Aberrant DNA methylation of WNT pathway genes in the development and progression of CIMP-negative colorectal cancer

The WNT signaling pathway has an essential role in colorectal carcinogenesis and progression, which involves a cascade of genetic and epigenetic changes. We aimed to analyze DNA methylation affecting the WNT pathway genes in colorectal carcinogenesis in promoter and gene body regions using whole methylome analysis in 9 colorectal cancer, 15 adenoma, and 6 normal tumor adjacent tissue (NAT) samples by methyl capture sequencing. Functional methylation was confirmed on 5-aza-2′-deoxycytidine-treated colorectal cancer cell line datasets. In parallel with the DNA methylation analysis, mutations of WNT pathway genes (APC, β-catenin/CTNNB1) were analyzed by 454 sequencing on GS Junior platform. Most differentially methylated CpG sites were localized in gene body regions (95% of WNT pathway genes). In the promoter regions, 33 of the 160 analyzed WNT pathway genes were differentially methylated in colorectal cancer vs. normal, including hypermethylated AXIN2, CHP1, PRICKLE1, SFRP1, SFRP2, SOX17, and hypomethylated CACYBP, CTNNB1, MYC; 44 genes in adenoma vs. NAT; and 41 genes in colorectal cancer vs. adenoma comparisons. Hypermethylation of AXIN2, DKK1, VANGL1, and WNT5A gene promoters was higher, while those of SOX17, PRICKLE1, DAAM2, and MYC was lower in colon carcinoma compared to adenoma. Inverse correlation between expression and methylation was confirmed in 23 genes, including APC, CHP1, PRICKLE1, PSEN1, and SFRP1. Differential methylation affected both canonical and noncanonical WNT pathway genes in colorectal normal-adenoma-carcinoma sequence. Aberrant DNA methylation appears already in adenomas as an early event of colorectal carcinogenesis. © 2016 Taylor & Francis Group, LL

A B9-vitamin élettani és kórélettani jelentősége. Összegzés a folsav táplálékkiegészítőként történő alkalmazásának 30. évfordulójára = Physiological and pathophysiological significance of vitamin B9Summary on the occasion of the 30-year introduction of folic acid as a dietary supplement

Absztrakt: A B9-vitaminhoz, vagy más néven foláthoz természetes és szintetikus formában juthatunk hozzá, főként zöldségfélék vagy folsavtartalmú táplálékkiegészítők fogyasztásával. Hozzájárul a sejtek megfelelő fejlődéséhez és osztódásához, ezáltal jelenléte nélkülözhetetlen bizonyos alapvető anyagcsere-folyamatok lejátszódásához. Környezeti tényezők, örökletes faktorok és az öregedés következtében fellépő szervezetszintű csökkenése genetikai, epigenetikai, valamint metabolikus változásokhoz is vezethet. Összefüggésbe hozható többek között a megaloblastos anaemia, különféle szív- és érrendszeri (például érelmeszesedés, stroke), szülészeti (például placentaleválás, spontán vetélés, koraszülés, velőcsőzáródási rendellenesség), neuropszichiátriai (például Alzheimer-kór, Parkinson-kór, depresszió) és daganatos megbetegedések kialakulásával. A vitamin a fent említett kórállapotok mindegyike esetén preventív hatású, azonban bizonyos daganatos megbetegedések szempontjából terápiás alkalmazásának ideje nagy körültekintést igényel, ugyanis a már fennálló rákelőző állapot progresszióját elősegítheti. Pótlása több mint 60 országban szabályozott keretek között folyik a lakosság minimális folsavellátottságának elérése és a folsavhiányhoz köthető kórállapotok megelőzése érdekében. Habár 1998-ban a táplálék dúsításának bevezetését aggodalom övezte a B9-vitamin karcinogenezisben betöltött feltételezett szerepe miatt, a jelenlegi statisztikai adatok nem támasztják alá ilyenfajta egészségkárosító hatását. Ellenben számos jótékony tulajdonsága mutatkozik meg, ami a kezdeményezéshez csatlakozó országok számának bővülését eredményezheti a közeljövőben. Amellett, hogy a folsav széles körben használt táplálékkiegészítő, az onkológiai gyógyászatban is előszeretettel alkalmazzák (leukovorin) egyes kemoterápiás szerek (például metotrexát, 5-fluorouracil) hatékonyságának fokozására. Orv Hetil. 2019; 160(28): 1087–1096. | Abstract: Vitamin B9, also known as folate, can be found in natural and synthetic forms, mostly in vegetables or folic acid containing food supplements. By participating in the proper cell development and division, its presence is indispensable for certain basic metabolic processes. The decreased folate level of the body, mainly caused by environmental and hereditary factors as well as aging, can lead to genetic, epigenetic and metabolic changes. It can be related to the development of megaloblastic anemia, various cardiovascular diseases (such as atherosclerosis, stroke) obstetrical complications (such as abruption of the placentae, spontaneous abortion, preterm delivery, neural tube defect), neuropsychiatric diseases (such as Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, depression) and tumors. The vitamin has a preventive effect in all the above-mentioned diseases, however, in the case of tumor existence, its therapeutic use requires great care, as it may promote the progression of certain precancerous lesions. Food fortification with folic acid is currently being carried out in more than 60 countries in order to ensure a minimum vitamin B9 requirement for the population and therefore to prevent the development of the diseases that are connected to folic acid deficiency. Due to its assumable role in carcinogenesis, an initial concern had taken place when fortification was implemented (1998), however, the present statistical data do not confirm such adverse health effects. On the other hand, several beneficial properties can be connected to the vitamin, that can be the reason why more and more countries are considering to join this program. Besides the fact that folic acid is a widely used food supplement, it is also applied in oncological medicine (leucovorin) to increase the effectiveness of certain chemotherapeutical drugs (e.g. methotrexate, 5-fluorouracil). Orv Hetil. 2019; 160(28): 1087–1096

