άλλες αλλαγές, όπως ο έλεγχος πολλών άλλων πρωτεϊνών από την β-Catenin και την APC. 
Oι Sanson και συν.(2004) παρατήρησαν ότι η απώλεια της λειτουργίας APC επίσης επηρεάζει την κυτταρική διαφοροποίηση και μετανάστευση. Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι τα αδενωματώδη κύτταρα υφίστανται κυτταρικές αλλαγές που περιλαμβάνουν αυξημένη κυτταρική ταξινόμηση (cell packing) και ανεπάρκεια μεταναστεύσεως και διαφοροποιήσεως.

Ο Natke (2006) παρατήρησε ελαττωμένη μετανάστευση σε κύτταρα με έλλειψη APC λειτουργίας και πρότεινε ότι, η έλλειψη της APC λειτουργίας επηρεάζει την ικανότητα του κυτταροσκελετού να αλλάζει σχήμα και οδηγούσε σε ελάττωση της μετανάστευσης.

Επίσης, ο ίδιος συγγραφέας πρότεινε ότι, ο αριθμός των Ephrins, που ενέχονται στο μηχανισμό της κυτταρο-κυτταρικής συγκόλλησης, θα μπορούσε να αλλάξει με μετάλλαξη στην APC ή στη β-Catenin, οι οποίες επηρεάζουν την κυτταρική μετανάστευση.

Είναι ενδιαφέρον να σημειώσουμε ότι οι β-Catenin μεταλλάξεις στα αδενώματα είναι λιγότερο επιθετικές απ’ ότι οι APC μεταλλάξεις. Αυτό μπορεί να σχετίζεται με τα διάφορα επίπεδα κυτταρικής συγκολλήσεως, που προκαλούν οι μεταλλάξεις.Έχει επίσης βρεθεί ότι, η Ephrin, μία πρωτεϊνη που συνδέεται με την β-Catenin και την  APC πρωτεϊνη και παίζει ρόλο στην κυτταρική διευθέτηση και ταξινόμηση, μπορεί να καταστείλλει τον ορθοκολικό καρκίνο σε απώτερα στάδια.

ΚΑΤΙΟΥΣΑ  ή  ΑΝΙΟΥΣΑ  MOΡΦΟΦΕΝΕΣΗ

Όταν τα κύτταρα καταστούν αδενωματώδη πολλαπλασιάζονται με αυξημένο ρυθμό. Όμως, είναι θέμα μεγάλης συζητήσεως πως τα αδενωματώδη κύτταρα σχηματίζουν πολύποδες. Δύο μηχανισμοί έχουν προταθεί: Η προς τα άνω (bottom up) ή η προς τα κάτω (up down) μορφογένεση.

Στην προς τα κάτω μορφογένεση, το αδενωματώδες επιθήλιο αρχίζει με μετάλλαξη σε ένα κύτταρο στην κορυφή της κρύπτης, το οποίο αναπτύσσεται προς τα πλάγια και κάτω και διηθεί γειτονικές κρύπτες που περιέχουν φυσιολογικό επιθήλιο.

Στην προς τα άνω μορφογένεση , το πρώτο αδενωματώδες κύτταρο συμβαίνει στον πυθμένα  της κρύπτης. Αυτά αυξάνουν μέσω πολλαπλασιασμού μέχρις ότου εποικίσουν ολόκληρη την κρύπτη.

Διάφορα πειραματικά δεδομένα υποστηρίζουν κάθε μία από τις ανωτέρω υποθέσεις. πχ, έχει παρατηρηθεί ότι, στους αδενωματώδεις πολύποδες τα κύτταρα στην κορυφή της κρύπτης πολλαπλασιάζονται περισσότερο απ’ ότι τα κύτταρα στο πυθμένα της κρύπτης. Υπάρχουν επίσης στοιχεία που δείχνουν ότι τα αδενωματώδη κύτταρα εδρεύουν στην κορυφή των κρυπτών των αδενοματωδών πολυπόδων. Αυτά τα δύο στοιχεία ενισχύουν την προς τα κάτω μορφογένεση. Όμως, άλλα στοιχεία όπως η αναγνώριση των πλήρων αδενοματωδών κρυπτών υποστηρίζουν την προς τα πάνω μορφογένεση.

