Molecular biomarkers of dysplasia and cancer in inflammatory bowel disease

Biologiske markører som varsler om forløperlesjoner til kreft ved IBD vil kunne forbedre seleksjon av pasienter som bør følges opp med regelmessige koloskopier.

Del 1 av studien er gjennomført og publisert som avhandling phd: Colorectal Cancer and IBD in Norway – A retrospective Analysis, Unipub 2008/2009. Del 2 av studien omfatter det aktuelle forskningsarbeid, og gjennomføres av Stephan Brackmann i en 40% post-doc stilling. Kronisk inflammatorisk tarmsykdom (IBD) er en tarmbetennelse der symptomer ofte starter i ung alder og vender tilbake gjennom hele livet. IBD består hovedsakelig av to typer: ulcerøs kolitt og Crohn`s sykdom. Norge er ett av landene i verden med høyest forekomst av IBD. Risikoen for tykktarmskreft er økt i forhold til bakgrunns-befolkningen. Tidlig diagnose av ondartet utvikling ved IBD baserer seg per i dag på histologiske celleforandringer (dysplasi). Dysplasi er vanskelig å oppdage, da den kan forkomme flekkvis og i makroskopisk upåfallende tarmslimhinne. Det er derfor ønskelig å finne biologiske markører i blod, avføring eller tarmslimhinnen som varsler om dysplasi eller cancer ved IBD. Kunnskap om molekylær biologiske mekanismer ved CRC-IBD danner grunnlaget for å finne relevante cancer markører. Postdoktorstipendiaten ble våren 2014 invitert av våre samarbeidspartnere fra University of Washington, Seattle, USA til et symposium. Metoden for å analysere polyguanin-variabilitet som indikator for genomisk instabilitet i tarmslimhinnen (jfr. Rapport 2013) tilpasses for tiden vårt materiale som består av formalin fikserte parafin innstøpte tarmbiopsier som delvis har vært lagret i over 30 år. Analysen av tarmbiopsiene fra CRC-IBD versus IBD uten CRC er planlagt sommeren 2015. Inklusjon av pasienter i den prospektive CRC-IBD kohorten i samarbeidet med Lovisenberg Diakonale Sykehus er fullført (jfr. Rapport 2013). Median sykdomsvarighet fra IBD diagnosen var 17 år. Fire prosent viste lettgradig dysplasi, og tre prosent CRC. Kohorten undersøkes fortløpende med kikkertundersøkelse av tarmen hvert 2.-3. år. Avføringen fra denne kohorten og til sammenligning fra en populasjons basert IBD kohort (IBSEN 20 års oppfølging) ble i 2014 sendt til Mayo klinikken, Rochester, Minnesota, USA og analyseres p.t. på potensielle cancer markører i feces (jfr. Rapport 2013). For videre koordinering av forskningsaktiviteten innen CRC ved IBD, opprettet vi i 2014 en CRC-IBD gruppe ved Akershus Universitetssykehus med representanter fra medisinsk-, kirurgisk- og patologisk avdeling samt Epi-Gen Instituttet. Vi opprettet en generell biobank for operasjonspreparater fra IBD pasienter (REK-godkjenning 2014/722 CRC ved IBD). I dette materiale skal vi se på aktiviteten av APOBEC, et enzym som lager mutasjoner og som kan bidra til kreftutvikling dersom ikke aktiviteten holdes i sjakk av andre enzymer.

Del 1 av studien er gjennomført og publisert som avhandling phd: Colorectal Cancer and IBD in Norway – A retrospective Analysis, Unipub 2008/2009. Del 2 av studien omfatter det aktuelle forskningsarbeid, og gjennomføres av Stephan Brackmann i en 40% post-doc stilling.