A plazmában keringő szabad DNS jellemzői és diagnosztikai alkalmazási lehetőségei vastagbélrák esetén = Characteristics and diagnostic applications of circulating cell-free DNA in colorectal cancer

Absztrakt: A vastagbélrák (CRC) incidenciája és mortalitása is kiemelkedően magas a közép-európai országokban, hazánkban a második leggyakoribb daganattípus mind a férfiak, mind a nők körében. Az évente újonnan regisztrált betegek száma 10 000 köré tehető. Ezek az adatok jelzik, hogy szükséges olyan szűrőmódszerek kifejlesztése, amelyek a betegek számára kevéssé megterhelőek, ezáltal növelhető a vizsgálatokon történő részvétel. A vérben található, sejten kívüli szabad DNS (skDNS) szintje bizonyos fiziológiás állapotokban megnő, többek között terhesség vagy erőteljes fizikai aktivitás esetén. Az skDNS koncentrációja azonban egyes kórállapotokban, például autoimmun és gyulladásos megbetegedésekben, valamint különböző daganattípusokban, többek között vastagbélrákban is emelkedett értéket mutat. Az skDNS eredetére, funkciójára és hatásmechanizmusára vonatkozóan számos tanulmány található a szakirodalomban. Jelen összefoglaló közleményünk célja a szabad DNS mennyiségi és minőségi változásainak ismertetése, funkcióinak áttekintése, valamint diagnosztikus alkalmazási lehetőségeinek bemutatása a vastagbélrák korai észlelésének szempontjából. A szabad-DNS-molekulák többféle módon kerülhetnek a keringésbe, az apoptózis és nekrózis mellett az élő sejtek által történő direkt szekréció is lehetséges. Daganat kialakulása esetén az egészséges és a rákos sejtek egyaránt képesek DNS-t kibocsátani a perifériás vérbe, így a tumorsejtekben bekövetkező genetikai (például mutáció: APC, KRAS, BRAF) és epigenetikai (például DNS-metiláció: SEPT9, SFRP1) elváltozásokat a szabad-DNS-frakcióban is vizsgálhatjuk. Számos nagy áteresztőképességű, érzékeny és automatizált módszer is rendelkezésünkre áll, amelyek lehetőséget biztosítanak a minták standardizált feldolgozására, illetve a markerek kvantitatív elemzésére. Ezek a fejlesztések segíthetnek különböző alternatív szűrési módszerek kialakításában, amelyek a klinikai gyakorlatba is könnyedén beépíthetők, így hozzájárulhatnak a betegségek mielőbbi diagnosztizálásához. Orv Hetil. 2019; 160(30): 1167–1177. | Abstract: The incidence and mortality of colorectal cancer (CRC) are considerably high in Central European countries, it is the second most common cancer in both men and women in Hungary with 10,000 newly registered patients per year. These data indicate the necessity of new screening methods that are more comfortable for patients, hence the compliance can be increased. Cell-free DNA (cfDNA) level in blood is elevated in certain physiological conditions, such as pregnancy or high physical activity. Furthermore, cfDNA concentration alterations can also be detected in some pathological processes; increased cfDNA amount was observed in autoimmune and inflammatory diseases, as well as in various cancers including CRC. Numerous studies about origin, function, and mechanism of cfDNA can be found in the scientific literature. In this review, we aimed to describe the quantitative and qualitative changes of cfDNA, to present its functions, and to provide an overview of the available diagnostic applications for CRC. CfDNA can be released to the circulatory system via apoptosis, necrosis or by direct secretions by living cells. In cancer patients, cfDNA can originate from healthy and cancer cells, hence genetic (e.g. mutations in APC, KRAS, BRAF) and epigenetic (e.g. methylation in SEPT9, SFRP1) alterations of tumor cells can be examined in cfDNA fraction. Several high-throughput, sensitive and even automated methods are available providing opportunity to perform standardized sample preparation and to analyse biomarker candidates quantitatively. These enhancements can help to develop alternative screening methods that can be easily integrated into the clinical practice and can contribute to early cancer detection. Orv Hetil. 2019; 160(30): 1167–1177

