pag. 257-262

© Springer-Verlag 2002
Pathologica (2002) 94:257-262
BIOLOGIA MOLECOLARE
M.P. Martegani · A. Gasbarri · A. Bartolazzi · L. Ruco
La diagnosi molecolare di sarcoma sinoviale
Calcifying fibrous pseudotumour of pleura: a case report
Introduzione
Recenti evidenze sperimentali dimostrano che una specifica traslocazione t(X;18)(p11.2;q11.2) è presente nella quasi totalità
dei sarcomi sinoviali [1, 2]. Questa traslocazione rappresenta
pertanto un utile marcatore per le forme monofasiche ed indifferenziate di questi tumori che possono offrire difficoltà diagnostiche con le tecniche istomorfologiche convenzionali [3-7].
È interessante notare che, nonostante il coinvolgimento
del cromosoma X in questa traslocazione, il rapporto tra maschi e femmine affetti da sarcoma sinoviale è approssimativamente pari ad uno.
La traslocazione t(X;18) determina la fusione del gene
SYT situato in 18q11 con un gene SSX situato in Xp11 [8, 9]
(Fig. 1). Il gene SYT è normalmente espresso in diversi tipi
cellulari, sia nei tessuti embrionali che nell’adulto [10]. La
proteina codificata da SYT è ricca in prolina, glutamina e glicina, ha una localizzazione nucleare e si ritiene possa agire
da attivatore trascrizionale [11, 12].
I geni SSX costituiscono una famiglia di geni, di cui al
momento sono noti cinque membri denominati SSX1-5.
Questi geni, composti da almeno sei esoni, sono caratterizzati da una elevata omologia di sequenza [13-15].
Diversamente da quanto riportato per SYT, l’espressione
dei geni SSX nei tessuti normali è limitata al testicolo e, in
misura minore, alla tiroide [3, 15]. Di particolare interesse è
invece il fatto che assortimenti di questi geni sono espressi
in maniera preferenziale nel melanoma e in una larga varietà
di carcinomi [16].
M.P. Martegani () • A. Gasbarri • A. Bartolazzi • L. Ruco
Anatomia Patologica, Ospedale S. Andrea, II Facoltà di Medicina,
Università La Sapienza, Via di Grottarossa 1035-1039,
I-00189 Roma, Italia
e-mail: [email protected]
Tel.: +39-06-80345423
Fax: +39-06-80345001
Sulle funzioni dei geni SSX sono disponibili pochissime
informazioni in letteratura. Le proteine SSX contengono una
regione N-terminale con omologia al dominio KRAB
(KRuppel Associated Box, vedi Fig.1). Questa regione è presente in una famiglia di proteine che hanno una potente attività di repressione della trascrizione [11, 13]. Nella regione C-terminale di queste molecole è stata inoltre individuata una regione con attività di repressione della trascrizione,
denominata SSX-RD (SSX repression domain) [17].
L’espressione dei geni SSX, ristretta al testicolo e ad alcuni tipi di tumore, è simile al pattern di espressione di altri
geni codificanti proteine definite “cancer-testis antigens”
(CTA). Questi geni sono stati identificati in conseguenza
dell’effetto immunogenico dei loro prodotti proteici nei pazienti portatori di neoplasie maligne (ad esempio, GAGE,
MAGE, BAGE, etc.).
Una caratteristica molto interessante del gruppo di geni
codificanti antigeni CTA fino ad oggi identificati, al quale
anche i geni SSX appartengono, è la loro comune localizzazione in una regione ristretta del cromosoma X.
Il significato dell’attivazione selettiva di questi geni durante il processo di trasformazione neoplastica è tuttora ignoto,
ma una dettagliata conoscenza dei meccanismi che regolano
questa funzione potrebbe fornire elementi importanti per comprendere gli aspetti fisiopatologici che sono alla base di molte
patologie neoplastiche, permettendo di identificare potenziali
bersagli per nuove strategie terapeutiche di tipo oncologico.
