Rodzinna polipowatość gruczolakowata (FAP, ang. familial adenomatous polyposis) stanowi około 1% wszystkich raków jelita grubego. De novo choroba występuje z częstością 1 na 8000 urodzeń. Wiek występowania objawów u chorych jest dość zróżnicowany, obserwuje się również różnice w wieku występowania objawów u rodzeństwa. Jednak można przyjąć, że wystąpienie raka jelita grubego w młodym wieku powinno być sygnałem do przeprowadzenia wywiadu rodzinnego, który pozwala na określenie, czy w rodzinie występuje wysoka dziedziczna predyspozycja. Występowanie pojedynczego przypadku choroby nie wyklucza wysokiej dziedzicznej predyspozycji, ponieważ chory może być pierwszym nosicielem mutacji. Objawy FAP występują wcześniej, niż w HNPCC i pojawiają się w drugiej dekadzie życia, choć obserwuje się przypadki występowania choroby nawet w wieku 5 lat. Podłożem genetycznym występowania polipów gruczolakowatych jest występowanie mutacji w genie APC w przypadku FAP i MUTYH w przypadku recesywnej formy polipowatości jelita.

Geny supresorowe nowotworów zaangażowane są w kontrolę proliferacji komórek. Produkty białkowe genów supresorowych biorą udział w kontroli cyklu komórkowego jako jego inhibitory, są także składnikami układu kontaktowego hamowania wzrostu. Geny supresorowe pełnią funkcję w utrzymywaniu liczby komórek na stałym poziomie. Zaburzenia tych mechanizmów prowadzą do zwiększenia częstości podziałów komórkowych, jak również wzrostu liczby błędów powstających podczas podziału. Prowadzi to do gromadzenia zmian w materiale genetycznym i wyselekcjonowania nieśmiertelnego klonu o bardzo częstych podziałach komórkowych, zdolnego zasiedlać inne tkanki.

Mutacje genów supresorowych mają charakter recesywny, ponieważ w przypadku genów supresorowych fenotyp mutacji jest maskowany przez prawidłowy allel genu. W inicjacji procesu nowotworowego występują dwie niezależne mutacje w obrębie locus genu supresorowego. W przypadku nosicielstwa zmutowanego allelu genu APC ryzyko wystąpienia drugiej mutacji, a tym samym inicjacji choroby nowotworowej, jest bardzo wysokie.

FAP została zidentyfikowana jako dziedziczny zespół chorobowy już w latach 20-tych dwudziestego wieku. W 1972 r. został opisany zespół Gardnera, który jest postacią FAP charakteryzującą się nie tylko obecnością setek czy tysięcy polipów w jelicie, lecz także kostniaków oraz przebarwień siatkówki (CHRPE, ang. congenital hypertrophy of the retinal pigment epithelium). Występowanie FAP zaczęto wiązać z regionem q21-q22 chromosomu 5 na podstawie obserwacji dużej delecji wykrytej w badaniach cytogenetycznych oraz wyników badań sprzężeń markerów RFLP pacjenta z zespołem Gardnera i zaawansowanym rozwojem polipów w jelicie grubym. Pod koniec lat osiemdziesiątych badania sprzężeń ukierunkowały poszukiwania genu na region obejmujący oddalone od siebie o 150 kpz geny APC i MCC. W 1991 r. u chorych z FAP przebadano trzy geny: DP1, SRP19 i DP2.5 znajdujące się w regionie, który uległ delecji. U dwóch pacjentów z FAP zaobserwowano 4 mutacje w genie DP2.5 (obecnie gen APC) prowadzące do powstania kodonu Stop, z których jedna była przekazana potomstwu. W następnym roku przebadano 79 chorych z FAP i zaobserwowano mutacje w genie APC u 67% chorych. W 92% były to mutacje prowadzące do skrócenia produktu białkowego genu APC. W wielu krajach zaczęto badać występowanie mutacji w genie APC i utworzono bazę danych mutacji dziedzicznych i somatycznych, w których zgromadzono dane o 826 mutacjach dziedzicznych i 650 mutacjach somatycznych (8). Funkcja białka APC była badana od 1993 r., gdy zaobserwowano, że wiąże się ono z β-kateniną, co wskazywało na uczestniczenie w adhezji komórek. W naszym kraju Bank DNA chorych, z FAP został utworzony w 1997 roku w Instytucie Genetyki Człowieka PAN w Poznaniu z inicjatywy A. Pławskiego i R. Słomskiego.

