Molekulárně genetické příčiny nádorů štítné žlázy

Karcinomy štítné žlázy tvoří pouze 1% všech lidských malignit, ale představují více než 90% endokrinních tumorů. Nádory štítné žlázy jsou častější u žen než u mužů (2-3:1). Za rizikové vnější faktory iniciující vznik karcinomu jsou považovány ionizující záření a deficit jodu v potravě. Maligní nádory štítné žlázy jsou z 98% klasifikovány jako karcinomy. Málo časté jsou sarkomy, maligní lymfomy a metastázy do štítné žlázy. Z histologického hlediska se karcinomy štítné žlázy dělí na papilární (PTC - 75%), folikulární (FTC - 10%), anaplastické (dediferencované, ATC – do 10%) a medulární karcinomy (MTC – do 10%). MTC jsou ve čtvrtině případů familiární s autozomálně dominantní dědičností. PTC, FTC a ATC vycházejí z folikulárních buněk štítné žlázy, zatímco MTC je odvozen od parafolikulárních C-buněk, produkujících hormon kalcitonin.
Tyto karcinomy vznikají v důsledku více či méně známých genetických poruch.

Papilární karcinom štítné žlázy (PTC)
Pro papilární karcinom štítné žlázy je typický vznik fúzních genů tyrozinkináz a) RET proto-onkogenu, b) NTRK1 proto-onkogenu, c) met proto-onkogenu s jinými geny, což vede k jejich aktivaci či zvýšené expresi, a dále d) mutace v BRAF genu.
Ad a) RET proto-onkogen (10q11.2) kóduje transmembránový tyrozinkinázový receptor, který je za normálních okolností exprimován v buňkách odvozených od neurální lišty. Onkogenní je chimérická molekula RET/PTC, která vzniká fúzí 3´ konce tyrozinkinázové domény RETu a 5´ konce jiného genu, který je konstitutivně exprimován a poskytuje fúznímu genu promotor a dimerizační funkci. Tím je RET/PTC protein konstitutivně aktivován a způsobuje buněčnou transformaci. Protože chimérickým proteinům chybí transmembránová doména, jsou lokalizovány v cytoplazmě místo v plazmatické membráně. V současné době je známo 8 fúzních genů RET/PTC vzniklých translokací či inverzí a nové varianty čekají na své odhalení. Fúzní geny RET/PTC jsou detekovány téměř u poloviny pacientů s PTC. Ionizující záření je schopno indukovat tvorbu RET/PTC, což se ukázalo i při havárii černobylské jaderné elektrárny v roce 1986. Nejrizikovější skupinou byly děti mladší 10 let věku v době výbuchu. RET/PTC je spojován s agresivnějším chováním nádoru a častou tvorbou vzdálených metastáz.
RET/PTC1 vzniká inverzí na 10. chromozómu s neznámým genem označeným H4 probou (lokus D10S170). Ke zlomu dochází v 11. intronu RET proto-onkogenu. Tento typ je nejčastější (až 20% PTC) a je typický hlavně pro „spontánní“ PTC (bez vlivu ionizujícího záření) a mikrokarcinomy PTC s klasickou variantou. RET/PTC2 (až 10% PTC) je výsledkem translokace mezi 10. a 17. chromozómem, na kterém je kódována regulační podjednotka cAMP-dependentní protein kinázy A. RET/PTC3 je příčinou vzniku nejagresivnější formy PTC, kdy nádor rychle roste, málo diferencuje a je tedy spojen s velmi špatnou prognózou. Je výsledkem inverze RETu s ELE1 genem, označovaným také jako RFG (RET Fused Gene). Tato fúzní forma je nalézána až u 70% pacientů s PTC, kterým bylo méně než 10 let v době výbuchu v Černobylu. RET/PTC4 je delší variantou RET/PTC3, ke zlomu v tomto případě dochází v 11. exonu RET proto-onkogenu. Forma RET/PTC5 vzniká inverzí s RFG-5 (RET Fused Gene 5) a stejně jako RET/PTC4 byla detekována u post-černobylských dětí. RET/PTC6 vzniká translokací mezi 10. a 7. chromozómem, na kterém je kódován HTIF 1 (human transcription intermediary factor 1). RET/PTC7 vzniká translokací mezi 10. a 1. chromozómem, na kterém je kódován transkripční koaktivátor pro jaderné receptory 6 a 7. RET/PTC8 vzniká translokací mezi 10. a 14. chromozómem, kde je kódován kinetin.
Ad b) NTRK1 proto-onkogen (neurotrofní transmembránový tyrozinkinázový receptor typu 1), neboli TrkA je lokalizován na dvou úsecích 1. chromozómu (1q22-24, 1q32-41). Normálně je exprimován v periferních nervových gangliích a váže nervový růstový faktor. TRK onkogeny, vzniklé přeskupením, byly nalezeny u 5-25% PTC, hlavně u „spontánních“ forem. Opět se jedná o fúzi 3´ konce NTRK1 genu s 5´ koncem konstitutivně exprimovaného genu a dochází ke stálé expresi fúzních genů. Trk onkogen vzniká inverzí na 1. chromozómu s genem pro nesvalový tropomyosin TPM3. Trk-T1 a Trk-T2 vznikají inverzí s TPR genem (Translocated Promotor Region), který kóduje komponentu cytoskeletonu. Trk-T3 je výsledkem translokace s TFG genem (Trk-fused gene), neboli TAG (Trk-activating gene), který kóduje na 3. chromozómu neznámý cytoplasmatický protein.
Ad c) Met proto-onkogen, ležící na 7. chromozómu, kóduje transmembránový tyrozinkinázový receptor skládající se ze 2 podjednotek a spojených disulfidovou vazbou. Byl identifikován jako receptor pro hepatocytární růstový faktor (HGF), neboli scatter (rozptylovací) faktor (SF). Až u 70% PTC byla nalezena zvýšená amplifikace met onkogenu, která indukuje proliferaci, buněčnou motilitu a invazi do dalších tkání. Zvýšená exprese met onkogenu souvisí s vysokou malignitou PTC a je považována za sekundární změnu ve vývoji nádoru až po přeskupení RET či NTRK1 genů.
Ad d) V roce 2003 byl v souvislosti s PTC nově objeven onkogen BRAF, který vzniká v důsledku aktivační mutace c-raf proto-onkogenu. C-raf je cytoplasmatická serin/threoninová kináza, vázající ras a aktivující MAPK (protein kináza aktivovaná mitogeny) kaskádu fosforylací, která je důležitá jak v apoptotické, tak v proliferační cestě. Somatická BRAF mutace Val599Glu v 15. exonu kinázové domény vede k na fosforylaci nezávislé vazbě na ras protein a tím ke zvýšené aktivitě MAPK kaskády a zvýšení transformační účinnosti. U 50% PTC, kde se nevyskytují RET ani NTRK1 přeskupení, byla detekována právě tato mutace, která koreluje s vyšším stupněm TNM klasifikace nádoru a s horší prognózou onemocnění. Zdá se, že je specifická pro PTC a mikrokarcinom PTC. U 10% folikulární varianty PTC byla objevena jiná mutace v BRAF genu - Lys600Glu.

