Molecular diagnostics of hereditary medullary thyroid carcinoma

Powiązanie w 1993 r. mutacji w obrębie protoonkogenu RET z występowaniem postaci rodzinnych raka rdzeniastego tarczycy (RRT) umożliwiło wdrożenie szczegółowych badań genetycznych wśród członków rodzin chorych z RRT. Celem tych badań jest wykrycie predyspozycji do nowotworu oraz prawdopodobieństwa wystąpienia innych dodatkowych schorzeń, co w konsekwencji pozwala obecnie na zastosowanie u chorych wczesnych działań profilaktycznych i leczniczych. Dziedziczna postać tego nowotworu stanowi ok. 20–25 proc. wszystkich przypadków RRT [1, 2].
Protoonkogen RET (rearranged during transfection) znajduje się w regionie centromerowym chromosomu 10 (10q11.2) i koduje receptorową kinazę tyrozynową (RKT) [3]. Ekspresja protoonkogenu RET odbywa się w komórkach pochodzących z grzebienia nerwowego: komórkach C tarczycy, komórkach chromochłonnych, tkance nerwowej współczulnej przewodu pokarmowego, a także w wywodzących się z tych komórek guzach neuroendokrynnych, jak RRT, guz chromochłonny czy neuroblastoma [4]. Białko receptorowe kodowane przez protoonkogen RET w obecności koreceptora wiąże specyficzne czynniki neurotroficzne, takie jak GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor), neurturyna, artemina i persefina. Niektóre z tych czynników w okresie embrionalnym wspólnie z RET biorą udział m.in. w rozwoju nerek oraz układu nerwowego jelit [5–7]. Aktywacja receptora powoduje indukcję lub zahamowanie ekspresji wielu genów. Wśród do tej pory zidentyfikowanych, a pozostających pod kontrolą RET, znajdują się np. gen cykliny 1, katepsyny B i L, kofiliny, stanniokalcyny czy też kolagenu typu I i II oraz anneksyny. Białka kodowane przez te geny mają m.in. wpływ na hiperplazję komórek, ich zdolność do przemieszczania się i inwazji, co ułatwia rozwój i rozprzestrzenianie nowotworu [7].
Protoonkogen RET zawiera ponad 60 tys. par zasad i składa się z 21 eksonów [8, 9]. Kodowane przez niego białko receptorowe posiada 3 domeny: zewnątrzbłonową zawierającą fragment homologiczny do kaderyny oraz fragment bogaty w reszty cysteinowe; wewnątrzbłonową i wewnątrzkomórkową zawierającą centrum katalityczne RKT. Większość mutacji (o charakterze punktowym) prowadzących do rozwoju RRT (zespół MEN 2A i rodzinny rak rdzeniasty tarczycy – RRRT) dotyczy fragmentu kodującego region bogaty w cysteiny [10]. Fragment ten jest wysoce konserwatywny, a reszty cysteinowe są istotnym elementem warunkującym drugorzędową i trzeciorzędową strukturę receptora [11]. Mutacje w przeważającej części przypadków zespołu MEN 2A i RRRT doprowadzają do dimeryzacji i autofosforylacji receptora, który normalnie istnieje w formie monomeru i ulega dimeryzacji dopiero po przyłączeniu liganda. W tej sytuacji następuje uaktywnienie kinazy tyrozynowej, co wywołuje ciąg wydarzeń wewnątrzkomórkowych specyficznych dla tej aktywacji [12].
Mutacje mogą być również zlokalizowane w obrębie innych fragmentów genu i w istotny sposób zaburzać funkcjonowanie samej kinazy tyrozynowej (zespół MEN 2B i rzadkie przypadki RRRT) [13].
Mutacje protoonkogenu RET mają charakter autosomalny dominujący, z prawie całkowitą penetracją, ale zmienną ekspresją [14]. Istnieje dość ścisła korelacja pomiędzy genotypem a fenotypem, jakkolwiek niektóre mutacje mogą warunkować występowanie zarówno RRRT, jak i MEN 2A. Wskazuje to na konieczność ścisłej obserwacji chorych do końca ich życia, by wcześnie wykryć ewentualne inne komponenty zespołu MEN 2A. Jeśli w rodzinie wiele osób powyżej 50. roku życia będących nosicielami mutacji ujawnia tylko raka rdzeniastego, można z dużą pewnością rozpoznać jego postać rodzinną (RRRT) [15]. Istnieją jednak przypadki RRRT, w których nie zidentyfikowano jeszcze miejsca mutacji w onkogenie RET. Miejsce defektu genetycznego w RRT warunkuje często moment ujawnienia się i tempo progresji choroby [16].
