BRCA1

ASPETTI MOLECOLARI ECORRELAZIONIGENOTIPO FENOTIPOMARIA ADELAIDE CALIGOSEZIONE GENETICA ONCOLOGICAAZIENDA OSPEDALIERO UNIVERSITARIAUNIVERSITA’ di PISAI lunedì senologici: carcinoma eredo-familiare. Firenze 6 Aprile 2009

TUMORE EREDITARIO della MAMMELLA(HBC)Un’associazione familiare di tumori è ereditaria quando è dovuta allatrasmissione mendeliana di un GENE che determina predisposizione allosviluppo di neoplasieL'individuo che eredita il gene mutato presentala mutazione in tutte le cellule del suoorganismo:è predisposto a sviluppare una e spesso piùneoplasiepuò trasmettere la mutazione alla sua progenie

Nel carcinoma mammario ereditario (HBC) il meccanismo mendeliano ditrasmissione è di tipo “autosomico dominante” a penetranza incompletaE: gene mutatoe: gene normaleAutosomico: legato a geni localizzati su cromosomi non sessuali quindi la malattia si manifesta sianei maschi che nelle femmineDominante: è una malattia genetica che si manifesta quando uno solo dei 2 alleli è mutatoPenetranza incompleta: non tutti gli individui portatori del gene mutato sviluppano la malattia

I GENI RESPONSABILI DELLA SUSCETTIBILITA’EREDITARIA ALLO SVILUPPO DI NEOPLASIAMAMMARIAHIGH PENETRANCE GENESFREQUENCY: RARE (carrier

Alcuni geni di suscettibilità per il carcinoma ereditario dellamammella sono responsabili di specifiche sindromiSINDROME/FENOTIPO GENE HBC/HBOC/EOBC/HOV BRCA1,BRCA2Li-Fraumeni p53Cowden's Syndrome pTENAtaxia Telangiectasia ATMPeutz-Jeghers Syndrome LKB1/STK11HDGC CDH1MUTAZIONI DI QUESTI GENI ESPRIMONO UN PARTICOLARE FENOTIPOIL CARCINOMA DELLA MAMMELLA FA PARTE DELLO SPETTRO FENOTIPICO

Il tumore della mammella e/o ovaio èinvece il principale fenotipo delleBRCA1&2-associated Breast andOvarian Cancer Syndromes(HBOC\EOBCEOBC\HOC)

BRCA1&2-associated Breast andOvarian Cancer SyndromePrevalenza dei carriers nella popolazione occidentale1:150-1:8001:800Fenotipo clinico:Età di insorgenza precoce, tumore bilaterale sincrono o metacrono,tumore ad organi associati specie mammella ed ovaioSpettro tumorale associato:BRCA1: tumori alla mammella, ovaioBRCA2: tumori alla mammella maschile, prostata , pancreas,altri tumoriFenotipo dei tumori mammariBRCA1: Triplo negativo, Basal like,BRCA2: nessunoNessun altro segno patognomonico evidente

CHI HA LA MUTAZIONE?Donne con dx di tumore mammario < 40 anni, suddivise in base al numero di parenti di 1° o 2°affetti. Anche se i carrier sono più frequenti tra i casi familiari, in numero assoluto il 60% dei casipositivi per il test non ha storia familiareOlopade O et al Clin Can Res 2008 14: 7988.

BRCA1 BRCA225-24-23-22-pBRCA124 exons (22 cod)Nuclear protein 1863aa21.3-21.2-21.1-12-11-12-13-14-15-16-21-22-BRCA112.1-12.2-12.3-13-14.1-14.2-14.3-21.1-21.2-21.3-BRCA2BRCA227 exons (26 cod)Nuclear protein 3418aa24-23-25-26-27-qCromosoma1722-34-32-33-34-qCromosoma13Exon 11 >60% proteinBRCA1: 47% ripetitive DNABRCA2: 48% ripetitive DNA

BRCA1 e BRCA2DominioRING-fingerZbrk1RbNLSRAD51ATMCHK2BRCA2DominiBRCT1 1863 aaBRCA1c-MycBARD1p53RNA Pol IIp300/CBPCtIPp53LMO4BACH1Regolazione del ciclocellulareRiparazione del DNARiparazione delDNA ericombinazioneRegolazione trascrizionaleRiparazione del DNARegolazione del ciclo cellulareDominio ditransattivazioneBRCA1Ripetizioni BRC (1-8)NLS1 3418 aaBRCA2RAD51Riparazione del DNARegolazione del ciclo cellulare

After UV o HUtreatment BRCA1localizes to nuclear fociBRCA1 AND DNAREPAIRBRCA1 and Rad51Colocalize in DiscreteNuclear FociCell, Vol. 88, 265–275, January 24, 1997,Cell, Vol. 90, 425–435, August 8, 1997