Για να αποκομίσουμε μία ιδέα στο προκείμενο, πρέπει να διερωτηθούμε που συμβαίνει αρχικά το αδενωματώδες κύτταρο.Οι Komarova και Wang (2004) ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο που αμφισβητούσε τη συμβατική σκέψη ότι τα διαφοροποιημένα κύτταρα δεν μπορεί να αποτελούν στόχους για APC μεταλλάξεις λόγω της βραχείας διάρκειας ζωής των.

Είναι ευρέως αποδεκτό ότι η πρώτη APC μετάλλαξη συμβαίνει στο βλαστοκύτταρο, καθότι οποιοδήποτε μεταβατικό κύτταρο υφιστάμενο μετάλλαξη δεν θα έμενε επ΄αρκετόν για να εδραιώσει ένα πληθυσμό με μεταλλαγμένα κύτταρα.

Οι Komarova και Wang προέβλεψαν ότι, είναι απίθανο αμφότερες APC μεταλλάξεις να συμβαίνουν στα βλαστοκύτταρα. Προέβλεψαν ότι τουλάχιστον μία APC μετάλλαξη συμβαίνει σε διαφοροποιημένο κύτταρο. Στο μοντέλο τους διαφοροποιημένα κύτταρα καθορίζονται ως μη ΣΚ, έτσι αυτοί περιλαμβάνουν μεταβατικά κύτταρα μεταξύ των αριθμών τους. Είναι απίθανον διαφοροποιημένα κύτταρα υπό την φυσιολογική έννοια να υφίστανται γονιδιακή μετάλλαξη, καθότι αυτά δεν πολλαπλασιάζονται.

Οι Sigh και συν (2001) παρουσίασαν ισχυρά πειραματικά στοιχεία που υποστηρίζουν την κατιούσα  μορφογένεση. Μελετήθηκαν 35 μικρά αδενώματα από ασθενείς πάσχοντες από FAP χρωματίζοντας κύτταρα για β-Catenin και γενετικώς μεταλλαγμένη APC. Βρήκαν ότι APC μεταλλάξεις ήταν διαχύτως παρούσες στα κύτταρα προς την κορυφή της κρύπτης, ενώ τα κύτταρα στο πυθμένα της κρύπτης ήταν πανομοιότυπα με τα αντίστοιχα φυσιολογικών κρυπτών.

Περαιτέρω σε κανένα από τα μελετηθέντα αδενώματα ανευρέθησαν πλήρεις αδενωματώδεις κρύπτες. Με το στοιχείο αυτό οι συγγραφείς συμπέραναν ότι το αδενωματώδες επιθήλιο προχωρά από την κορυφή προς τον πυθμένα της κρύπτης παρά αντίθετα.

Προκειμένου να εξηγήσουν τις παρατηρήσεις αυτές δύο υποθέσεις τέθηκαν: 1/ Τα αρχικά αδενωματώδη κύτταρα κατοικοεδρεύουν στην κορυφή της κρύπτης και 2/ τα αρχικά αδενωματώδη κύτταρα προέρχονται από τα βλαστοκύτταρα, μεταναστεύουν προς τα άνω και σχηματίζουν τον αδενωματώδη βλεννογόνο στις μεσοκρυπτικές ζώνες. Μία τρίτη εξήγηση από τους Lamprecht και Lipkin (2002) και συμβατή με τη μελέτη των Komarova και Wang (2004) πρότενε ότι, ένα μεταβατικό θυγατρικό κύτταρο είναι ο πρωταρχικός στόχος για μετάλλαξη.

Πολλοί συγγραφείς έχουν προτείνει ότι, η αρχική μετάλλαξη λαμβάνει χώρα στη βάση της κρύπτης και οι κυτταρικοί απόγονοι εποικίζουν την κρύπτη προς τα επάνω παρά προς τα κάτω. Αυτές οι πλήρως μεταλλαγμένες κρύπτες επεκτείνονται μέσω μηχανισμού σχάσεως για να σχηματίσουν πολύποδες.

