Colon Cancer can be prevented Early detection improves prognosis Multitarget Stool DNA Testing for CRC Screening (NEJM 3.2014) Aspirin reduced risk for CRC - CAPP1, 2, 3.. Normal epithelium Adenoma Carcinoma Metastases מרכז כזה חשוב מכיוון שסרטן המעי ניתן למניעה. התפתחות סרטן המעי היא תהליך רב שלבי, שלוקח זמן. את הפוליפים ניתן להסיר אם רק יודעים עליהם, ויש גם משמעות ברורה לאבחון מוקדם. גם תחום הסקריניניג והמניעה, משתפר ומתרחב. סקרינינג באמצעות דנא בצואה - זו כותרת מהניואנגלנד מהשבוע, וכל סוגית האספירין., ארחיב על כך מעט בהמשך. Multistep process Cancer Hub 3/2014 1

All tumors are ‘genetic’ Chromosomal instability (CIN). Microsatellite instability (MSI). מעט על הבסיס הגנטי שח HNPCC: ממאירויות על רקע HNPCC מתבטאות בחוסר יציבות גנומית של מיקרוסטליטים (רצפי לויין), הנובעת מפגם באחד הגנים של מערכת ה MMR,

<20% of tumors are inherited מעט על הבסיס הגנטי שח HNPCC: ממאירויות על רקע HNPCC מתבטאות בחוסר יציבות גנומית של מיקרוסטליטים (רצפי לויין), הנובעת מפגם באחד הגנים של מערכת ה MMR,

Inherited CRC A relatively large number of monogenic syndromes associated with a high lifetime risk of CRC. Normal epithelium Carcinoma Metastases Adenoma המרכיב התורשתי משמעותי יותר בסרטן המעי. יחסית, התסמונות המונוגניות נפוצות יותר 4

2004 - Inherited CRC HNPCC FAP (APC) Rare Polyposis Syndromes כשתהחלנו ב 2004. המפה נראתה כך. מבין המצבים התורשתיים ידענו על הנפסס, פאפ ושלש תסמונות פוליפוזיס נדירות Rare Polyposis Syndromes Cowden's disease (PTEN) PJS (STK11) JPS (SMAD4, BMPR1A) Adapted from Burt RW et al. Prevention and Early Detection of CRC. 1996 Cancer Hub 3/2014

2014 - Inherited CRC HNPCC - Lynch / Syndrome X FAP (APC) MAP (MutYH) PPAP (POLE POLD1) היום הנפסס הוא אנטיטי הכוללת שתי קבוצות שונות – לינץ וסינדרום X. אנו מכירים את פאפ, מאפ ופפאפ , אפרט בהמשך Rare Polyposis Syndromes Cowden's disease (PTEN) PJS (STK11) JPS (SMAD4, BMPR1A) HMPS Adapted from Burt RW et al. Prevention and Early Detection of CRC. 1996 Cancer Hub 3/2014

Coloseq panel COLOSEQ NGS PANEL (UW) Gene Disease Association or Cancer Risk Complete Sequencing Del/Dup Added MLH1 Lynch, Muir-Torre Yes November 2011 MSH2 MSH6 Lynch PMS2 EPCAM APC FAP, Turcot MUTYH MAP CDH1 HDGC June 2012 PTEN Cowden STK11 Peutz-Jeghers TP53 Li-Fraumeni SMAD4 Juvenile Polyposis January 2013 BMPR1A POLE Colon, endometrial cancer NEW October 2013 POLD1 Colon cancer GALNT12 GREM1 Polyposis AKT1 Breast, thyroid cancers, macrocephaly PIK3CA Breast, thyroid cancer, macrocephaly זו רשימת הגנים שהוכחו כגורמים לפוליפוזיס וסרטן מעי תורשתי. הרשימה הזו היא בעצם הפאנל הגנטי המוצע לבדיקה ב NGS ב UW. שימו לב לרשימת הגנים שנוספה רק לאחרונה.