Opisane do tej pory mutacje znajdują się eksonach 10, 11, 13, 14, 15 i 16 protoonkogenu RET, a pojawienie się tego defektu genetycznego w 100 proc. warunkuje rozwój RRT o charakterze wieloogniskowym [17]. Częstość występowania mutacji genu RET określono na 1 na 500 tys., a dotyczą one najczęściej w przypadku zespołu MEN 2A kodonu 634 w eksonie 11 (70 proc. przypadków) oraz w przypadku zespołu MEN 2B kodonu 918 w eksonie 16 (95 proc. przypadków) [18–20].
Jak już wspomniano wcześniej, niezmiernie istotną korzyścią wynikającą z przeprowadzania badań genetycznych w RRT jest możliwość wykonania profilaktycznej tyreoidektomii u nosicieli zmutowanego genu. Ze względu na wieloogniskowy charakter tego nowotworu (jeśli jego rozwój ma podłoże genetyczne) istnieje ryzyko pojawienia się zmian przerzutowych, niekiedy nawet w bardzo wczesnym wieku [17].
Wieloośrodkowe obserwacje chorych z RRT (np. EUROMEN Study Group) prowadzone przez wiele lat pozwoliły na określenie, które z mutacji występują najczęściej, i tak: 62,8 proc. stanowią mutacje kodonu 634; 9,2 proc. – mutacje kodonu 618; 6,8 proc. – mutacje kodonów 620 i 790; 2,4 proc. – mutacje kodonu 791; 1,9 proc. – mutacje kodonów 609, 611, 804 i 918 oraz 0,5 proc. – mutacje kodonu 630 [21]. Wspomniane badania przyniosły również informacje, jak wcześnie u nosiciela mutacji może pojawić się RRT. Przykładowe dane zawarte są w tab. 1.

W Polsce wg rekomendacji Komitetu Referencyjnego Epidemiologii, Diagnostyki i Leczenia Raka Tarczycy badanie genetyczne w RRRT i zespole MEN 2A należy wykonać w 3. –5. roku życia, a profilaktyczną tyreoidektomię w 6. roku życia, natomiast w zespole MEN 2B badanie genetyczne jest konieczne w 1. roku życia, a profilaktyczna tyreoidektomia powinna być wykonana natychmiast po uzyskaniu wyniku pozytywnego [22].
Wszyscy chorzy z RRT powinni być poddani badaniom genetycznym – w pierwszej kolejności analizie eksonów 11 (przede wszystkim kodon 634), 10, 13, 14, 15 i 16 protoonkogenu RET (analiza DNA pochodzącego z leukocytów krwi obwodowej). Znalezienie mutacji u chorego z RRT powinno prowadzić do wykonania badania genetycznego u wszystkich krewnych I stopnia (ryzyko nosicielstwa wynosi 50 proc.). Jeśli badanie genetyczne u chorego z RRT wypadnie negatywnie, wskazane jest wykonanie szczegółowej analizy pozostałych eksonów protoonkogenu RET (ryzyko wystąpienia choroby u krewnego chorego z postacią sporadyczną wynosi 0,18 proc.) [ 17].
Mutacje protoonkogenu RET prowadzące do RRT mogą występować również w chorobie Hirschsprunga. Pojawia się tu bardzo ciekawy paradoks – mutacje kodonów 609, 618 i 620 mogą doprowadzić do jednoczesnej aktywacji receptora (RRT), jak i utraty jego funkcji (aganglionoza w chorobie Hirschsprunga), co powoduje możliwość współistnienia obu jednostek chorobowych u tego samego chorego [19, 23].

Piśmiennictwo
1. Donis-Keller H, Dou S, Chi D, et al. Mutations of the RET proto-oncogene are associated with MEN 2A and FMTC. Hum Mol Genet 1993; 2: 851-6.
2. Mulligan LM, Kwok JB, Healey CS, et al. Germ-line mutations of the RET proto-oncogene in multiple endocrine neoplasia type 2A. Nature 1993; 363: 458-60.