Folikulární karcinom štítné žlázy (FTC)
Dalším karcinomem štítné žlázy je folikulární karcinom, který je agresivnější než PTC. FTC je častější v oblastech s jodovým deficitem. Cytologicky je velmi těžké odlišit folikulární adenom od karcinomu. U FTC dochází k mnoha chromozomálním změnám včetně ztráty heterozygozity (LOH). Hlavními kandidátními geny jsou a) ras proto-onkogen a b) PAX8/PPAR fúzní gen.
Ad a) Ras proto-onkogen kóduje monomerní GTP-vázající protein p21. Přenáší signál z transmembránového tyrozinkinázového receptoru do jádra pomocí MAPK kaskády. Ras onkogen vzniká bodovými mutacemi v doméně vázající GTP. Mutace v ras genu stimulují buněčnou proliferaci, inhibují buněčnou diferenciaci a účastní se jak iniciace, tak progrese folikulárních tumorů. Ras mutace jsou častější u karcinomů než u adenomů a jejich frekvence je u karcinomů až 50%. Ras mutace se zdají být v procesu karcinogeneze „časnou událostí“, protože se vyskytují také u adenomů.
Ad b) PAX8/PPAR fúzní gen vzniklý chromozomální translokací mezi 2. a 3. chromozómem byl objeven v roce 2000. Na 2. chromozómu se nachází gen PAX8 (paired box homeotic gene 8), který je specifickým transkripčním faktorem pro štítnou žlázu. PAX8 se váže na promotor a enhencer genu pro tyreoglobulin, peroxidázu a Na(+)/I(-)symporter, proto hraje ve vývoji štítné žlázy klíčovou roli. PPAR (peroxizomálními proliferátory aktivovaný receptor) ležící na 3. chromosomu je jaderný receptor. Ve štítné žláze působí PPAR jako tumor supresorový gen, který inhibuje buněčný růst a participuje na apoptóze. Tento fúzní gen je nadějným genetickým markerem specifickým pro FTC, protože byl detekován až u 62% FTC, ale u žádného adenomu.