Next-Generation Sequencing (NGS) ERA: Analyze entire human genome in a clinically useful time frame Faster & cheaper generation of data , increased accuracy Sufficient for clinical application NGS does not cover variety of complex genetic aberrations : CNVs, structural changes, epigenomic changes זה עידן ה NGS. הטכנולוגיה מאפשרת לרצף במהירות, בדיוק רב יחסית ובמחירים יורדים את הגנום, או פאנלים של גנים נבחרים אך צריך לזכור: NGS לא עולה על שינויים סטרוקטורלים מורכבים, על CNV ועל שינויים אפיגנומים בנוסף, סוגיות הביואינפורמטיקה והפענוח מורכבות, דורשות זמן רב, ובמקרים רבים לא מאפשרים הסקת מסקנות קליניות post-sequencing analysis Bioinformatics

Coloseq panel COLOSEQ NGS PANEL (UW) Gene Disease Association or Cancer Risk Complete Sequencing Del/Dup Added MLH1 Lynch, Muir-Torre Yes November 2011 MSH2 MSH6 Lynch PMS2 EPCAM APC FAP, Turcot MUTYH MAP CDH1 HDGC June 2012 PTEN Cowden STK11 Peutz-Jeghers TP53 Li-Fraumeni SMAD4 Juvenile Polyposis January 2013 BMPR1A POLE Colon, endometrial cancer NEW October 2013 POLD1 Colon cancer GALNT12 GREM1 Polyposis AKT1 Breast, thyroid cancers, macrocephaly PIK3CA Breast, thyroid cancer, macrocephaly כך, לדוגמא הסיפור של GREM1

Coloseq panel COLOSEQ PANEL Gene Disease Association or Cancer Risk Complete Sequencing Del/Dup Added MLH1 Lynch, Muir-Torre Yes November 2011 MSH2 MSH6 Lynch PMS2 EPCAM APC FAP, Turcot MUTYH MAP CDH1 HDGC June 2012 PTEN Cowden STK11 Peutz-Jeghers TP53 Li-Fraumeni SMAD4 Juvenile Polyposis January 2013 BMPR1A POLE Colon, endometrial cancer NEW October 2013 POLD1 Colon cancer GALNT12 GREM1 Polyposis AKT1 Breast, thyroid cancers, macrocephaly PIK3CA Breast, thyroid cancer, macrocephaly Three pathways involved in the repair of base pair-level mutations can predispose to CRC אם מסתכלים על תמונת הגנים המעורבים בסרטן מעי משפחתי. הרי שניתן למפות לפחות שלשה מסלולים שונים המעורבים ב DNA REPAIR

Peutz Jeghers Syndrome GI polyposis & mucocutaneous pigmentation Polyps are most prevalent in the small intestine Mucocutaneous hyperpigmentation in childhood: around the mouth, eyes, nostrils, perianal area, buccal mucosa. Hyperpigmented macules on the fingers (may fade in puberty and adulthood) Females: risk for sex cord tumors with annular tubules (SCTAT) adenoma malignum of the cervix. Males: Calcifying Sertoli cell tumors of the testes, (gynecomastia)

FAP (Familial Adenomatous polyposis) Autosomal Dominant 75-80% have an affected parent. 3 per 100,000 people 1% of CRC 100-1000s precancerous colonic polyps. Mean age of 16 years (7-36y) By 35 years - 95% have polyps. Mean age of CRC is 39 years (range 34-43y) CRC is inevitable without colectomy. AFAP Fewer colonic polyps (average of 30) Age of CRC diagnosis is 50-55y

The APC gene (Adenomatous Polyposis Coli) Normal product: homodimerize and bind to other proteins (b, g-catenin, tubulin) Involved in: cell adhesion & intracellular signal transduction. normal apoptosis & proliferation (Wingless-Wnt signaling) Plays a role in: chromosome segregation & chromosomal instability, cell migration up the colonic crypt cell adhesion cell polarity