Οι Preston και συν (2003) περουσίασαν ισχυρά στοιχεία που υποστηρίζουν την προς τα επάνω μορφογένεση. Μελέτησαν 40 μικρά αδενώματα από non-FAP ασθενείς χρωματίζοντας για κυτταρικό πολλαπλασιασμό και πυρηνική β-Catenin. Αυτοί βρήκαν πλήρεις αδενωματώδεις πολύποδες, όπου όλα τα κύτταρα μέσα στις κρύπτες από την κορυφή έως τον πυθμένα έδειξαν σημεία πολλαπλασιασμού και πυρηνική β-Catenin. Επίσης, παρετήρησαν απότομη διακοπή των ορίων μεταξύ αδενωματωδών πολυπόδων και φυσιολογικού επιθηλίου παρόντος στις μεσοκρυπτικές ζώνες. Συμπέραναν δε ότι οι πλήρεις αδενωματώδεις κρύπτες πρέπει να προήλθαν από μεταλλαγμένο κύτταρο στο πυθμένα της κρύπτης, που πολλαπλασιάζεται για να καταλάβει ολόκληρη τη κρύπτη. Επίσης, βρήκαν πλήρεις αδενωματώδεις κρύπτες που έδειχναν σημεία εκκόλαπσης ή ασύμμετρες σχάσεις κρυπτών. Ομως, παραδέχθηκαν σαν αληθές δεδομένο ότι και προς τα κάτω μορφογένεση συμβαίνει, αλλά σε απώτερο στάδιο, επειδή οι μόνες περιπτώσεις που βρέθηκαν αφορούσαν μεγάλα αδενώματα. Έτσι θα μπορούσε να ισχύει ότι η μορφογένεση λαμβάνει χώρα και προς τις δύο κατευθύνσεις.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Αlberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., et al. The Molecular Biology of the Cell (ed). New York:Garland Science, 2002

2. Araki K., Ogata T., Kobayashi M., Yatani R. A Morphological Study on the Histogenesis of Human Colorectal Hyperplastic Polyps. Gastroenterology 1995; 109 (5):1468-1474

3. Anwar S., Frayling I.M., Scott N.A., Carlson G.L. Systematic Review of Genetic Influences on the Prognosis of Colorectal Cancer. Brit J Surg 2004; 91(10): 1275-1291

4. Bach S.P., Renehan A.G., Potten C.S. Stem Cells: The Intestinal Stem Cells as a Paradigm. Carcinogenesis 2000; 21(3): 469-476

5. Batle E., Henderson J.T., Beghtel H. β-Catenin and TCF Mediate Cell Positioning in the Intestinal Epithelium by Controlling the Expression of EphB/EphrinB. Cell 2002; 111(2): 251-263

6. Batlle E., Bacani J., Begthel H., et al. EphB Receptor Activity Suppresses Colorectal Cancer Progression. Nature 2005; 435(7045): 1126-1130

7. Bienz M. And Clevers H. Linking Colorectal Cancer to Wnt Signalling. Cell        2000; 103(2): 311-320

8. Bienz M. and Hamada F. Adenomatous Polyposis Coli Proteins and Cell Adhesion. Curr Opin Cell Biol 2004; 16(5): 528-535

9. Bienz M. β-catenin: A Pivot Between Cell Adhesion and Wnt Signalling. Curr Biol 2005; 15(2): 64-67

10. Boman B.M., Walters R., Fields J. Et al. Colonic Crypts Changes during Adenoma Developments in Familial Adenomatous Polyposis Imunohistochemical Evidence for Expansion of the Crypt  Base Population. Am J Pathol 2004; 165(5): 1489-1498

11. Boss J.L. ras Oncogenes in Human Cancer: A Review. Cancer Res 1989; 49(17): 4682-4689

12. Brittan M., and Wright N.A. Stem Cell in Gastrointestinal Structure and Neoplastic Development. Gut 2004; 53:899-901

13. Cairs J. Somatic Stem Cells and the Kinetics of Mutagenesis and Carcinogenesis. Proc Nat Acad Sci USA 2002; 99(16): 10567-10570

14. Cartel A.L. and Shchors K. Mechanisns of C-myc-mediated Transcriptional Repression of Growth Arrest Genes. Exp Cell Res 2003; 283(1):17-21

15. Chen H., Paradies N.E., Fedor-Chaiken M., Brakenburry R. E-Cadherin Mediates Adhesion and Suppresses Cell Motility Via Distinct Mechanisms. J Cell Sci 1997; 110(3): 345-356

