Basi Scientifiche per Linee Guida

2.0 BASI GENETICHE E MOLECOLARI

Le cause responsabili dell'insorgenza dell'OS sono tuttora sconosciute. La correlazione con l'età adolescenziale e la comparsa del tumore, nella maggior parte dei pazienti, in coincidenza con il periodo di massimo accrescimento osseo individuano nell'aumentata attività osteoblastica ed osteogenetica un fattore predisponente all'insorgenza della neoplasia.
L'unica relazione certa di causa-effetto esiste per l'esposizione a radiazioni. Una precedente e prolungata esposizione a radiazioni in seguito a radioterapia per altre forme tumorali è, infatti, responsabile dell'insorgenza di circa il 4% degli OS.
Oltre alle radiazioni, l'altro fattore per il quale sia stato accertato un sicuro coinvolgimento nell'insorgenza dell'OS sono le anomalie genetiche specifiche (mutazioni e/o delezioni) a carico di geni oncosoppressori, tra cui il gene P53 (localizzato nella regione cromosomica 17p13). Infatti, nei pazienti affetti da OS, mutazioni o delezione parziale o completa del gene P53 sono stati rilevati in circa il 30-50% dei casi, indicando come queste alterazioni genetiche giochino un ruolo di primo piano nella tumorigenesi di questa neoplasia. Inoltre, mutazioni del gene P53 sono state associate anche ad una sindrome particolare, la sindrome di Li-Fraumeni, la quale è caratterizzata da un'elevata incidenza di diversi tumori, fra cui anche l'OS.
La sindrome di Li-Fraumeni (LFS) porta ad una predisposizione ai tumori ed è associata al sarcoma delle parti molli, al tumore al seno, alla leucemia, all'osteosarcoma, al melanoma oltre ai tumori del colon, pancreas, corteccia surrenale e cervello. I soggetti con LFS hanno un aumentato rischio di sviluppare tumori multipli primitivi.
Altro fattore genetico predisponente all'insorgenza di OS è la delezione del gene oncosoppressore del retinoblastoma (gene RB1), localizzato nella regione cromosomica 13q14. La perdita parziale o completa del gene RB1 è responsabile dell'insorgenza di retinoblastoma, un raro tumore della retina che insorge in età infantile. è stato ampiamente dimostrato che i pazienti affetti da retinoblastoma ereditario, in cui entrambi gli alleli del gene RB1 risultano alterati, presentano un rischio di sviluppare OS, in età adolescenziale, di circa 500 volte maggiore di quello presente nella popolazione normale. Inoltre, delezione completa o parziale del gene RB1 è stata ritrovata in circa il 60% degli OS, confermando ulteriormente come questa anomalia genetica sia il fattore predisponente all'insorgenza non solo del retinoblastoma, ma anche di buona parte degli OS.
Negli ultimi 10 anni sono state raccolte molteplici evidenze che indicano come l'alterazione coordinata di P53 e RB1 sia un evento chiave per la trasformazione neoplastica, in diversi tumori. L'esempio più chiaro di come P53 e RB1 possano cooperare in questo processo deriva proprio da studi compiuti sull'OS. In base a diverse evidenze sperimentali, è ormai chiaro come in molti casi l'OS insorga quando entrambi gli alleli del gene RB1 risultano alterati o deleti, con conseguente perdita della funzionalità della proteina RB1. Oltre a questo però, affinché la cellula si trasformi in cellula osteosarcomatosa, è necessaria l'insorgenza di alterazioni anche a carico del gene P53. In molti casi, l'OS può quindi considerarsi come il risultato della perdita della funzione normale dei prodotti dei geni oncosoppressori RB1 e P53, che appare avvenire in maniera "coordinata". In accordo con questa ipotesi, è stato rilevato come i pazienti affetti da OS, che avevano sviluppato un retinoblastoma in età infantile, presentino delezioni a carico delle regioni cromosomiche 17p13 e 13q14, dove sono localizzati i geni oncosoppressori P53 e RB1, rispettivamente. Di queste, però, solo l'alterazione del gene RB1 risultava essere presente anche nelle cellule di retinoblastoma, indicando quindi come, in questi casi, la tumorigenesi dell'OS possa essere considerata il risultato di una perdita coordinata e sequenziale delle funzioni normali di RB1 e, in una fase successiva, di P53. In base a tutte queste evidenze, attualmente si ritiene unanimemente che la mutazione o l'inattivazione del gene RB1 possa agire come evento iniziante della trasformazione di una cellula in senso osteosarcomatoso, mentre la successiva alterazione del gene P53 determinerebbe la malignità della cellula neoplastica.
Per la rarità della malattia e le limitazioni tecniche legate alla difficoltà di ottenere colture primarie e linee cellulari di OS umano, l'analisi, su larga scala, delle caratteristiche genetiche e molecolari di questa neoplasia è stata a lungo pregiudicata. La messa a punto di tecniche quali l'ibridazione genomica comparativa (CGH, comparative genomic hybridization) e i DNA o cDNA microarrays ha consentito negli ultimi anni un rapido sviluppo ed un incremento delle conoscenze rispetto a quelle ottenute con le tecniche di citogenetica classica e biologia molecolare. Questo ha permesso di identificare le regioni cromosomiche e/o i geni maggiormente implicati nella patogenesi di questo tumore (Tabelle 1 e 2).