FAP (Familial Adenomatous polyposis) Extra colonic manifestations: polyps of the gastric fundus and duodenum, osteomas, dental anomalies, hypertrophy of the retina pigment epithelium (CHRPE), soft tissue tumors, desmoid tumors, associated cancers

FAP - Lifetime Risk of Extra-Colonic Cancer Site Type of Cancer Risk of Cancer Small bowel: duodenum or periampulla Carcinoma 4-12% Small bowel: distal to the duodenum Rare Stomach Adenocarcinoma 0.5% Pancreas ~2% Thyroid Papillary thyroid carcinoma CNS Usually medulloblastoma <1% Liver Hepatoblastoma 1.6% (children <age 5 years) Bile ducts Low, but increased Adrenal gland

APC Polymorphism I1307K (Ashkenazi Jews) – Increased risk for CRC A neutral variant - does not alter the function of the APC protein. 6% of Ashkenazi Jews and a smaller proportion of other Jews. Has not been seen in non-Jews. (Israeli Arabs) Carriers have approximately twice the risk of colorectal cancer Penetrance – 10-20% E1317Q mutation

MAP - MYH-associated polyposis - The MYH Gene: The MYH Gene initiates base excision repair Preventing G:C to T:A transversion caused by oxidative stress. APC: G→T → Stop codon Tumors from MAP patients: Somatic G:C to T:A mutations: ↑G→T; C→A mutations No- MSI

MUTYH-associated polyposis (MAP) MUTYH - a post-replicative DNA glycosylase Base excision repair (BER) repairs the majority of endogenous DNA damages (deaminations, depurinations, alkylations & oxidative damages) A signature of a defect in MUTYH is high proportion of GC→TA transversions in tumor target genes MUTYH הוא גן המעורב במערכת ה BER. פעילות לא תקינה שלו מתבטאת בשכיחות גדולה יחסית של transversions ברצפים מועדים. APC ו KRAS המוכרים לנו מכילים רצפים שכאלו. ה APC מכיל למעלה מ 200. APC & KRAS Cancer Hub 3/2014

MUTYH-associated polyposis (MAP) Autosomal recessive CRC 2002 - Germline bi-allelic mutations in MYH predispose to multiple adenoma or polyposis coli. Phenotype is similar to attenuated FAP ב 2002 התגלה שמוטציות ביאלליות גורמות לתסמונת רצסיבית דמוית FAP. ההסבר לכך הוא, שאי תפקוד של MYH מאפשר הצטברות מוטציות ב APC, ומכאן להיווצרות פנוטיפ של AFAP. הגורם התורשתי הוא ה MUTYH, ה target gene הוא APC. MYH נפוץ בארץ יותר בקרב יוצאי צפון אפריקה, שם אותרו מוטציות מייסד. בעצם תבנית המוטציות ברקמת הגידול, יכולה להחשיד במנגנון הגנומי. אם מאתרים ריבוי יחסי של transversions יש מקום לחשוד בפגם במערכת ה BER Cancer Hub 3/2014

100 years for Lynch Syndrome 1913 - Warthin’s report on ‘‘Cancer Family Syndrome’’ 1960 – Henry Lynch re-identifying the syndrome 1993 – The genetics behind כפי שראיתם. תסמונת לינץ' היא הנפוצה מבין תסמונות סרטן המעי. ועליה אדבר בדקות שנותרו. התסמונת תוארה לפני 100 שנים על ידי וורטין שתיאר את משפחת המשרתת שלו, היא חזרה לכותרות ב 1960 על ידי הנרי לינץ'. ב 1993 פוענח הבסיס הגנטי. Cancer Hub 3/2014