Come effetto della traslocazione t(X;18) i trascritti chimerici SYT/SSX codificano proteine in cui gli ultimi otto
amminoacidi di SYT sono sostituiti dagli ultimi 78 aminoacidi di SSX1,SSX2 o SSX4. La proteina di fusione risultante è lunga 457 aminoacidi [9, 13]. Sono comunque state descritte diverse varianti molecolari di trascritti di fusione
SYT/SSX, queste forme varianti solitamente differiscono
per la diversa posizione del punto di giunzione tra SYT e
SSX e quindi determinano lunghezze diverse dei due componenti che formano il trascritto chimerico (Fig. 2).
258
La diagnosi molecolare di sarcoma sinoviale
Fig. 1 Rappresentazione schematica della proteina SYT, delle proteine SSX1,
SSX2, SSX4 e della proteina chimerica
SYT/SSX, in cui gli ultimi 8 aminoacidi
di SYT sono sostituiti dagli ultimi 78
aminoacidi di SSX1, SSX2 o SSX4. Le
frecce rappresentano il punto di giunzione.
L.N., Dominio di localizzazione nucleare
di SYT; KRAB, Kruppel associated box;
SSX-RD, dominio con attività repressiva
Sono state anche riportate alcune varianti di splicing di
questi trascritti sia nella porzione derivata da SYT che in
quella derivata da SSX; recentemente è stato descritto un
nuovo gene di fusione, in cui SYT è fuso con una forma di
SSX4 priva dell’esone 5, il rispettivo trascritto era co-espresso con SYT/SSX4 ed è stato denominato SYT/SSX4v [18].
Le proteine di fusione SYT/SSX hanno localizzazione nucleare e hanno mostrato di possedere proprietà di attivazione
della trascrizione, analogamente ai prodotti dei geni wild type.
Studi con mutanti di delezione hanno mostrato che il dominio di localizzazione nucleare di SSX coincide con il suo
dominio di repressione al C-terminale (SSX-RD), mentre per
l’ingresso nel nucleo di SYT, sembra necessario un dominio
codificato da una sequenza aminoacidica compresa all’interno degli aminoacidi 51-90. Entrambi questi segnali di localizzazione nucleare sono mantenuti nella proteina di fusione.
Le proteine SYT e SSX sono sprovviste di domini di legame al DNA riconoscibili, pertanto è presumibile che la
Fig. 2 Schema della struttura di alcuni
trascritti chimerici SYT/SSX. A e B
rappresentano le forme “classiche” di
questi trascritti chimerici, mentre le altre sono alcune delle forme meno comuni riportate in letteratura. Il rettangolo grigio nel trascritto D indica un
inserto di 87 nucleotidi, mappati sul
cromosoma X. Il trascritto F è una forma di SYT/SSX4, in cui SYT presenta
un esone variante, rappresentato da un
rettangolo grigio. Nelle forme A-E la
numerazione dei nucleotidi si riferisce
al gene SYT (GenBank # HSSYT ) ed
ai geni SSX1 e SSX2 (GenBank #
X86174 e X86175). Nelle forme F e G
la numerazione si riferisce alla sequenza pubblicata in GenBank # AF257500
La diagnosi molecolare di sarcoma sinoviale
259
funzione regolatrice della trascrizione avvenga tramite interazioni proteina-proteina con altri fattori trascrizionali nucleari. Le proteine chimeriche SYT/SSX sono probabilmente coinvolte nella deregolazione della trascrizione di geni
bersaglio, anche se al momento non si hanno informazioni
su quali possano essere i geni regolati in maniera specifica
dalle proteine SYT e SSX, tramite interazioni dirette o indirette con fattori di trascrizione.
La diagnosi molecolare del sarcoma sinoviale
Nel sarcoma sinoviale, a causa della traslocazione t(X;18),
vengono espressi diversi prodotti dei geni chimerici
SYT/SSX. La presenza di queste molecole anomale può essere sfruttata per migliorare l’accuratezza diagnostica di
questi tumori, in particolar modo per le lesioni monofasiche
e indifferenziate. La dimostrazione della presenza dei trascritti dei geni di fusione, ottenuta tramite analisi con tecniche di RT-PCR, può consentire di confermare la diagnosi
morfologica di sarcoma sinoviale.
