Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Dr. Klein, Dr. Rost und Kollegen

Kolorektales Karzinom (CRC) - Analyse der Mikrosatelliteninstabilität (MSI) [C18.-, C19, C20, C21.-] [Z80.0]

OMIM-Nummer: 120435

Dr. biol. hum. Stefanie Kühner,
Prof. Dr. med. Barbara Dockhorn-Dworniczak

Wissenschaftlicher Hintergrund

HNPCC (Hereditary Nonpolyposis Colorectal Cancer) wird autosomal-dominant vererbt durch Mutationen in den DNA-Mismatch-Reparaturgenen (MMR) MLH1, MSH2, MSH6, und PMS2. Die zunächst vorliegende, meist von einem Elternteil vererbte Keimbahnmutation ist in jeder Körperzelle vorhanden, wobei das zweite, funktionstüchtige Allel für ein intaktes Reparatursystem ausreichend ist. Durch ein zufälliges Mutationsereignis (somatische Mutation) wird auch das bisher intakte Allel funktionslos und die Zelle zeigt einen Reparaturdefekt (Zwei-Treffer-Hypothese nach Knudson).

Inaktivierende Punktmutationen in MLH1 und MSH2 finden sich in etwa 60% bzw. 30% der MMR-Gen-Mutationen, 7-10% sind MSH6- und weniger als 5% PMS2-Mutationen. Das MMR-System erkennt und korrigiert Fehler während der DNA-Replikation. Infolge von Mutationen in MMR-Genen kommt es während der Zellteilung im Tumorgewebe zur fehlerhaften DNA-Replikation, was sich anhand der variablen Länge von Mikrosatelliten-DNA (Mikrosatelliteninstabilität, MSI) nachweisen lässt.

Die HNPCC-Diagnostik erfolgt stufenweise: Besteht der Verdacht auf HNPCC (nach den Amsterdam- bzw. revidierten Bethesda-Kriterien) wird zunächst eine Mikrosatelliten-(MSI-) Analyse sowie eine immunhistochemische Analyse (IHC) aus Tumormaterial durchgeführt.

Auf der Basis ihres MSI-Status können Tumoren in zwei Kategorien eingeteilt werden:

1) Tumoren ohne MSI, sogenannte MSI-stabile Tumoren (MSS),

2) Tumoren mit einem hohen Level (>29%) an MSI (MSI-H)

MSI-H kann entweder Lynch-Syndrom-assoziiert sein, durch Vererbung einer MMR-Gen-Mutation, oder eine sporadische MSI durch Hypermethylierung des MLH1-Promotors. Patienten mit MSI-H-Tumoren haben eine günstigere Prognose als Patienten mit MSS-Tumoren. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Patienten mit MMR-defizienten Zellen resistenter gegenüber 5-Fluorouracil (5-FU) sind als Patienten mit intaktem MMR.

Die immunhistochemische Analyse kann bereits durch fehlende Anfärbung eines der Genprodukte von MLH1, MSH2, MSH6 oder PMS2 einen Hinweis auf das betroffene Gen geben. MLH1 und PMS2 sowie MSH2 und MSH6 bilden miteinander Proteinkomplexe. Daher bewirkt eine Keimbahnmutation in MLH1 einen Expressionsverlust sowohl des MLH1- als auch des PMS2-Proteins, eine MSH2-Mutation führt zu Expressionsverlust sowohl des MSH2-als auch des MSH6-Proteins. Umgekehrt gilt dies nicht.

Bei Ausfall der MLH1- und PMS2-Proteine in der IHC sollte zunächst abgeklärt werden, ob es sich um einen Ausfall der Proteinexpression durch eine MLH1-Promotormethylierung bei einem sporadischen Karzinom handelt. Dazu wird eine BRAF-Analyse bzw. Analyse der MLH1-Promotormethylierung am Tumormaterial durchgeführt, da die Promotormethylierung durch somatische Mutationen in BRAF entstanden sein kann. Nach heutigem Kenntnisstand kommen BRAF-Mutationen (insbesondere die Mutation V600E) bei HNPCC-Patienten nicht vor, sondern nur bei etwa 40% der sporadischen kolorektalen MSI-H-Tumore mit MLH1-Ausfall. Bei auffälliger Immunhistochemie ohne Hinweis auf einen sporadischen Tumor erfolgt die molekulargenetische Untersuchung der Gene MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 aus EDTA-Blut auf eine Keimbahnmutation je nach IHC-Ausfall. Der Nachweis einer Keimbahnmutation in einem der MMR-Gene sichert die Diagnose HNPCC bzw. Lynch-Syndrom.

Genetische Veränderungen bei Lynch-Syndrom und sporadischen kolorektalen Karzinomen (Modifiziert nach Boland CR and Goel A, Gastroenterology 138:2073 (2010))