100 years for Lynch Syndrome 1913 - Warthin’s report on ‘‘Cancer Family Syndrome’’ 1960 – Henry Lynch re-identifying the syndrome 1:1000 1:370 Hampel, H. & A. de la Chapelle, Cancer prevention research, 2011. 4(1): p. 1-5 18,800,000 carriers worldwide 61,700 newly diagnosed Lynch related CRC worldwide Jemal, A., et al., Cancer statistics, 2010. CA Cancer J Clin, 2010. 60(5): p. 277-300. אם ב 2004 שכיחותה נאמדה ב 1:1000, הרי שכיום מדובר על 1:400. ההערכה היא שבעולם יש כ 19 מליון נשאים. ועדיין – למרות כל זאת מדובר במצב לא מאובחן. רק 5% מהאוכלוסיה החשודה העומדת בקריטריונים עברה ברור ללינץ LS is seriously under-diagnosed. <5 % of high risk patients received LS testing *Cross et al, Genet Med. 2013

Cancer Risks in Carriers by 70y Compared to the General Population General population risk Lynch Risks Mean Age of Onset Colon 5.5% 80% 44 years Endometrium 1.5-2.7% <60% 46 years Stomach <1% 11-19% 56 years Ovary 1-1.6% 9-12% 42.5 years Hepatobiliary tract 2-7% Not reported Urinary tract 4-5% ~55 years Small bowel 1-4% 49 years Brain/central nervous system 1-3% ~50 years ולמה זה כל כך חשוב. כי התחלואה בלינץ גבוהה. לדוגמא - . ושוב, ניתן למנוע.

Diagnostic Criteria Amsterdam (1991, 1998) ≥ 3 relatives with Lynch tumors* and: ≥ 2 generations; ≥ 1 case of CRC diagnosed before 50 years. One first-degree relative of the other two. Limited sensitivity (61-70%) * (endometrial, ovarian, small bowel, ureter or renal pelvis)

The Bethesda guidelines (1997, 2003) Any of: CRC < age of 50 years. Synchronous / metachronous LS-related tumors regardless of age. Tumor with a MSI-H histology < 60 years. CRC with ≥ 1 first-degree relatives with LS-related tumor (<50) or adenoma (< of 40) CRC with ≥ 2 relatives with LS-related tumors, regardless of age. >2005 - >4 Algorithms & Models for LS prediction

LS - Diagnostic Algorithm Clinical criteria (Amsterdam, Bethesda) Reflex Screening a a’ b b’ Mutation testing (Familial; Founder) Tumor testing Our dx algorithm is based on clinical info. Patients are seen in high risk clinics. My clinic is part of the oncology inst. Others are located in genetic / gastro departments. We recommend genetic work-up for all AC or BT positive patients, however, we pursue work-up in many others as well. We have become more and more tolerant on recommending genetic testing for LS during the last years, as many of the carriers do not qualify for any of the clinical criteria. IHC Gene testing sequencing MLPA Positive MSI Negative MLH1 HNPCC unlikely BRAF/Methylation Negative

HNPCC - Surveillance for Cancer All: >20-25y: 21-40 every 2 years; >40 Annual full colonoscopy (Prophylactic colectomy?) Females: >25-30y: Annual pelvic examination Annual transvaginal ultrasonography Annual endometrial aspiration Annual CA-125 screening. (Burke et al 1997, Brown et al 2001, National comprehensive Cancer Network 2003) (prophylactic TAH & BSO?) Other Extracolonic: Recommendations depend on family history!

Benefit of Surveillance (Jervinen 1995, 2000) 2-3y surveillance intervals A 63% reduction in the incidence of CRC A 65% reduction in overall mortality Gastroenterology. 2010 (Vasen et. al) A cumulative risk of 6% after 10-years. Risk for advanced cancer was 0.6% after 10-years Screening for MMR is cost-effectiveness Cancer Prev Res (Phila). 2011 (Vasen et. al)

post-replicative DNA mismatch repair The Genetics behind: In 1993: A link between The malfunction of post-replicative DNA mismatch repair & HNPCC

The mismatch-repair (MMR) system

Genomic instability in colon cancer: 85% - Chromosomal instability (CIN). 15% - Microsatellite instability (MSI).