BRCA11. Riconosce la presenza del danno al DNA, modifica la struttura dellacromatina facilitando l’accesso agli effettori della riparazione epartecipa alla sua riparazione• Ha un attività E3 ubiquitina ligasica come eterodimero con BARD• Partecipa al controllo della mitosi associandosi con proteineregolatorie dell’assemblaggio dei microtubuli• Partecipa al processo di duplicazione del centrosoma• Regola la trascrizione di proteine dell’apoptosi e del ciclo cellulare

BRCA2UN SOPPRESSORE DELL’INSTABILITAINSTABILITA’GENOMICA E CROMOSOMICABRCA2 controlla l’azione e la localizzazione dell’enzimaRAD51 una ricombinasi coinvolta nella riparazione deidanni a doppia elica al DNA mediante ricombinazioneomologaVenkitaraman AR, Cell: 108, 171, (2002)

BRCA1 e BRCA2 sono essenziali nel preservare lastruttura cromosomica:soppressori della instabilità genomicaRISPOSTA AL DANNO DSB AL DNA :•RIPARO via HR, NHEJ, SSAL’instabilità cromosomica dovuta aBRCA-deficienzaè il risultato di un noncorretto routing del processamento dei DSBattraverso pathways inadeguati (NHEJ)piuttosto che una completa mancanza diriparo

Il Breast Cancer Information Core Database (BIC)elenca più di 1560 diverse mutazioni/polimorfismi perBRCA1 e 1880 per BRCA2No hot spot80% frameshift or nonsense mutations (truncated protein)7% splice variants10% large genomic rearrangements•UVP (missense, intronic variants)

Mutazioni troncantiMutazioni missensoPerdita difunzioneAssociate con lamalattiaNeutreUCVs

La maggior parte delle mutazioni sono identificate soloin una o poche famiglie – MUTAZIONI PRIVATEAlcune mutazioni sono identificate in più famiglie dellastessa area geografica o dello stesso gruppo etnico –MUTAZIONI AD EFFETTO FONDATORE185delAG BRCA1 Ashkenazim 41 %5382insC BRCA1 Ashkenazim 6%6174delT BRCA2 Ashkenazim 6%995del5 BRCA2 Icelanders 4%(ovca)C4446T BRCA1 French-Canadian2804delAABRCA1 Dutch-Belgians3171ins5 BRCA1 Swedish 23-26%Frequenza dei carrier nellapopolazione generaleBRCA1:1/974BRCA2:1/734 (Antoniou 2002)

Rischio di tumore nei portatori(quante donne con la mutazione svilupperanno la malattia?)Le donne carrier di mutazioni BRCA1&2 hanno un rischiomolto elevato di sviluppare tumori della mammella edell’ ovaio ma il rischio attribuibile a ciascuna differentemutazione non può ancora essere stimato con precisioneFamiglie ad alto rischioPopolazione generale

Breast/Ovarian Cancer Risk in BRCA1&2 carriersPenetrance Estimatesbased on High-risk BCLCfamilies(Am J Hum Genet 1998)

Rischio di cancro nei portatori della mutazione (penetranza)Casi non selezionati per storia familiare: analisicombinata di 22 studi (Am J Hum Genet.2003)BRCA1BRCA2

MODIFICATORI DEL RISCHIOIl rischio di sviluppare un tumore dovuto a mutazionigerminali di BRCA1 o BRCA2 non è uguale per tutti icarriers Mutazioni specifiche possono conferiredifferente rischio di malattia

MUTAZIONI SPECIFICHE CONFERISCONODIFFERENTE RISCHIO DI CANCROBRCA 1-In una regione 3’ dell’esone 12 si localizzano le mutazioni associatecon una più alta proporzione di carcinomi della mammella(Gayther Nat Genet 1995; Neuhausen Am J Hum Genet 1996)-Questa regione è stata meglio ridefinita come compresa tra il nt 2380 e 4185circa e prevalentemente associata al ca dell’ovaio(Thompson Can Ep Biom 2002)Thompson D etal Cancer Epid Biomark vol11:329-336 (2002)

MUTAZIONI SPECIFICHE CONFERISCONO DIFFERENTERISCHIO DI CANCROBRCA2Le mutazioni nella regione compresa tra i nt 3035 e 6629 si associanofrequentemente il Ca ovaioQuesta regione viene chiamata OCCR (Ovarian Cancer Cluster Region )(Gayther S Nat Gen 1997)Thompson &Easton Am J Hum Gen 2001MA ALTRI STUDI NON CONFERMANO QUESTO DATO

L’influenza di ciascun tipo di mutazione (genotipo) sulfenotipo valutato come espressività, tipo di tumore epenetranza-età relata(fenotipo)rimane in larga parte non chiarito o controversoPiù di uno studio ha dimostrato una correlazione traposizione di una mutazione e tipo di tumore associato(ovaio mammella )Talora però si osservano importanti variazioni sullapenetranza di una stessa mutazione tra famiglie diverseo anche all’interno di una stessa famiglia dovutaall’effetto di modificatori.