Kronisk inflammatorisk tarmsykdom (IBD) er en tarmbetennelse der symptomer ofte starter i ung alder og vender tilbake gjennom hele livet. IBD består hovedsakelig av to typer: ulcerøs kolitt og Crohn`s sykdom. Norge er ett av landene i verden med høyest forekomst av IBD. Risikoen for tykktarmskreft er økt i forhold til bakgrunns-befolkningen. Tidlig diagnose av ondartet utvikling ved IBD baserer seg per i dag på histologiske celleforandringer (dysplasi). Dysplasi er vanskelig å oppdage, da den kan forkomme flekkvis og i makroskopisk upåfallende tarmslimhinne. Det er derfor ønskelig å finne biologiske markører i blod, avføring eller tarmslimhinnen som varsler om dysplasi eller cancer ved IBD. Kunnskap om molekylær biologiske mekanismer ved CRC-IBD danner grunnlaget for å finne relevante cancer markører.

Vi har kartlagt kromosomal og mikrosatelitt instabilitet i materialet (årsrapport 2012) og har presentert funnene ved ASCO møtet i Chicago, USA i begynnelsen av 2013. Manuskript for publisering er under arbeide.

Vi har innhentet det biologiske materialet til kontroll pasientene som ble identifisert i 2012 og innhentet formalin fikserte, paraffin innstøpte tarmbiopsier fra arkivene til Akershus Universitetssykehus, og Rikshospitalet.

Materialet skal nå analyseres på biomarkører i tarmslimhinnen i samarbeid med pat.avd. OUS-Rikshospitalet (telomer-lengde og telomerase-aktivitet). Materialet vurderes også brukt til analyse av mitokondrie dysfunksjon som ledd i carcinogenesen ved IBD og kartlegging av polyguanin-variabilitet som indikator for genomisk instabilitet ved IBD i samarbeid med Universitetet i Washington, Seattle, USA.

Vi har inkludert pasienter i den prospektive CRC-IBD kohorten i samarbeidet med Lovisenberg Diakonale Sykehus (årsrapport 2012) og chromo-endoskopert pasientene samt samlet fersk frosne tarmbiopsier, blod og avføringsprøver. Inklusjonen vil bli avsluttet ila. 2014.

Vi har gjennomført innsamling og prosessering av avføring som ledd i 20 års oppfølging av en populasjonsbasert kohort IBD pasienter (IBSEN studien). Materialet skal analyseres ved Mayo-klinikken, Rochester, USA på et panel av nye cancermarkører.

Formålet med prosjektet er å fremskaffe ny epidemiologisk kunnskap om tykktarmskreft (CRC) og kronisk inflammatorisk tarmsykdom (IBD) (del 1), og ny viten om cancermarkører i tarmslimhinnen (del 2) for å forbedre diagnose og prognose til CRC-IBD.

Del 1 av studien er gjennomført og publisert som avhandling phd: Colorectal Cancer and IBD in Norway – A retrospective Analysis, Unipub 2008/2009. Del 2 av studien omfatter det aktuelle forskningsarbeid.

Kronisk inflammatorisk tarmsykdom (IBD) er en tarmbetennelse der symptomer ofte starter i ung alder og vender tilbake gjennom hele livet. IBD består hovedsakelig av to typer: ulcerøs kolitt og Crohn`s sykdom. Norge er ett av landene i verden med høyest forekomst av IBD. Risikoen for tykktarmskreft er økt i forhold til bakgrunns-befolkningen. Tidlig diagnose av ondartet utvikling ved IBD baserer seg per i dag på histologiske celleforandringer (dysplasi). Dysplasi er vanskelig å oppdage, da den kan forkomme flekkvis og i makroskopisk upåfallende tarmslimhinne. Det er derfor ønskelig å finne biologiske markører i blod, avføring eller tarmslimhinnen som varsler om dysplasi eller cancer ved IBD. Kunnskap om molekylær biologiske mekanismer ved CRC-IBD danner grunnlaget for å finne relevante cancer markører.

Tykktarmskreft i den generelle befolkningen (sporadisk CRC) oppstår i hovedsak via tre hovedveier. Omtrent 80% er kromosom instabile (aneuploid) og mikrosatelitt stabile mens ca. 15-20% er kromosom stabile (euploid) og mikrosatelitt instabile. En liten andel er både kromosom og mikrosatelitt stabile, og representerer kreft utvikling via en tredje mekanisme, såkallt CpG island methylator phenotype (CIMP).