Genomic instability in CRC: 85% - Chromosomal instability (CIN). 15% - Microsatellite instability (MSI). מעט על הבסיס הגנטי שח HNPCC: ממאירויות על רקע HNPCC מתבטאות בחוסר יציבות גנומית של מיקרוסטליטים (רצפי לויין), הנובעת מפגם באחד הגנים של מערכת ה MMR, "אונקולוגיה בעידן הגנום – תורת המידות"

1993 - MMR- Mutation Mismatch Repair MMR proteins recognize and repair base pair mismatches that occur during DNA replication - “DNA caretakers” MLH1 PMS2 MSH6 MSH2 MMR-work in pairs כאמור ב 1993 פוענח הבסיס הגנטי. מוטציה באחד מהגנים השייכים למערכת ה MMR גורמת לתסמונת לינץ'. מערכת ה MMR אמורה להגיה ולתקן טעויות ברצפי מיקרוסטליטים, המועדים יותר לצבור טעויות. אי תפקוד תקין של המערכת מוביל לאי יציבות של מיקרוסטליטים MSI Cancer Hub 3/2014

Microsatellite instability (MSI) MMR Loss IDLs Microsatellite instability Genes with microsatellites in coding regions are at ‘risk’ Target genes*: TGFBRII (PolyA 10) BAX (G8) IGFRIIR (G8) MSH3 (A)8 MSH6 TCF4 מכיון שמיקרוסטליטים פזורים לאורך הגנום, אי יציבות שלהם בעצם פוגעת בגנים בהם הם מצויים. זו רשימה חלקית של targe genes. גם כאן – הגן המוטנטי מוביל לפגיעה ב target genes Cancer Hub 3/2014

Carrier LOH אם המכונית משקפת את האדם המצוי, הרי שהנשא נולד עם מערכת אחת של בלמים, אבל ברקמת הגידול גם המערכת השניה משתבשת. Cancer Hub 3/2014

Tumor Testing – Surrogate Biomarker MSI מה שגורם לכך שברקמת הגידול לא יהיה ביטוי של הגן המוטנטי ותהיה תמונה של MSI. בזכות זה, יש לנו Surrogatebiomarker לנוכחות התסמונת.. זו בעצם הבדיקה המתבצעת בשאלה אבחנתית של לינץ Cancer Hub 3/2014

LOH Mechanisms for LOH? Intervention Cancer Hub 3/2014

CMMR-D Autosomal recessive LS Colon Cancer Carrier of c.686_687delCT mutation in PMS2 8 Endometrial Cancer Bladder Cancer MMR-D 2 בשנים האחרונות הכרנו גם תמוה רצסיבית של לינץ. אלו 2 משפחות שתיארנו. אחת אשנזיה ואחת מוסלמית. בשתיהן נולדו ילדים הומוזיגוטים ללינץ'. מצב המכונה CMMRD לרב הילדים יש סטיגמטה של NF1 – והם חולים בסרטן בגיל צעיר. לרב לויקמיות, סרטן המעי וסרטן המוח. בשנתיים האחרנות התגלו כ 10 משפחות כאלו בארץ. ההוירים נשאים ללינץ. לילדים יש MMRD Toledano, Goldberg, et al. FamCan. 2009

Lynch Carrier LOH אם המכונית משקפת את האדם המצוי, הרי שהנשא נולד עם מערכת אחת של בלמים, אבל ברקמת הגידול גם המערכת השניה משתבשת. Cancer Hub 3/2014

Parent child אם המכונית משקפת את האדם המצוי, הרי שהנשא נולד עם מערכת אחת של בלמים, אבל ברקמת הגידול גם המערכת השניה משתבשת. Cancer Hub 3/2014

Thank you