Az ösztrogének lehetséges szerepe a vastagbéldaganatok kialakulásában = Potential role of estrogens in colorectal tumour development

Absztrakt: A colorectalis carcinoma (CRC) az egyik leggyakrabban előforduló daganatos megbetegedés világszerte. A sporadikus vastagbélrák incidenciája ötvenéves kor alatt alacsonyabb, majd az életkor előrehaladtával nő, továbbá jellegzetes klinikai, lokalizáció szerinti és molekuláris eltérést mutathat a nők és a férfiak között. Epidemiológiai és molekuláris biológiai kutatások eredményei szerint az ösztradiol (E2) által szabályozott jelútrendszer meghatározó szerepet játszik a CRC kialakulásában és prognosztikájában, döntően a vastagbélhámban domináns ösztrogénreceptor-bétán (ERβ) keresztül. Az ösztradiol emésztőrendszeri hatásai igen sokrétűek, az ép és tumoros vastagbélhámsejtekre gyakorolt hatását in vitro és in vivo vizsgálatok egyaránt igazolták. Az ösztrogénreceptor-alfával (ERα) ellentétben az ERβ aktivációja a sejtosztódást gátolja és az apoptózist fokozza, a béta-receptor kifejeződése ugyanakkor mind az élettani öregedés, mind a vastagbél kórállapotaiban megváltozhat. Az ösztradiol ERβ által közvetített daganatellenes hatása a sejtproliferáció gátlása, az apoptózis serkentése, az áttétképzés gátlása és gyulladáscsökkentő hatása révén valósulhat meg. Sejtkultúra- és állatkísérletes kutatások eredményei alapján az ösztrogénreceptor-bétára szelektíven ható receptormodulátorok (szelektív ösztrogénreceptor-modulátor [SERM]) és a fitoösztrogének új, hozzáadott kezelési lehetőséget jelenthetnek az idült gyulladással és a kóros sejtproliferációval jellemezhető colorectalis megbetegedésekben. Orv Hetil. 2020; 161(14): 532–543. | Abstract: Colorectal cancer (CRC) is one of the most common types of cancers worldwide. The incidence of sporadic CRC is lower in individuals below 50 years and increases with age, furthermore, it shows typical clinical, macroscopic and molecular differences between females and males. According to the results of epidemiological and molecular biology studies, the estradiol-regulating signaling pathway plays an important role in the development and prognosis of CRC, predominantly through estrogen receptor beta (ERβ), which is dominant in the colonic epithelium. Estradiol has multiple gastrointestinal effects, which were confirmed by in vitro and in vivo studies on histologically intact and cancerous cells as well. In contrast to estrogen receptor alpha (ERα), the activation of ERβ inhibits cell proliferation and enhances apoptosis, nevertheless, the expression of estrogen receptor beta can change both during physiological ageing and in colorectal disorders. The ERβ-mediated antitumour effects of estradiol may be exerted through inhibition of cell proliferation, stimulation of apoptosis, inhibition of metastasis formation and its anti-inflammatory activity. Based on the results of cell culture and animal studies, selective modulators of estrogen receptor beta (selective estrogen receptor modulator [SERM]) and phytoestrogens can be new, additional therapeutic options in the treatment of colorectal diseases characterized by chronic inflammation and uncontrolled cell proliferation. Orv Hetil. 2020; 161(14): 532–543