Forekomsten av kromosomal- og mikrosatelitt instabilitet samt CIMP er lite undersøkt ved CRC-IBD. Vi har tidligere rapportert forekomsten av kromosomal instabilitet i vår kohort (2011). I 2012 har vi i samarbeid med Centre for Cancer Biomedicine, OUS, analysert mikrosatelitt status i materialet. De fleste cancere er mikrosatelitt stabile (64%), mens kun noen få er mikrosatelitt instabile (6%). I tredve prosent av materialet var PCR produktet utilstrekkelig for sikker vurdering av mikrosatelitt status, sansynligvis pga.uttalt DNA fragmentering. Sammenlignet med ploidi data (46 tumores), viser det seg at alle kromosomal instabile tumores (78.3%) er mikrosatelitt stabile, og alle mikrosatelitt instabile tumores (8.7%) er chromosomal stabile. Tretten prosent av tumorene var både chromosomal og mikrosatelitt stabile. Det gjenstår å se hvilken cancer mekanisme disse tumorene representerer.

Videre har vi i 2012 laget en kontroll gruppe ved å matche to IBD-pasienter uten dysplasi eller cancer til hver CRC-IBD pasient utfra alder, kjønn og type IBD. Snitt fra tarmbiopsier til alle kontroll pasienter ble histologisk revurdert for å sikre riktig diagnose. Dette materialet skal brukes for immunhistokjemiske kasus-kontroll studier av potensielle cancer markører.

Vi har i 2012 samarbeidet med Lovisenberg Diakonale Sykehus om rekrutering og inklusjon av pasienter til en prospektiv IBD kohorte, hvor det samles biologisk materialet som ikke er tilgjenglig i den retrospektive kohorten (fersk frosne biopsier og avføring). Vi har også samarbeidet med IBSEN gruppen om innsammling av avføring fra den populasjonsbaserte kohorten 20 år etter debut av sykdommen. Biopsiene skal brukes for å teste en ny cancer markør (SLC39A14, kfr. rapporten fra 2011). Avføringen skal som ledd i et samarbeid med Mayo-klinikken, Rochester, USA undersøkes på et panel av nye cancermarkører.

Del 1 av studien er gjennomført og publisert som avhandling phd: Colorectal Cancer and IBD in Norway – A retrospective Analysis, Unipub 2008/2009. Del 2 av studien omfatter det aktuelle forskningsarbeid.

Kronisk inflammatorisk tarmsykdom (IBD) er en tarmbetennelse der symptomer ofte starter i ung alder og vender tilbake gjennom hele livet. IBD består hovedsakelig av to typer: ulcerøs kolitt og Crohn`s sykdom. Norge er ett av landene i verden med høyest forekomst av IBD. Risikoen for tykktarmskreft er økt i forhold til bakgrunns-befolkningen. Tidlig diagnose av ondartet utvikling ved IBD baserer seg per i dag på histologiske celleforandringer (dysplasi). Dysplasi er vanskelig å oppdage, da den kan forkomme flekkvis og i makroskopisk upåfallende tarmslimhinne.

Studier fra CRC i bakgrunns befolkning (sporadisk CRC) viser at circa 80% er kromosom ustabile (aneuploid) men mikrosatelitt stabile og ca. 15-20% er kromosom stabile (euploid) men mikrosatelitt ustabile.

I samarbeid med Centre for Cancer Biomedicine, OUS, er ploidi-status til 50 pasienter med CRC-IBD kartlagt ved hjelp av digital bilde cytometri. 32/50 (64%) pasienter viste aneuploide og 18/50 (36 %) pasienter euploide (13 diploid, 5 tetraploid) svulster. Korrigert for alder og tumorstadium viste pasienter med aneuploid CRC-IBD redusert overlevelse sammenlignet med diploid CRC-IBD. Vi fant ingen kliniske eller histologiske faktorer som var relaterte til ploidi-status.