Gen APC (ang. adenomatous polyposis coli) położony jest na chromosomie 5 w regionie q21 i zawiera 21 eksonów. Charakterystyczną cechą genu APC jest występowanie dużego eksonu 15, który obejmuje ponad 70% sekwencji kodującej. Ekspresja genu obserwowana jest we wszystkich tkankach. Produktem transkrypcji jest mRNA o długości 8538 nukleotydów. Pierwsze eksony genu mogą tworzyć specyficzne tkankowo alternatywne transkrypty, np. w mózgu występuje produkt genu APC, dla którego kodon Start położony jest w eksonie BS (ang. brain specific). Wyeliminowanie kodonu 1, który koduje domenę super spirali, o której wiadomo, że służy do homo- lub heterodimeryzacji, wpływa na funkcjonalność produktu białkowego. Alternatywne składanie początkowych eksonów genu może być związane z występowaniem łagodnej formy polipowatości – AAPC (ang. attenuated adenomatous polyposis coli). Podobny efekt zaobserwowano w jednej z dwóch rodzin z mutacjami na końcu 3´ eksonu 9, gdzie w jednym przypadku wykazano modyfikujący efekt alternatywnego składania, prowadzący do łagodnej formy FAP. W związku z tym uważa się, że rodzaj, położenie mutacji jak również efekt alternatywnego składania wpływają na przebieg choroby.

Bardzo ciekawa jest obserwacja międzygenowego składania, w którego wyniku z genu APC zostaje usunięty ekson 14 i obejmujący prawie 70% genu ekson 15, a pozostały fragment łączy się z końcem 3´ genu SRP1. Wycięcie eksonu 14 lub 15 prowadzi do powstania dwóch izoform produktu różniących się zdolnością wiązania mikrotubul i β-kateniny, jak również sekwencją regionu 3´ niepodlegającego translacji, co może wpływać na stabilność mRNA oraz na funkcje produktu. Alternatywne składanie genu jest w tym przypadku związane z regulacją aktywności białka APC i nasuwa przypuszczenie, że pełni ono wiele różnych funkcji w komórce zwłaszcza, że w alternatywnym składaniu bierze udział ponad 75% eksonów.

Pełnej długości białko APC składa się z 2843 aminokwasów i występuje w cytoplazmie oraz w jądrze komórkowym. Dotychczas poznano kilka białek wchodzących w interakcję z białkiem APC. Należą do nich białko DLG, białko mikrotubul, GSKβ-3, β-katenina, γ-katenina, p34, Tid56, białko Auxin. Interakcje z wieloma białkami oznaczają, że białko APC bierze udział w regulacji wielu procesów w komórce, obejmujących podział, migrację, adhezję i różnicowanie komórek (ang. cell fate determination). W białku APC wyodrębniono kilka funkcjonalnych domen. Domena zasadowa obejmuje aminokwasy 2200-2400 (1). Fragment końcowy białka, między aminokwasami 1-171, zaangażowany jest w oligomeryzację. W białku APC występują dwa miejsca wiązania β-kateniny – we fragmencie obejmującym trzy 15-nukleotydowe powtórzenia między aminokwasami 1020-1169 i w regionie 20 aminokwasowych powtórzeń między aminokwasami 1324-2075. Wiązanie z mikrotubulami, występujące podczas zwiększonej ekspresji genu, odbywa się za pomocą fragmentu obejmującego aminokwasy 2130-2483. Aminokwasy 2560-2843 są miejscem wiązania z białkiem EB1, a aminokwasy 2771-2843 wiążą się z białkiem DLG. Nie wyodrębniono regionu związanego z procesem apoptozy, zaobserwowano jednak, że ekspresja prawidłowego białka APC w komórkach linii nowotworowej jelita prowadzi do wystąpienia tego zjawiska. W komórkach śluzówki jelita grubego produkt genu APC o masie 300 kDa uczestniczy w kontaktowym hamowaniu wzrostu komórek.