Fino ad oggi, utilizzando tecniche di RT-PCR con primer
oligonucleotidici specifici per le regioni fiancheggianti la
giunzione tra SYT e SSX, sono stati identificati trascritti di
fusione prevalentemente del tipo SYT/SSX1 e SYT/SSX2.
Questi trascritti sono espressi in maniera specifica in circa il
97% dei sarcomi sinoviali.
Finora sono stati descritti solo due casi di espressione di
SYT/SSX4 [19, 20], mentre non sono mai stati riportati casi in cui SYT è fuso a SSX3 o SSX5.
Generalmente, per individuare il prodotto di fusione
SYT/SSX, espresso dal sarcoma sinoviale, si esegue una RTPCR, utilizzando primer oligonucleotidici che possiamo de-
finire “convenzionali” (Tab. 1 e Fig. 3), posti uno in una regione di SYT a monte del punto di fusione con SSX e l’altro
nella regione non tradotta al 3’ dei geni SSX. Il prodotto di
questa PCR è riamplificato con una PCR “nested”, utilizzando una coppia di primer più interni, specifici di volta in
volta per SYT/SSX1 e per SYT/SSX2 (Fig. 3).
I primer utilizzati per sondare la presenza di SYT/SSX1
e SYT/SSX2 possono anche individuare la presenza di
SYT/SSX4, in quanto la sequenza di questo prodotto di fusione differisce molto poco da quelle dei precedenti [20].
Tuttavia, non tutti i casi di sarcoma sinoviale risultano esprimere SYT/SSX1, SYT/SSX2 o SYT/SSX4, suggerendo la
possibilità che l’approccio alle diagnosi molecolare non sia
stato ancora ottimizzato.
Una spiegazione di questo mancato riconoscimento potrebbe derivare dal mancato appaiamento di uno o entrambi
i primer alle rispettive sequenze complementari.
È possibile che uno o entrambi i primer non possano appaiarsi alla loro regione complementare sul cDNA perché il
punto di giunzione tra i due geni è in una posizione differente da quella prevista e la regione complementare di un
primer non è più presente sul trascritto chimerico. Un’altra
possibilità è che, a causa di processi di splicing alternativo,
vengano a mancare uno o più esoni contenenti le regioni
complementari necessarie all’appaiamento dei primer [21].
Per risolvere almeno in parte questo problema, è necessario scegliere accuratamente gli oligonucleotidi da utilizzare come primer in RT-PCR nested.
In un recente lavoro [22] è stato proposto un protocollo
ottimizzato per verificare la presenza di prodotti di fusione
in alcuni casi di sarcoma sinoviale precedentemente negativi per SYT/SSX all’analisi standard.
Il metodo proposto si basa su una RT-PCR nested (vedi Fig.
