11.4.2 Kanker met ATRX mutaties zijn alternatieve verlenging van telomeren positief
ALT is een celproces dat door bepaalde soorten tumoren wordt gebruikt die op recombinatie-gemedieerde verlenging vertrouwen om telomeerlengte te behouden. De activering van ALT wordt typisch gevonden in PanNETs, gliomas, neuroblastomas, en sarcomas. Telomeer-specifieke fluorescentie in situ hybridisatie (FISH) werd uitgevoerd op een groep van 41 sporadische niet-functionele PanNETs . Interessant is dat 61% van de tumoren grote telomeren en een ultrahelder FISH-signaal vertoonden, consistent met een ALT-fenotype. Bovendien zijn PanNETs met ATRX- en DAXX-mutaties ook ALT-positief in deze reeks monsters. Een klein deel van de PanNETs zonder detecteerbare puntmutatie, insertie of deletie van ATRX en DAXX, bleek ALT-positief te zijn. Bij nader onderzoek bleek dat deze tumoren de nucleaire expressie van ATRX of DAXX verloren hadden, terwijl tumoren zonder ALT fenotype een robuuste expressie van beide eiwitten hadden.
Interessant is dat verlies van nucleaire expressie van ATRX en/of DAXX en de aanwezigheid van ALT alleen voorkomen bij patiënten met PanNET tumoren van ≥3 cm en met MEN1 mutatie. Dit suggereert dat deze gebeurtenissen later in de PanNET tumorigenese plaatsvinden, nadat de neoplasma gegroeid is voorbij de grootte van microadenomen (0.2 cm). Deze bevinding heeft geleid tot de ontwikkeling van een model dat de mogelijke stappen beschrijft voor de vorming van metastase in PanNETs. In principe treden DAXX/ATRX-mutaties op tijdens ongecontroleerde celdeling, die vervolgens chromosomale instabiliteit (CIN) induceert en ALT triggert om de telomeerlengte te behouden, wat leidt tot heterogeniteit van de telomeergrootte. Door CIN kunnen de aangetaste cellen chromosoomafwijkingen en een groot spectrum van mutaties verwerven die selectieve voordelen opleveren voor de celproliferatie en de totstandbrenging van dominantie in een subpopulatie van cellen. Dit suggereert dat DAXX/ATRX-verlies in combinatie met ALT-activering een oorzaak is van CIN, dat een specifieke subset van PanNETs kenmerkt. In niet-functionele PanNETs correleert de aanwezigheid van CIN met een grotere tumorgrootte, een hoog niveau van chromosoomafwijkingen en metastasen, terwijl CIN in functionele PanNETs, in het bijzonder insulinomen, correleert met een slechte uitkomst. Aldus wordt CIN voorgesteld als een diagnostisch hulpmiddel voor de ontwikkeling van metastatische ziekte.
Interessant is dat verlies van ATRX nucleaire expressie in pediatrische GBM multiforme, volwassen GBM, oligodendroglioma’s, en medulloblastoma’s ook correleert met een ALT-fenotype . De aanwezigheid van het ALT fenotype in graad IV astrocytomen (GBM multiforme) correleert met een positieve prognostische uitkomst. De mediane overleving van patiënten met ALT-positieve tumoren bedraagt 542 dagen, terwijl deze voor patiënten met niet positieve tumoren 247 dagen bedraagt. ALT-positieve tumoren bleken ook de overlevingskans van lagere graad astrocytomen te verhogen. De aanwezigheid van telomerase veranderde of verandert de overleving van patiënten met dit type tumor niet. Verlies van ATRX expressie in laaggradige astrocytomen correleert niet met een ALT fenotype . Er is echter een associatie van ATRX met ALT positiviteit in hooggradige pediatrische en volwassen astrocytomen (d.w.z., anaplastisch astrocytoom en GBM).
Neuroblastoom is een kanker van het sympathische zenuwstelsel en het wordt beschouwd als de meest voorkomende extracraniële solide tumor bij kinderen . Meer dan 90% van de patiënten met een neuroblastoom wordt gediagnosticeerd binnen de eerste 5 levensjaren, vaak vanwege de associatie met levensbedreigende symptomen. Neuroblastomen met een ALT fenotype worden geassocieerd met resistentie tegen chemotherapie, snelle groei en ongunstige resultaten. Ook werden mutaties in ATRX of DAXX gevonden in alle ALT-positieve neuroblastoom tumoren. In sommige zeldzame gevallen zijn mutaties in ATRX of DAXX gekoppeld aan een hoger risico van late recidief.