16. Clevers H. Wnt/β-catenin Signalling in Development and Disease. Cell 2006; 127(3): 469-480

17. Clevers H. and Batlle E. EphB/EphrinB Receptors and Wnt Signalling in Colorectal Cancer. Cancer Res 2006; 66(1): 2-5

18. Komarova N.L. and Wang L. Initiation of Colorectal Cancer: Where do the two hits hit? Cell Cycle 2004; 3(12): 1558-1565

19. Deheragoda M. and Wright N. An Upgrade of the Pathophysiology of the Intestinal Crypt. Current Diagn Pathol 2006; 12(4): 268-278

20. Edelstein P.S. Colon and Rectal Cancer. Wiley-Liss, 2000

21. Fearon E.R. and Vogelstein B. A Genetic Model for Colorectal Tumorigenesis. Cell 1990; 61(5): 759-767

22. File S. p53 Abnormalities and Outcomes in Colorectal Cancer: A systematic review.  Brit J Cancer 2005; 92: 434-447

23. Giles R.H., van Es J. H., Clevers H. Caught up in a Wnt Storm. Wnt signalling in Cancer. Biochim Biophys Acta 2003; 1653(1): 1-24

24. Hinck L., Nelson W.J., Papkoff J. Wnt-1 Modulates Cell-Cell Adhesion in Mammalian Cells by Stabilizing Beta-catenin Binding to Cell Adhesion Protein Cadherin. J Cell Biol 1994; 124(5): 729-741

25. Ilyas M. Wnt Signalling and the Mechanistic Basis of Tumor Development. J Pathol 2005; 205(2): 130-144

26. Jass J.R., Young J., Leggett B.A. Evolution of Colorectal Cancer: Change of Pace and Change of Direction. J Gastroenterol Hepatol 2002; 17(1): 17-26

27. Kubota O. and Kino I. Minute Adenomas of the Depressed Type in Familial Adenomatous Polyposis of the Colon. A Pathway to Ordinary Polypoid Adenomas. Cancer 1993; 72(4): 1159-1564

28. Kullander K., Klein R. Mechanisms and Functions of Eph and Ephr Signalling. Nat Rev Mol Cell Biol 2002; 3(7): 475-486

29. Lal G. and Gallinger S. Familial Adenomatosis Polyposis. Semin Surg Oncol 2000; 18(4): 314-323

30. Lamprecht S.A. and Lipkin M. Migrating Colonic Crypt Epithelial Cells: Primary Targets for Transformation. Carcinogenesis 2002; 23(11): 1777-1780

31. Lansdorp P.M. Immortal  Strands? Give me a Break. Cell 2007; 129(7): 1244-1247

32. Van Leeuwen I.M., Byrne H.M., Jensen O.E., King J.R. Crypts Dynamics and Colorectal Cancer Advance in Mathematical Modelling. Cell Prolif 2006; 39(3): 157-181

33. Leslie A., Carey F.A., Pratt N.R., Steele R.J.C. The Colorectal Adenoma-Carcinoma Sequence. Brit J Surg 2002; 89(7): 845-860

34. Li L., Xie T. Stem Cell Niche: Structure and Function. Annu Rev Cell Dev Biol 2005; 21:605-631

35. Loeb L.A., Loeb K.R., Anderson G.P. Multiple Mutations and Cancer. Proc Nat Acad Sci USA 2003; 100(3): 776-781

36. Logan C.Y and Nusse R. The Wnt Signalling Pathway in Development and Disease. Annu Rev Cell Dev Bi  2004; 20(1) 781-810

37. Marsham E., Booth C., Potten C.S. The Intestinal Epithelial Stem Cell. Bioessays, 2002; 23(1):91-98

38. Maskens A.P. Histogenesis of Adenomatous Polyps in the Human Large Intestine. Gastroenterology 1979; 77(6): 1245-1251

39. Morin R.J. Beta-catenin Signalling and Cancer. Bioessays 1999;21(12): 1021-     1030

40. Nathke I. The Adenomatouw Polyposis Coli Protein: The Achilles Heel of the Gut Epithelium. Annu Rev Cell Dev Biol 2004; 20(1): 337-366