Da un punto di vista genetico, la maggior parte degli OS sono caratterizzati da una serie di anomalie cromosomiche estremamente complesse e da una elevata eterogenità intra ed intertumorale, associate ad alterazioni, anche piuttosto rilevanti, della struttura e del numero di cromosomi. Inoltre, esiste un gruppo di lesioni a basso grado di malignità, classificate come OS parostali, che esibiscono un cariotipo relativamente poco complesso, caratterizzato dalla presenza di cromosomi ad anello contenenti sequenze amplificate del cromosoma 12 assieme a poche altre aberrazioni cromosomiche. Le sequenze amplificate del cromosoma 12, presenti in questi cromosomi ad anello, includono prevalentemente la regione 12q13-q15, dove sono localizzati i geni CDK4 (che inattiva il gene RB1), MDM2 (che lega ed inattiva il gene P53), SAS e GLI (a funzione ancora largamente ignota). L'amplificazione di questi geni non è comunque da considerarsi caratteristica esclusiva degli OS parostali, in quanto è presente anche in molti OS ad alto grado ed in lesioni metastatiche. Questo indica l'importanza di questi geni per la patogenesi di questa neoplasia, mentre il loro possibile coinvolgimento nella progressione tumorale dell'OS è ancora materia di discussione.
Il coinvolgimento di alterazioni a carico del cromosoma 12 nell'istogenesi dell'OS è stato ulteriormente confermato da un recente studio, nel quale è stato dimostrato come l'amplificazione di geni localizzati a livello del braccio 12p possa avere un ruolo rilevante nella determinazione delle caratteristiche biologiche delle cellule di OS, che acquisirebbero un fenotipo più maligno in presenza di co-amplificazione delle regioni cromosomiche 12p e 12q.
Altra regione cromosomica, per la quale è stato dimostrato un chiaro coinvolgimento nella patogenesi dell'OS, è il braccio corto del cromosoma 17. Diversi studi mostrano, infatti, come l'amplificazione della regione 17p11.2-p12 sia un evento piuttosto frequente nell'OS ad alto grado, anche se non sono ancora stati identificati con certezza i geni localizzati a livello di questa regione che possono essere implicati nella patogenesi di questo tumore. è comunque interessante notare che la regione 17p11.2-p12 è immediatamente prossimale a quella contenente il gene P53 (17p13), la quale invece, non risulta essere compresa in questo evento di amplificazione.
Oltre a quelle finora descritte, molte altre regioni cromosomiche sono risultate frequentemente amplificate nell'OS, come riportato nelle Tabelle 1 e 2. Fra queste, alcune sono associate ad un diverso comportamento clinico della malattia e, quindi, di possibile valore prognostico. Ad esempio, i pazienti con OS ad alto grado, che presentano amplificazione delle regioni 1q o 8q, risultano avere un decorso clinico particolarmente sfavorevole, con una significativa riduzione della probabilità di sopravvivenza a lungo termine. è quindi plausibile ipotizzare che i geni localizzati in queste due regioni cromosomiche siano importanti non solo per l'istopatogenesi, ma anche per la progressione tumorale di questa neoplasia. In particolare, l'amplificazione della regione 1q21-q23 è risultata essere associata con una maggiore aggressività biologica ed un più elevato potenziale metastatico della neoplasia. Poco si sa riguardo ai geni che potrebbero essere coinvolti in questo diverso comportamento biologico. In un recente studio, sono stati identificati tre nuovi geni localizzati nella regione 1q21 (denominati COAS1, COAS2 e COAS3), che sono sovraespressi e amplificati in molti campioni clinici e linee cellulari di OS. La caratterizzazione molecolare e funzionale di questi nuovi geni è tuttora in corso, al fine di delucidare il loro possibile ruolo nella tumorigenesi e nella progressione tumorale dell'OS.
Per quanto riguarda i geni localizzati nella regione 8q, sembra esserci un possibile coinvolgimento dell'oncogene CMYC, anche se non sempre il locus di questo gene (8q24) è interessato da eventi di amplificazione.
Nell'OS ad alto grado, diverse regioni cromosomiche risultano frequentemente delete (Tabella 2) e, per questa ragione, vengono considerate potenziali sedi di geni oncosoppressori. Fra queste, è interessante sottolineare la presenza di delezione a carico della regione 13q, comprendente il locus del gene RB1 (13q14), ma non della regione 17p13, locus di P53. Questo dato suggerisce che la delezione dei geni RB1 e P53 nell'OS avviene con meccanismi diversi, che comportano una frequente perdita fisica del locus genico solo nel caso di RB1.
Fra gli altri geni, che risultano essere frequentemente sovraespressi e/o amplificati e che sembrano giocare un ruolo rilevante nella patogenesi dell'OS ad alto grado, si possono ricordare HSP90ß (6p12), PABPL1 (12q13-q15), erb-B2 (17q12), e RB1-inducible coiled-coil 1 (RB1CC1).
I geni che risultano invece più frequentemente sottoespressi o deleti, oltre a quelli sopra menzionati, sono FMOD (1q32.1), FN1 (2q34), FGFR4 (5q35.1-qter) e THBS1 (15q15).


Alterazioni genetiche e molecolari più frequenti nell'osteosarcoma a basso grado di malignità



Tabella 1: sono elencate le regioni cromosomiche sedi di acquisizione (gain) e/o amplificazione (amplification) oppure di delezione (loss) ritrovate in almeno il 10% dei casi analizzati nei singoli studi finora pubblicati. Le regioni evidenziate in grassetto identificano i siti di amplificazione (amplicon) o di delezione in assoluto più ricorrenti.



Alterazioni genetiche e molecolari più frequenti nell'osteosarcoma ad alto grado di malignità


Tabella 2: sono elencate le regioni cromosomiche sedi di acquisizione (gain) e/o amplificazione (amplification) oppure di delezione (loss) ritrovate in almeno il 10% dei casi analizzati nei singoli studi finora pubblicati. Le regioni evidenziate in grassetto identificano i siti di amplificazione (amplicon) o di delezione in assoluto più ricorrenti.