Sarcoma’s kunnen ALT-positief zijn, vaker in tumoren van mesenchymale oorsprong dan in die afkomstig van het epitheel . Het ALT-fenotype wordt gedetecteerd in 35% van de osteosarcomen en 35% van de weke delen sarcomen (STSs) . De grootste groep van STS-maligniteiten is het liposarcoom, dat 20% uitmaakt van alle tumoren van mesenchymale oorsprong . Telomeerbehoudsmechanismen (TMMs) in liposarcomen steunen 24% van de tijd op de ALT-route, in wezen het dubbele van de algemene incidentie van het ALT-fenotype . Er is een positieve correlatie tussen het gebruik van de ALT-route als TMM en de graad van de tumor in STS. Ongeveer 70% van liposarcomen van graad I vertonen immers geen TMM, terwijl in graden II en III 70% van de tumoren ALT of telomerase of beide vertonen. Daarom zou TMM een potentiële marker kunnen zijn voor kwaadaardigheid in tumoren van mesenchymale oorsprong en zou het uiteindelijk een doelwit kunnen zijn voor chemotherapeutische interventies. Zo gebruiken sarcomen met aspecifieke complexe karyotypen (d.w.z. osteosarcomen) vaker ALT als hun TMM dan sarcomen met eenvoudige karyotypen met specifieke translocatie .
Zoals eerder vermeld, hebben beide TMMs zeer verschillende karakteristieken en één daarvan is het verschil in CIN . Een studie, met behulp van FISH op de osteosarcoom cellijn U-2 OS, toonde aan dat ALT-positieve cellen een grote verscheidenheid aan telomeerlengtes vertoonden, ongebruikelijke configuraties van telomeerherhalingen en loci, en dicentrische markerchromosomen . Vergelijking van twee osteosarcoom cellijnen met telomerase activiteit toonde een toename in translocatie, deletie, en complexe chromosomale herschikkingen. Bovendien hadden ALT-positieve cellen een hogere frequentie van DNA-bruggen, een directe maat voor chromosoomafwijkingen, waarschijnlijk als gevolg van vrije chromosoomuiteinden. Deze vrije uiteinden maken end-to-end chromosomale fusie mogelijk, wat leidt tot breuk-fusie-brug cycli en toename van bruto chromosomale herschikkingen. Al met al tonen deze bevindingen aan dat mesenchymale tumoren met ALT een complexere chromosomale achtergrond hebben en dat hun mutaties niet-specifiek en onvoorspelbaar zijn. Er is gesuggereerd dat ALT mogelijk minder efficiënt is voor het behoud van telomeren omdat het een reeks gebeurtenissen kan veroorzaken die tot CIN leiden. Een andere mogelijkheid is dat ALT deze genetische veranderingen induceert en/of nodig heeft om goed te kunnen functioneren.
De betrokkenheid van ATRX bij sarcoom is vergelijkbaar met die van andere soorten kanker. In een studie die 573 sarcomen onderzocht, hadden 58 daarvan een volledig verlies van ATRX nucleaire expressie en werden geclassificeerd als hooggradige tumoren. In een andere reeks monsters waren bijna alle (41 van de 42) van de sarcomen met een volledig verlies van ATRX ook positief voor ALT.
Sarcomen hebben een andere uitkomst dan gliomen als het gaat om ALT-positieve tumoren. Zo heeft 60% van de patiënten met een ALT-positief osteosarcoom een 5-jaarsoverleving, terwijl 90% van de patiënten met zowel een niet-positieve ALT-tumor als een negatieve telomerase-activiteit een lager sterftecijfer heeft (5-jaarsoverleving) . Evenzo werd in een studie waarin liposarcoomtumoren en de overleving van patiënten werden onderzocht, gevonden dat patiënten met een ALT-fenotype zeer agressieve tumoren en een hoger sterftecijfer hebben, terwijl patiënten met telomerase-positieve tumoren agressief waren maar verschillen in overleving vertoonden . Over het geheel genomen hebben beide TMMs verschillende invloeden op tumorigenese en overleving van patiënten en het effect hangt sterk af van het specifieke type maligniteit dat wordt waargenomen.
Alles bij elkaar genomen, toonden deze bevindingen aan dat ATRX-mutaties cruciale gebeurtenissen zijn voor de ontwikkeling van het ALT-pad tijdens tumorigenese. Het verschijnen van het ALT fenotype is een late gebeurtenis die correleert met meer gevorderde en hogere graad tumoren. De aanwezigheid van ALT is geassocieerd met een positieve prognose in de meeste kankers en zou een potentieel therapeutisch doelwit kunnen zijn. Het behoud van de integriteit van het genoom door ATRX is van cruciaal belang voor zowel de ontwikkeling als het voorkomen van maligniteit in oncogene cellen; de onderliggende mechanismen zijn echter nog onduidelijk en vereisen verder werk.