Białko APC oddziałuje także z γ-kateniną i β-kateniną. Obydwa białka wiążą się z białkiem adhezyjnym E-kadheryną. Fearon (1997) zaproponował schemat, w którym białko APC bierze udział w transdukcji sygnału i przez degradację β-kateniny wpływa na aktywność czynnika transkrypcji Tcf4 (ang. T-cell transcription factor 4) (ryc. 1). Białkiem regulującym tworzenie kompleksu białka APC z β-kateniną jest kinaza białkowa ZW3/GSK3β. Fosforylacja białka APC aktywuje wiązanie β-kateniny. Aktywność kinazy GSK3β jest regulowana poprzez białko dsh, wchodzące w interakcje z produktem genu WNT1. Białko APC związane z kinazą ZW3/GSK3β posiada zdolność inhibowania transkrypcji indukowanej przez β-kateninę. W przypadku utraty funkcji produktu genu APC następuje aktywacja czynnika transkrypcji Tcf4 ( TCF7L2). Komórka jest pobudzona do proliferacji w wyniku aktywacji transkrypcji genu c-MYC przez Tcf4. Produkt genu c-MYC występuje w jądrze komórkowym i posiada zdolność wiązania z DNA, aktywuje gen wzrostu – dekarboksylazę ornityny ( ODC1) i gen CDC25A, ponadto jest inhibitorem genu GAS1. Wykazano również, że aktywowany kompleks β-katenina-Tcf4 indukuje ekspresję Tcf1. W komórkach śluzówki jelita grubego gen APC działa jako regulator cyklu komórkowego inhibujący przez regulacje poziomu β-kateniny sygnał proliferacji pochodzący od transmembranowego białka E-kadheryny. W przypadku utraty funkcjonalności tego genu w tkance zostaje zaburzona równowaga między podziałami i śmiercią komórek. Białko APC oddziałuje także z p34, Tid56 i białkiem Auxin.

Mutacjami genu APC są najczęściej delecje lub insercje kilku par zasad, rzadziej substytucje. Większość mutacji (98%) prowadzi do skrócenia produktu białkowego. W przypadku substytucji, które stanowią 30% mutacji, kodon Stop powstaje w miejscu mutacji, a w przypadku delecji lub insercji stanowiących 68% mutacji powstaje w jej pobliżu w wyniku zmiany ramki odczytu. W genie występuje region o podwyższonej częstości występowania mutacji MCR (ang. mutation cluster region), który obejmuje kodony 1055-1309. W regionie tym występuje 23% wszystkich mutacji germinalnych. Ponadto wśród mutacji germinalnych zaobserwowano podwyższoną częstość trzech mutacji: delecji 5 pz w kodonie 1309 (10%), delecji 5 pz w kodonie 1061 oraz delecji 4 pz w kodonie 1064. Większość mutacji występuje w regionie 5´ eksonu 15 genu APC. Charakterystyczną cechą FAP jest utrata heterozygotyczności (LOH, ang. loss of heterozygosity) w genie APC powstająca w wyniku mutacji somatycznej w drugim allelu genu APC. Rozkład częstości tych mutacji jest różny od mutacji germinalnych. Do 60% mutacji somatycznych znajduje się we fragmencie, który obejmuje 8% genu między kodonami 1286 i 1513. Mutacje somatyczne występują w dwóch gorących miejscach (ang. hot spots) w kodonie 1309 i kodonie 1450. Mutacje w genie APC występują również w przypadkach raków jelita grubego niezwiązanych z polipowatością. W przypadkach tych nowotworów występują pojedyncze guzy, ponieważ musi dojść do mutacji w jednym z alleli genu APC, a następnie utraty heterozygotyczności w wyniku mutacji somatycznych. W przypadku zespołu Lynch (HNPCC) proces ten jest przyspieszany przez dziedziczone mutacje w genach naprawy DNA. Według najnowszych badań, dla inicjacji nowotworu jelita grubego niezwiązanego, z FAP nie musi wystąpić LOH w APC. W połowie sporadycznych nowotworów, w których nie zaobserwowano zmian w APC, powstanie nowotworu związane jest z heterozygotycznymi mutacjami w genie β-kateniny ( CTNNB1). Mutacje występują w miejscu fosforylacji β-kateniny przez kinazę GSK 3β. Powodują one wyłączenie regulacyjnej funkcji genu APC, co prowadzi do kumulacji β-kateniny, a tym samym ekspresji genu MYC i rozwoju nowotworu jelita grubego. β-katenina znajduje się za genem APC (ang. downstream) w szlaku kontaktowego hamowania wzrostu i w przypadku mutacji w tym genie proces nowotworowy przebiega niezależnie od stanu genu APC.