Comprehensive DNA Methylation Analysis Reveals a Common Ten-Gene Methylation Signature in Colorectal Adenomas and Carcinomas

Microarray analysis of promoter hypermethylation provides insight into the role and extent of DNA methylation in the development of colorectal cancer (CRC) and may be co-monitored with the appearance of driver mutations. Colonic biopsy samples were obtained endoscopically from 10 normal, 23 adenoma (17 low-grade (LGD) and 6 high-grade dysplasia (HGD)), and 8 ulcerative colitis (UC) patients (4 active and 4 inactive). CRC samples were obtained from 24 patients (17 primary, 7 metastatic (MCRC)), 7 of them with synchronous LGD. Field effects were analyzed in tissues 1 cm (n = 5) and 10 cm (n = 5) from the margin of CRC. Tissue materials were studied for DNA methylation status using a 96 gene panel and for KRAS and BRAF mutations. Expression levels were assayed using whole genomic mRNA arrays. SFRP1 was further examined by immunohistochemistry. HT29 cells were treated with 5-aza-2' deoxycytidine to analyze the reversal possibility of DNA methylation. More than 85% of tumor samples showed hypermethylation in 10 genes (SFRP1, SST, BNC1, MAL, SLIT2, SFRP2, SLIT3, ALDH1A3, TMEFF2, WIF1), whereas the frequency of examined mutations were below 25%. These genes distinguished precancerous and cancerous lesions from inflamed and healthy tissue. The mRNA alterations that might be caused by systematic methylation could be partly reversed by demethylation treatment. Systematic changes in methylation patterns were observed early in CRC carcinogenesis, occuring in precursor lesions and CRC. Thus we conclude that DNA hypermethylation is an early and systematic event in colorectal carcinogenesis, and it could be potentially reversed by systematic demethylation therapy, but it would need more in vitro and in vivo experiments to support this theory

A sejten kívüli szabad DNS felszabadulásának és degradációjának in vivo elemzése [In vivo analysis of circulating cell-free DNA release and degradation]

INTRODUCTION: Cell-free DNA (cfDNA) was first detected in human plasma in the 1940s, but the knowledge on its regulation and rate of release is incomplete. CfDNA can originate from both normal and tumour cells. AIM: Our aims were to investigate the rate of cfDNA's release in SHO mice/HT-29 colorectal adenocarcinoma cell line xenograft model and to define the decay of methylated and non-methylated DNA fragments in C57BL/6 bloodstream. METHOD: SHO mice were xenografted with human HT-29 cells, than blood samples were collected over 2 months. CfDNA was isolated, then quantified by real-time PCR with highly specific genomic and mitochondrial human and mouse primer sets. This method permitted to define the ratio of human/mouse DNA. To assess the degradation rate of cfDNA, 3000 bp sized methylated and non-methylated DNA fragments were injected into healthy and C38 tumour-cell vaccinated C57BL/6 mice's bloodstream. The decay of amplicons was measured with 19 PCR assays. RESULTS: The amount of human DNA until the 2nd week was below the limit of detection. From the third week, a continuous growth was experienced, which reached 18.26% by the 8th week. Moreover, it was found that in healthy animals the non-methylated DNA disappears from the plasma after 6 hours, while the methylated fragment was detectable even after 24 hours. In animals with tumour, both amplicons were detectable after 24 hours. CONCLUSION: The examination of the role and mechanism of cfDNA shows an increasing level of interest. This work can contribute to a better understanding of the release and degradation of cfDNA. Orv Hetil. 2018; 159(6): 223-233