Anaplastický karcinom štítné žlázy (ATC)
Nejagresivnější formou karcinomu je anaplastický, neboli dediferencovaný karcinom štítné žlázy, který rychle prorůstá do okolní tkáně a tvoří vzdálené metastázy. Většina pacientů s ATC zemře do 1 roku od zjištění diagnózy. Z genetického hlediska dochází k mnoha těžko definovatelným chromozomálním změnám. Téměř u všech chromozómů byla nalezena LOH, kde jsou pravděpodobně deletovány dosud neznámé tumor supresorové geny. Hlavní genetickou změnou jsou mutace v tumor supresorovém genu p53, který kóduje tetramerní jaderný fosfoproteinový transkripční faktor (tzv. strážce genomu). P53 má dvojí chránící funkci: zastavuje buněčný cyklus v G1 fázi, a tím získá více času na opravu DNA poškozenou radiací, UV či léčivy. Pokud je DNA již neopravitelná, zahajuje apoptózu, a tím zabraňuje pasážování poškozené DNA do další generace. Vysoká exprese a mutace p53 jsou detekovány u více než 75% ATC. Mutace genu p53 se nacházejí v DNA-vazebné doméně, jež je kódována 5. - 8. exonem. Tyto mutace jsou považovány za „pozdní událost“ v karcinogenezi, zahajující dediferenciaci PTC a FTC na ATC.

Medulární karcinom štítné žlázy (MTC)
Medulární karcinom štítné žlázy vychází z parafolikulárních C-buněk, kdy příčinou nádorového zvrhnutí jsou bodové somatické či zárodečné mutace (u familiární formy medulárního karcinomu a u mnohočetné endokrinní neoplázie typu 2) v RET proto-onkogenu. RET proto-onkogen kóduje transmembránovou tyrozinkinázu, která po vazbě ligandu a koreceptoru dimerizuje, autofosforyluje, a tím se aktivuje a přenáší signál dále do buňky. Mutace v extracelulární doméně vedou ke konstitutivní dimerizaci RETu nezávislé na ligandu, zatímco mutace v intracelulární doméně vedou ke konstitutivní aktivaci RETu změnou substrátové specifity nezávislé na ligandu a dimerizaci. 75% MTC představuje sporadickou formu způsobenou somatickými mutacemi a 25% MTC dědičnou formu determinovanou zárodečnými mutacemi RET proto-onkogenu. Onemocnění se dědí autozomálně dominantně. Známe 3 dědičné formy: familiární MTC (FMTC), mnohočetnou endokrinní neoplázii typu 2A (MEN2A) – MTC spojený s feochromocytomem a hyperparatyreózou a mnohočetnou endokrinní neoplázii typu 2B (MEN2B) – MTC spojený s feochromocytomem, ganglioneuromatózou a marfanoidním habitem. Mutace se u MTC nacházejí hlavně v 6 rizikových exonech. U MEN2B v 16. exonu (kodon 918), u MEN2A v 10. exonu (kodony 609, 611, 618, 620) a 11. exonu (kodony 630, 634), u FMTC, stejně jako MEN2A, navíc ve 13. exonu (kodony 768, 790, 791), 14. exonu (kodon 804) a v 15. exonu (kodon 891). Až u 50% sporadických MTC pacientů nalézáme somatické mutace, především v 16. exonu.
V současné době v naší laboratoři provádíme genetický screening zárodečných a somatických RET mutací u pacientů s medulárním karcinomem štítné žlázy z celé České republiky. Díky tomu mohou lékaři částečně odhadnout agresivitu onemocnění. Zvlášť přínosná je tato diagnostika u příbuzných těchto pacientů, kdy umožňuje odhalit nositele mutace i v klinicky zcela presymptomatickém stádiu, kteří jsou dle typu mutace doporučeni k preventivní totální tyroidektomii, nebo naopak identifikovat nenositele mutace, které je možno vyřadit z dalšího klinicko-biochemického sledování. Nyní zavádíme metodiku pro detekci fúzních genů u papilárních karcinomů štítné žlázy.

Toto téma je podrobněji zpracováno s uvedením citací v přehledových článcích Jindřichová et al. ČLČ 143, 2004, č. 10: 664-668; Bendlová et al.: Čes.-slov. Pediatr. 58, 2003, č. 6: 343-350. Naše práce je podporována grantem IGA MZ ČR NR/7806-3.