Podjęto próbę określenia związku między położeniem mutacji terminujących translację a obrazem klinicznym choroby i wystąpieniem objawów pozajelitowych. Zaobserwowano, że wystąpienie kodonu Stop przed kodonem 157 powoduje zmniejszenie liczby polipów i łagodny przebieg choroby. Klasyczny przebieg polipowatości z licznymi polipami ma miejsce w przypadku wystąpienia sygnału Stop między kodonami 169 a 1600. Mutacje występujące między kodonami 1403 i 1587 prowadzą do nasilenia objawów pozajelitowych. Występowanie włókniakowatości naciekowej związane jest z mutacjami w regionie między kodonami 1445 a 1578. Mutacje w końcu 3´ genu APC dają zróżnicowany obraz przebiegu choroby zarówno pod względem liczby polipów, jak również występowania objawów pozajelitowych.

Dziedziczenie zmutowanego allelu genu APC nie wywołuje obrazu klinicznego choroby. Pojawienie się objawów klinicznych związane jest z sekwencją dalszych zdarzeń w komórce. Zarówno w przypadku FAP jak i HNPCC komórki charakteryzują się bardzo wysokim ryzykiem wystąpienia utraty hetrozygotyczności w locus genu APC. W czasie rozwoju nowotworu zachodzą zmiany w obrębie genów supresorowych, onkogenów i genów naprawy DNA. Delecje obserwuje się w regionach występowania genów hamujących proliferację, położonych na chromosomach 5q ( APC, MCC), 17p ( TP53) i 18q ( DCC) oraz obserwuje się mutacje punktowe w obrębie protoonkogenu K-ras. W przypadku FAP ryzyko utraty heterozygotyczności jest bardzo wysokie, ponieważ jeden z alleli dziedziczony jest w formie zmutowanej. Ryzyko inicjacji nowotworu jest również wysokie w wyniku dziedziczenia mutacji. Mimo różnych przyczyn pierwszym etapem inicjacji choroby nowotworowej jest utrata heterozygotyczności w locus APC, prowadząca do zwiększenia proliferacji komórek w wyniku aktywacji transkrypcji protoonkogenu c-MYC. Częste podziały komórek prowadzą do wyselekcjonowania klonu z uszkodzonym genem MCC, co powoduje dysplazję i w dalszym etapie powstanie gruczolaka stopnia pierwszego. Wzrost tempa podziałów komórek powoduje dalsze gromadzenie błędów genetycznych i w wyniku następuje aktywacja protoonkogenu K-ras i delecja DCC (ang. deleted in colorectal cancer). Kolejnym etapem rozwoju nowotworu jest utrata funkcjonalności produktu genu TP53, co prowadzi do powstania gruczolakoraka, a dalsze gromadzenie błędów do powstania nowotworu inwazyjnego. Różnica w podłożu molekularnym FAP i HNPCC sprawia, że pojedyncze guzy w HNPCC rozwijają się szybciej do formy inwazyjnej niż w przypadku FAP.