Basal Cytokeratins and HER-2 Oncogene in Breast Cancer

Abstract

Rintasyöpään sairastuu melkein joka kymmenes suomalainen nainen elinaikanaan. Rintasyöpä on siis kansanterveydellisesti merkittävä tautiryhmä, jota tulee nykytietämyksen mukaan käsitellä monimuotoisena sairautena, joka jakautuu useisiin biologisesti ja kliinisesti toisistaan poikkeaviin alaryhmiin. Jotta yksittäisen rintasyöpäpotilaan hoitoa ja ennustetta voitaisiin tarkentaa, nämä alaryhmät tulisi olla tunnistettavissa ja niiden hoidollinen ja ennusteellinen merkitys tulisi tietää.

Väitöskirjassa tutkittiin epiteelin tyvisolukon tukirankaproteiineja eli sytokeratiineja ilmentäviä ns. basaalityypin rintasyöpiä, jotka muodostavat oman rintasyöpäalaryhmänsä. Tutkimuksessa kehitettiin immunohistokemiallinen tunnistusmenetelmä basaalityypin rintasyövälle. Basaalityypin rintasyöviksi on luokiteltavissa noin 10 % ei-perinnöllisistä rintasyövistä ja noin 80 % perinnöllisistä kasvaimista, joissa on syövälle altistava BRCA1-rintasyöpägeenin mutaatio. Tutkimus osoitti, että basaalityypin rintasyövät ovat tyypillisesti aggressiivisia, hormonaaliselle lääkehoidolle reagoimattomia ja nopeasti jakautuvia kasvaimia, jotka ilmentävät niille tunnusomaisia proteiineja. Vaikka basaalityypin kasvaimissa saattaa olla HER-2-syöpägeenin monistuma, joka mahdollistaa vasta-aineperusteisen täsmähoidon, basaalityypin kasvaimet ja HER-2 monistuneet rintasyövät ovat pääasiassa erillisiä tautiryhmiä. Tutkimus tuo tämän lisäksi ensimmäistä kertaa selvästi ilmi, että basaalityypin rintasyövät jakautuvat kahdeksi erilliseksi alaryhmäksi, joilla on erilaiset biologiset ja ennusteelliset ominaisuudet.

Tulosten perusteella basaalityypin kasvaimilla on taipumus uusiutua aikaisessa vaiheessa. Kuitenkaan basaalityypin rintasyövän ennuste ei eroa muiden hormonaaliselle lääkehoidolle reagoimattomien kasvainten ennusteesta. Vaikka ennusteellista eroa ei havaittukaan näiden ryhmien välillä, komplementaarisella DNA-sirutekniikalla (cDNA microarray) saatujen tulosten perusteella basaalityypin rintasyövät eroavat muista hormonaaliselle lääkehoidolle reagoimattomista rintasyövistä geenien ilmentymisen suhteen.

Väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin kaksivärinen kromogeeninen in situ hybridisaatio -menetelmä (dc-CISH), jolla voidaan tunnistaa kasvaimista yksinkertaisesti ja luotettavasti erilaisten geenien kopiolukuja. Geenikopiolukujen määrä saattaa muuttua kasvaimissa, ja niillä on useissa tapauksissa vaikutusta potilaan hoitoon ja ennusteeseen.

Tutkimus toi uutta tietoa basaalityypin rintasyövän luokittelusta, biologisista ominaisuuksista ja ennusteesta. Tuloksia voidaan hyödyntää basaalityypin rintasyövän kliinisissä tutkimuksissa ja jatkossa mahdollisesti diagnostiikassa, kun kyseinen rintasyöpäalaryhmä otetaan mitä todennäköisimmin huomioon kasvainten luokittelussa hoidollisten ja ennusteellisten seikkojen tarkennuttua.

Breast cancer is no longer regarded as a single disease group but it represents a variety of subgroups with unique biological and clinical characteristics. Basal phenotype breast cancers form one of the subgroups with a unique gene expression profile and cytokeratin expression pattern. Another important breast cancer subgroup determinant is HER-2 oncogene amplification, which is both a prognostic and predictive factor in breast cancer.

In this study, basal phenotype breast cancer was studied by both immunohistochemistry and cDNA microarrays. Immunohistochemical identification of basal phenotype breast cancer was conducted using a triple antibody cocktail of p63 and basal cytokeratins 5 and 14. Since there was no association between p63 and basal cytokeratin expression, breast cancer was regarded as basal phenotype if basal cytokeratin expression was present. The basal phenotype was seen in ~10% of sporadic invasive ductal, sporadic HER-2 amplified, and hereditary BRCA2 germ-line mutated tumors, while BRCA1 germ-line mutated tumors showed 78% prevalence of the basal phenotype. Sporadic basal phenotype tumors always expressed luminal cytokeratins, which supports the progenitor cell origin of basal phenotype tumors. In contrast, a small number of CK5/14-positive BRCA1 germ-line mutated hereditary tumors lacked luminal cytokeratin expression.

The most prominent features associated with basal phenotype breast cancer were histologic grade III and steroid hormone receptor negative status. Other features characteristic of basal phenotype breast cancers were high proliferation activity, immunopositivity for vimentin, c-kit, p53, EGFR immunopositivity, and negativity for Bcl-2. Additionally, this study showed that even if HER-2 amplification and the basal phenotype can co-exist, they are inversely associated within the ER-negative tumor subgroup. Interestingly, this study showed for the first time that basal phenotype tumors are divided into two microscopically distinguishable tumor subtypes, which differ in the biological features typical of basal phenotype tumors. "Basoluminal" tumors show heterogeneous basal cytokeratin expression in lower proportion of the tumor cells while "basal" subtype tumors stain uniformly with basal cytokeratins. High proliferation activity and c-kit and vimentin immunopositivity were seen more frequently in the basal than in the basoluminal tumor subtype. Conversely, basoluminal tumors were larger in size than basal tumors and included almost all of the HER-2 amplified CK5/14 expressing tumors.

When basal phenotype tumors were studied as one group for prognosis, it was shown that they have significantly worse survival estimates during the first years of follow-up than the basal cytokeratin negative tumors. Although, when survival was studied within the ER-negative subgroup, no adverse survival was seen at any stage for basal phenotype tumors identified either by immunohistochemistry or cDNA microarrays. Still, the basal phenotype tumors differ biologically from other ER-negative tumors since they display a unique gene expression profile within the ER-negative tumor subgroup. Further, the newly defined basal phenotype breast cancer subtypes differed in prognosis. The basoluminal subtype tumors had worse survival estimates than the basal subtype breast cancers. This difference was not explained by more frequent HER-2 amplification in the basoluminal subtype.

In this study a dual-color chromogenic in situ hybridization (dc-CISH) method was developed for the simultaneous detection of probes against the HER-2 oncogene and the chromosome 17 centromere. Distinct probe detection was achieved by using two enzymes and a combination of green and red chromogens. The HER-2/chomosome 17 centromere ratios obtained by dc-CISH were highly concordant with the results gained by the FDA-approved fluorescence in situ hybridization (FISH) method. dc-CISH combines the good qualities of both FISH and CISH and represents a simple and reliable method for gene copy number assessment in conjunction with good morphological examination and brightfield microscopy.