A DNS-metiláció szerepe és megváltozása az öregedés és a daganatos betegségek kialakulása során [Role and alterations of DNA methylation during the aging and cancer]

Besides the genetic research, increasing number of scientific studies focus on epigenetic phenomena - such as DNA methylation - regulating the expression of genes behind the phenotype, thus can be related to the pathomechanism of several diseases. In this review, we aim to summarize the current knowledge about the evolutionary appearance and functional diversity of DNA methylation as one of the epigenetic mechanisms and to demonstrate its role in aging and cancerous diseases. DNA methylation is also characteristic/also appear to prokaryotes, eukaryotes and viruses. In prokaryotes and viruses, it provides defence mechanisms against extragenous DNA. DNA methylation in prokaryotes plays a significant role in the regulation of transcription, the initiation of replication and in Dam-directed mismatch repair. In viruses, it participates not only in defence mechanisms, but in the assembly of capsids as well which is necessary for spreading. In eukaryotes, DNA methylation is involved in recombination, replication, X chromosome inactivation, transposon control, regulation of chromatin structure and transcription, and it also contributes to the imprinting phenomenon. Besides the above-mentioned aspects, DNA methylation also has an evolutionary role as it can change DNA mutation rate. Global hypomethylation appearing during aging and in cancerous diseases can lead to genetic instablility and spontaneous mutations through its role in the regulation of transposable elements. Local hypermethylated alterations such as hypermethylation of SFRP1, SFRP2, DKK1 and APC gene promoters can cause protein expression changes, thus contribute to development of cancer phenotype. DNA methylation alterations during aging in cancerous diseases support the importance of epigenetic research focusing on disease diagnostics and prognostics

Colorectal adenoma and cancer detection based on altered methylation pattern of SFRP1, SFRP2, SDC2, and PRIMA1 in plasma samples

Aberrant methylation is one of the most frequent epigenetic alterations that can contribute to tumor formation. Cell-free DNA can originate from tumor tissue; therefore, the evaluation of methylation markers in cell-free DNA can be a promising method for cancer screening. Our aim was to develop a panel of biomarkers with altered methylation along the colorectal adenoma-carcinoma sequence in both colonic tissue and plasma. Methylation of selected CpG sites in healthy colonic (n = 15), adenoma (n = 15), and colorectal cancer (n = 15) tissues was analyzed by pyrosequencing. MethyLight PCR was applied to study the DNA methylation of SFRP1, SFRP2, SDC2, and PRIMA1 gene promoters in 121 plasma and 32 biopsy samples. The effect of altered promoter methylation on protein expression was examined by immunohistochemistry. Significantly higher (P < 0.05) DNA methylation levels were detected in the promoter regions of all 4 markers, both in CRC and adenoma tissues compared with healthy controls. Methylation of SFRP1, SFRP2, SDC2, and PRIMA1 promoter sequences was observed in 85.1%, 72.3%, 89.4%, and 80.9% of plasma samples from patients with CRC and 89.2%, 83.8%, 81.1% and 70.3% from adenoma patients, respectively. When applied as a panel, CRC patients could be distinguished from controls with 91.5% sensitivity and 97.3% specificity [area under the curve (AUC) = 0.978], while adenoma samples could be differentiated with 89.2% sensitivity and 86.5% specificity (AUC = 0.937). Immunohistochemical analysis indicated decreasing protein levels of all 4 markers along the colorectal adenoma-carcinoma sequence. Our findings suggest that this methylation biomarker panel allows non-invasive detection of colorectal adenoma and cancer from plasma samples