3), in cui gli oligonucleotidi utilizzati come primer esterno ed
Tabella 1 Primer oligonucleotidici utilizzati per l’amplificazione dei prodotti di fusione SYT-SSX
Primer convenzionali
PCR esterna
SYT-3
SSX-A
PCR interna per SSX1
A SYT-4
SSX1-4
PCR interna per SSX2
SYT-4
SSX2-4
Primer ottimizzati
PCR esterna
SYT343+
SSX-A
B
PCR interna
SYT-5
SSX1-3
Sequenza
Fonte
5’-CAACAGCAAGATGCATACCA-3’
5’-CACTTGCTATGCACCTGATG-3’
Crew e coll. 1995 [13]
Fligman e coll. 1995 [3]
5’ -AGACCAACACAGCCTGGACCA- 3’
5’ -GGTGCAGTTGTTTCCCATCG- 3’
Fligman e coll. 1995 [3]
Fligman e coll. 1995 [3]
5’ -AGACCAACACAGCCTGGACCA- 3’
5’ -TCTCGTGAATCTTCTCAGAGG- 3’
Fligman e coll. 1995 [3]
Crew e coll. 1995 [3]
Sequenza
Fonte
5’-GGTGGGGGTCCTCCTGCACCG- 3’
5’-CACTTGCTATGCACCTGATG-3’
Brodin e coll. 2001 [18]
Fligman e coll. 1995 [3]
5’ -CCTCCAGAAGGCATGAACC- 3’
5’ -CTCGTCATCTTCCTCAGGGTC- 3’
Brodin e coll. 2001 [18]
Brodin e coll. 2001 [18]
260
La diagnosi molecolare di sarcoma sinoviale
Fig. 3 Schema amplificazioni. Rappresentazione schematica del trascritto chimerico SYT/SSX e posizione dei primer utilizzati per l’analisi in RT-PCR
Metodo convenzionale: A, PCR esterna per le reazioni B e C; B, nested-PCR per SYT/SSX1; C, nested-PCR per SYT/SSX2. La presenza eventuale di SSX4 può venire comunque evidenziata data l’omologia di sequenza sia nella reazione B che nella C (vedi [20]).
Metodo ottimizzato: D, PCR esterna; E, nested-PCR per tutti gli SSX. I dettagli delle condizioni di PCR sono illustrati nella Tabella 2.
Le reazioni sono state eseguite per 30 cicli
interno, specifici per SYT (denominati SYT343+ e SYT5), sono posti molto a monte del punto di fusione tra i due geni, il
primer esterno per SSX (denominato SSXA) è complementare
ad una sequenza non tradotta subito a valle dei geni SSX, mentre il primer interno per SSX (denominato SSX1-3) è situato
nella regione al 3’ del gene, all’interno dell’esone 6.
Mediante l’utilizzazione di questo metodo, è stato possibile individuare prodotti di fusione SYT/SSX in 2 su 9 casi
di sarcoma sinoviale, in precedenza considerati negativi per
la traslocazione, tramite l’analisi in RT-PCR convenzionale.
Dei due casi rivelatisi positivi con il metodo ottimizzato, uno
esprimeva il trascritto SYT/SSX2, evidentemente sfuggito all’analisi precedente, mentre l’altro esprimeva un nuovo prodotto di fusione variante, in cui il punto di giunzione tra SYT
e SSX si trovava in una posizione diversa. In questo caso, il
risultato era un trascritto chimerico in cui SYT era più corto
di 132 bp e SSX più lungo di 144 bp, come dimostrato dall’analisi di sequenza.
Comunque, dal punto di vista teorico, l’utilizzo di primer
specifici per la regione presente al 3’ di SSX, come nel metodo ottimizzato, potrebbe fallire nell’individuare altre varianti. È stata infatti descritta una forma variante di
SYT/SSX1, mancante dell’esone 6 di SSX1 [21], che utilizzando il protocollo ottimizzato sopra descritto non sarebbe
stata individuata, in quanto il primer specifico per SSX non
avrebbe potuto appaiarsi alla sua sequenza complementare
posta proprio sull’esone 6.
Questo fatto dimostra che a tutt’oggi è necessario porre
molta attenzione nel caratterizzare molecolarmente i casi di
sarcoma sinoviale in cui non è possibile dimostrare la presenza di alcun trascritto di SYT/SSX in RT-PCR, mediante
l’uso di primer convenzionali. È infatti possibile che molti,
se non tutti i casi di sarcoma sinoviale che risultano negati-
vi all’analisi convenzionale di SYT/SSX, esprimano in
realtà dei geni di fusione nuovi o inattesi. Questo è giustificato dal fatto che una completa e definitiva caratterizzazione dei geni coinvolti in questa traslocazione, in particolare delle potenziali varianti di splicing alternativo dei trascritti specifici, non è al momento disponibile.
Fino ad oggi sono state descritte diverse varianti molecolari e di splicing di SYT/SSX [3, 13, 18, 22, 23], molte
di queste possono sfuggire all’analisi in RT-PCR effettuata
con i primer di uso comune riportati in letteratura.