3. Takahashi M, Buma Y, Iwamoto T, et al. Cloning and expression of the ret proto-oncogene encoding a tyrosine kinase with two potential transmembrane domains. Oncogene 1988; 3: 571-8.
4. Lloyd RV. RET proto-oncogene mutations and rearrangements in endocrine diseases. Am
J Pathol 1995; 147: 1539-44.
5. Schuchardt A, D’Agati V, Larsson-Blomberg L, et al. Defects in the kidney and enteric nervous system of mice lacking the tyrosine kinase receptor. Nature 1994, 367: 380-3.
6. Pichel JG, Shen L, Sheng HZ, et al. Defects in enteric innervation and kidney development in mice lacking GDNF. Nature 1996; 382: 73-6.
7. Watanabe T, Ichihara M, Hashimoto M, et al. Characterization of gene expression induced by RET with MEN2A or MEN2B mutation. Am J Pathol 2002; 161: 249-56.
8. Ceccherini I, Bocciardi R, Yin L, et al. Exon structure and flanking intronic sequences of the human RET proto-oncogene. Biochem Biophys Res Commun 1993; 196: 1288-95.
9. Pasini B, Hofstra RMW, Yin L, et al. The physical map of the human RET proto-oncogene. Oncogene 1995; 11: 1737-43.
10. Smith DP, Erg C, Ponder BAJ. Mutations of the RET protooncogene in the multiple endocrine neoplasia type 2 syndromes and Hirschsprung’s disease. J Cell Sci 1994; 18: 43-9.
11. Machens A, Gimm O, Hinze R, et al. Genotype-phenotype correlations in hereditary medullary thyroid carcinoma: oncological features and biochemical properties. J Clin Endocrinol Metab 2001; 86: 1104-9.
12. Santoro M, Carlomagno F, Romano A, et al. Activation of RET as a dominant transforming gene by germline mutations of MEN2A and MEN2B. Science 1995; 267: 381-3.
13. Santoro M, Melillo RM, Carlomagno F, et al. Minireview: RET: normal and abnormal functions. Endocrinology 2005, 145: 5448-51.
14. Wells SA, Franz C. Medullary carcinoma of the thyroid gland. World
J Surg 2000; 24: 952-6.
15. Brandi ML, Gagel RF, Angeli A, et al. Consensus: guidelines for diagnosis and therapy of MEN type 1 and type 2. J Clin Endocrinol Metab 2001; 86: 5658-71.
16. Siggelkow H, Melzer A, Nolte W, et al. Presentation of a kindred with familial medullary thyroid carcinoma and Cys611Phe mutation of the RET proto-oncogene demonstrating low grade malignancy. Eur
J Endocrinol 2001; 144: 467-73.
17. Massoll N, Mazzaferri EL. Diagnosis and management of medullary thyroid carcinoma. Clin Lab Med 2004; 24: 49-83.
18. Russo A, Zanna I, Tubiolo C, et al. Hereditary common cancers: molecular and clinical genetics. Anticancer Res 2000; 20: 4841-51.
19. Eng C. The RET proto-oncogene in multiple endocrine neoplasia type 2 and Hirschsprung’s disease. N Engl J Med 1996; 335: 943-51.
20. Rossel M, Schuffenecker I, Schlumberger M, et al. Detection of a germline mutation at codon 918 of the RET proto-oncogene in French MEN2B families. Hum Genet 1995; 95: 403-6.
21. Machens A, Niccoli-Sire P, Hoegel J, et al. Early malignant progression of hereditary medullary thyroid cancer. N Engl J Med 2003; 349: 1517-25.
22. Diagnostyka i leczenie złośliwych guzów tarczycy. Rekomendacje Komitetu Naukowego II Konferencji Naukowej Rak Tarczycy 2000.
23. Ito S, Iwashita T, Asai N, et al. Biological properties of ret with cysteine mutations correlate with multiple endocrine neoplasia type 2A, familiar medullary thyroid carcinoma, and Hirschsprung’s disease phenotype. Cancer Res 1997; 57: 2870-2.
Adres do korespondencji
dr med. Katarzyna Ziemnicka
Katedra i Klinika Endokrynologii,
Przemiany Materii i Chorób Wewnętrznych
Akademia Medyczna
ul. Przybyszewskiego 49
60-355 Poznań
e-mail: kaziem@email.net.pl