41. Nathke I. Cytoskeleton out of the Cupboard: Colon Cancer and Cytoskeletal Changes Induced by Loss of APC. Nat Rev Cancer 2006; 6(12): 967-974

42. Nelson W.J. and Nusse R. Convergence of Wnt, β-Catenin, and Cadherin pathways. Science 2004; 303(5663): 1483-1487

43. Nowak M.A., Komarova N.L., Sengupta A., et al. The Role of Chromosomal Instability in Tumor Initiation. Proc Nat Acad Sci USA, 2002; 99(25): 16226-16231

44. Pinto D. And Clevers H. Wnt, Stem Cells and Cancer in the Intestine. Biol Cell 2005; 97(3): 185-196

45. Potten C.S., Loefler M. Stem Cells: attributes cycles, spirals, pitfalls and unscertainties. Lessons for and from the crypt. Development 1990; 110(4): 1001-1020

46. Potten C.S., Owen G., Both D. Intestinal Stem Cells Protect their Genome by Selective Segregation of Template DNA Strands. J Cell Sci 2002;115(11): 2381-2388

47. Potten C.S., Booth C., Hargreaves D. The Small Intestine as a Model for Evalyating Adult Tissue Stem Cell Drug Targets. Cell Profit 2003; 36(3): 115-129

48. Preston S.L., Wong W.M., Chan A.O.O. et al. Bottom up Histogenwsis of Colorectal Adenomas Origin in the Mpnpcryptal Adenoma and Initial Expansion by Crypt Fission. Cancer Res 2003; 63:3819-3825

49. Rajagopalan H., Nowak B., Vogelstein B, Lengauer C. The Significance of Unstable Chromosomes in Colorectal Cancer. Nat Rev Cancer 2003; 3(9): 695-701

50. Roncucci L, Scalmati A., Ponz de Leon M. Pattern of Cell Kinetics in Colorectal Mucosa of Patients with Different Types of Adenomatous Polyps of the Large Bowel. Cancer 1991; 68(4): 873-878

51. Samowitz W.S., Powers M.D., Spirio L.N. et al β-Catenin Mutations are More Frequent in Small Colorectal Adenomas than in Large Adenomas and Invasive Carcinomas. Cancer Res 1999; 59(7): 1442-1444

52. Sanford P.A. Digestive System Physiology, Arnold 1992

53. Sanson O.J., Reed K.R., Hayes A.J., Ireland H. et al Loss of APC in vivo Immediately Perturbs Wnt Signalling, Differentiation, and Migration. Genes and Development 2004; 18: 1385-1390

54. Shih I.M., Wang T.L., Traverso G. et al. Top-down Morphogenesis of Colorectal Tumors.Proc Nat Acad Sci USA 2001; 98(5): 2640-2645

55. Shtutman M., Zhurinsky J., Simcha I et al. The Cyclin D1 Gene is a Target of the Beta-catenin/LEF-1 Pathway. Proc Nat Acad Sci Usa 1999; 90(10): 5522-5527

56. Tetsu  O. and Mc Cormick F. Beta-catenin Regulates Expression of Cyclin-D1 in Colon Carcinoma Cells. Nature 1999; 398(6726): 422-426

57. Yatabe Y., Tavare S., Shibata D. Investigating Stem Cells in Human Colon by Using Methylation Patterns. Proc Nat Acad Sci USA. 2001; 98(19): 10839-10844

58. Wasan H.S., Park H.S., Liu K.C., et al. APC in the Regulation of Intestinal Crypt Fission. J.Pathol 1998; 185(3): 246-255

59. Van de Wetering M., Sancho E., Verwejj C. et al The β-Catenin/TCF 4 Complex Imposes a Crypt Progenitor Phenotype on Colorectal Cancer Cells. Cell 2002; 111(2): 241-250

60. Wong W.M., Garsia S.B., Wright N.A. Origins and Morphogenesis of Colorectal Neoplasms. APMIS 1999; 107(6): 533-544

61. Wright N.A. Epithelial Stem Cell Repertoire in the Gut: Clues ti the Origin of the Cell Lineages, Proliferative Units and Cancer. Int J Exp Pathol 2000; 81(2): 117-143

62. Wright N.A. and Poulson R. Top down or Bottom up? Competing Management Structures in the Morphogenesis of Colorectal Neoplasm. Gut 2002; 51:306-308