MODIFICATORI DEL RISCHIOFattori diversi possono modificare il rischio di cancro ela manifestazione clinica della malattia cioè lapenetranza e l’espressivitlespressività della mutazione BRCA1 oBRCA2.I modificatori del rischio:•Possono agire direttamente sul pathway dellacarcinogenesi BRCA1 BRCA2 mediata•Possono essere coinvolti nella regolazionedell’espressione espressione di BRCA1 o BRCA2•Possono agire indipedentemente da BRCA1 o BRCA2per modulare la penetranza

QUALI SONO I FATTORI CHEMODIFICANO LAPENETRANZA DELLEMUTAZIONI DEI GENI BRCAE/O NE FANNO VARIAREL’ ESPRESSIVITA’ CIOE’ ILFENOTIPO CLINICO ?

COORTE DI NASCITAUSO DI COETA’ ALLA PRIMA GRAVIDANZAESPOSIZIONE A RAGGI XOVARIECTOMIAPROFILATTICA IN PREMENOPAUSAAltri fattori genetici

Antoniou et al., The American Journal of Human Genetics (2008)10,358 mutation carriersSNPsFGFR2 (rs2981582)TNRC9 (rs3803662)MAP3K1 (rs889312)Gli SNPsFGFR2 andTNRC9sembrano agirein modomoltiplicativosul rischio dicancromammario neicarrier BRCA2BRCA2 mutation carriersAUMENTA IL RISCHIO DI CANCROFGFR2 rs2981582 (1.32x)MAP3K1rs889312 (1.12x)BRCA1 mutation carriers.NOBRCA1 and BRCA2 mutation carriersTNRC9 rs3803662 è STATO ASSOCIATOCON UN AUMENTO DI RISCHIO PER ILCANCRO MAMMARIO (1.13)

La maggior parte dei casi familiari ditumore mammario rimangono ancora nonspiegati.BRCA3 non è stato ancora identificatoMA ESISTERA’?•ALTRI APPROCCI PER L’IDENTIFICAZIONE LDI NUOVI GENI:•GENE CANDIDATO•STUDI DI ASSOCIAZIONE GENOME WIDE

GENE CANDIDATE APPROACH:Breast cancer susceptibility genes seem to beinvolved in sensing and signaling damage ratherthan being directly involved in DNA repairHigh-penetrance:TP53, pTENRisk variants: Multiple, different mutationsthat predominantly cause protein truncationFrequency: Rare (≤0.1%)Risk of breast cancer: 10- to 20-foldrelative riskModerate-penetranceATM, CHEK2Risk variants: Multiple, differentmutations that predominantly causeprotein truncationFrequency: Rare ( ≤0.6%)Risk of breast cancer: 2-to 4-foldrelative risk

GENOME-WIDE ASSOCIATION STUDY IDENTIFIES NOVELBREAST CANCER SUSCEPTIBILITY LOCIEaston DF et al. (Nature May 2007)STAGE 14,398 breast cancer cases 4,316 controls227,876 SNPs (77% of known common SNPs in Europeans at r2>0.5)STAGE221,860 cases +22,578controls30 SNPs in 5 novel lociStrong and consistent evidence of association with breast cancer (p

CONCLUSIONIBRCA1 e BRCA2 spiegano il 30% circa di tutti i casi di familiaritàLa penetranza e l’espressivitlespressività allelica delle singole mutazioni possono essere moltovariabiliFattori modificatori della penetranza delle mutazioni possono essere sere di tipo geneticoE’ molto improbabile che esista un terzo major gene di suscettibilititàSi presume che la maggior parte del rischio familiare sia attribuibile ad una componentepoligenica data dalla combinazione di più alleli a loci genici diversiIl rischio individuale attribuibile a ciascun allele separatamentete è molto basso ma nelsuo complesso il rischio di popolazione risulta molto maggiore di quello dei geni ad altapenetranza Studi di associazione caso controllo hanno portato all’identificazione di alcunidi questi geni o lociNell’ultimo anno almeno 8 nuovi geni di suscettibilità a bassa pentranza sono statiscoperti grazie a GWAS (Genome Wide Association studies)Le mutazioni in geni a bassa penetranza possono essere alla bassa a di una suscettibilitàgenetica allo sviluppo del ca mammario che non produce cluster familiare fdi malattiaIl confine tra forme di carcinoma mammario ereditario e forme sporadiche svasfumandosiNonostante i successi dell’ultimo anno basi molecolari dei tumori ereditari dellamammella rimangono ancora oggi non chiariti per la maggior parte e dei casi

Il confine tra forme di carcinoma mammario ereditario e formesporadiche va sfumandosiTUMORI FAMILIARITUMORI SPORADICIp53PTENBRCA1BRCA2BRIP/FANCJPALB2/FANCNATM5p12LSP1CASP8CDH1CHK28q24LKB1MAP3KFGFR2TNRC92q35

BREAST CANCER SUSCEPTIBILITYGENECLASSIFICATION(based on penetrance of the gene)Penetrance is the probability that a particularphenotype/disease is expressed in anindividual with a particular genotypeBreast cancer susceptibility is due to eitherhigh, medium and low penetrance genes