Funnene ble offentliggjort ved Digestive Disease Week in Chicago i mai 2011 og et manuskript er under arbeide. For tiden analyseres også mikrosatelitt status i materialet. Dette er viktig for å kunne relatere cancermarkører til signalveier til enten kromosom- eller mikrosatelitt ustabile cancere.

Tidligere studier tyder på at genetiske celleforandringer i tarmslimhinnen oppstår før dysplasi og er påvisbar i et større område i tarmen enn dysplasi.

Vi er interessert i å finne ut om noen cancermarkører allerede er tilstede på det tidspunktet pasienten har de første symptomer på IBD. I forbindelse med IBSEN-II studien (2005-2007) ble 221 pasienter med nyoppstått IBD undersøkt ved Akershus Universitet Sykehus og kliniske data samt tarm-, blod- og avføringsprøver ble samlet inn.

Som et pilotprosjekt ble ti frosne biopsier fra IBSEN-II studien undersøkt på forekomsten av en ny cancermarkør (SLC39A14) ved Centre for Cancer Biomedicine, OUS. Alle biopsiene viste aktiv betennelse men ingen dysplasi. Syv av ti biopsier var SLC39A14 negative, mens 3 var svak positive. SLC39A14 i tarmslimhinnen skal nå testes i forhold til forekomsten av dysplasi.

Vi har også kartlagt kliniske, biokjemiske og histopatologiske faktorer for sykdomsaktivitet i IBSEN-II materiale. Ved ulcerøs kolitt var den kliniske sykdomsaktiviteten relatert til graden av betennelse i tarmslimhinnen. Ved Crohns`s sykdom var den uavhengig av betennelses-graden i tarmslimhinnen. Det bekrefter mistanken om en systemisk sykdoms komponent ved Crohns sykdom og kan ha betydning for dannelsen av cancer markører.

Stephan Brackmann’s postdoc period started 1/5-2010. He was on sickleave during the last 6 weeks of 2010, thus his research period in 2010 was limited to less than 6 months.

The aim of the project is to gain new epidemiologic knowledge about colorectal cancer (CRC) and chronic inflammatory bowel disease(IBD), (Part 1), and new knowledge of markers of CRC development in the mucosa (Part 2) in order to improve diagnosis and prognosis for CRC in IBD.

Part 1 of the study is already carried out and the study published as a PhD Thesis: Colorectal Cancer and IBD in Norway – A retrospective Analysis, Unipub 2008/2009. Part 2 of the study includes the present postdoc project.

Chronic inflammatory bowel disease usually starts in young age and has a progressive, partly disabling, life long course. Norway is one of the countries in the world with the highest incidence rate of IBD. The risk of CRC in IBD is increased compared to the background population. Early diagnosis of of CRC in IBD today is based on endoscopic biopsy with histology showing cell changes (dysplasia). Dysplasia may be difficult to detect du to an eneven distribution in the bowel, and the fact that the microscopic changes is inviseble for the eye at endoscopy.

Previous studies may indicate that genetic changes precedes dysplastic lesions and may be detected in wider areas compared to dysplasia. Studies of sporadic cancer may suggest that tumours show either chromosomal unstability(aneuploidy) but are microsatelite stable, or chromosomal stability (diploidy) but are mikrosatelite unstabile, and that various genetic and epigenetic mechanisms are associated to this development.

In collaboration with the Centre of Cancer Biomedicine, OUS, the ploidi-status of 50 patients with CRC-IBD was examined by digital cytometry in 2010 We have also analysed the association between clinical and histological parameters and ploidy status and the effect of ploidy status on survival after diagnosis of CRC-IBD. The results of these examinations will be ready for publication in the near future

Future plans are to analyse mikrosatelite status in the material and thereafter genetic and og epi-genetic mekanisms related to mikrosatelite status. The relationship between mucosal genetic changes and dysplasia will also be examined.