L’ottimizzazione dell’analisi in RT-PCR e la conseguente
migliore caratterizzazione molecolare di vecchie e nuove
varianti del gene di fusione SYT-SSX, potrà contribuire a
comprendere meglio il ruolo funzionale svolto dalla traslocazione t(X;18) nel sarcoma sinoviale, così come le funzioni specifiche dei diversi domini di SYT ed SSX coinvolti in questa alterazione genica.
Considerazioni clinico-patologiche
Ricerche precedenti su altri tipi di sarcoma con traslocazioni cromosomiche, come il sarcoma di Ewing e il rabdomiosarcoma alveolare, hanno mostrato che forme alternative del
prodotto di fusione espresso possono influenzare alcune caratteristiche biologiche e cliniche della neoplasia, come l’età
alla diagnosi, il sito primario di insorgenza, il tasso di proliferazione delle cellule neoplastiche e l’evoluzione clinica
[24-26]. Questi studi hanno rafforzato il concetto che le proteine di fusione codificate da queste traslocazioni sono così
importanti nei sarcomi che anche minime differenze strutturali possono avere un effetto diretto individuabile a livello
La diagnosi molecolare di sarcoma sinoviale
261
cellulare, istologico e clinico [27]. Questo schema viene
confermato e rinforzato nel sarcoma sinoviale dagli studi
che correlano il comportamento clinico del tumore con il tipo di gene di fusione espresso.
In letteratura sono riportati alcuni studi che correlano
l’espressione di uno specifico gene di fusione SYT/SSX con
le caratteristiche biologiche del tumore.
L’espressione del trascritto di SYT/SSX1 è risultata associata ad un intervallo libero da malattia più breve ed a un tasso di proliferazione tumorale più elevato rispetto ai casi che
esprimevano il trascritto di SYT/SSX2 [28-30].
Inoltre, esistono diversi studi che hanno esplorato l’esistenza di una correlazione fra varianti di SYT/SSX e tipo
istologico della neoplasia, la maggior parte di questi riporta che la forma bifasica di sarcoma sinoviale è associata all’espressione del gene di fusione SYT/SSX1 mentre
SYT/SSX2 è stato riscontrato prevalentemente nelle forme
monofasiche [3, 31-34].
A causa del basso numero di casi studiati finora, non è
possibile stabilire una relazione tra espressione di SYT/
SSX4 e caratteristiche biomorfologiche dei sarcomi sinoviali. Generalmente, la presenza di SYT/SSX1 è più frequente
di quella delle altre forme. Di 287 casi positivi per SYT/SSX
riportati in letteratura, circa il 64% esprime SYT/SSX1 e circa il 36% esprime SYT/SSX2 [17]; in due soli casi è stata
dimostrata la presenza di SYT/SSX4 [19-20].
Recentemente è stato individuato un caso in cui
SYT/SSX4 era co-espresso con una forma variante denominata SYT/SSX4v, in cui mancava l’esone 5 di SSX [18], dimostrando la possibilità che almeno due diverse forme di
trascritti SYT/SSX possono essere presenti contemporaneamente nello stesso tumore.
Nonostante il significato biologico di questo riscontro
non sia ancora stato chiarito, modelli di sarcoma sinoviale
coesprimenti forme diverse di SYT-SSX potrebbero essere
utilizzati per studiare il ruolo funzionale che queste molecole svolgono specificamente durante la crescita e progressione neoplastica. In questo contesto, è interessante notare che
i membri della famiglia multigenica SSX presentano elevata
omologia eppure solo SSX1, SSX2 e SSX4 sono stati fino ad
ora trovati fusi a SYT come effetto conseguente alla traslocazione t(18:X), presente nei sarcomi sinoviali.
Analogamente a quanto descritto in precedenza, il significato biologico di questo evento non è ancora stato chiarito.
La difficoltà di identificare l’espressione di prodotti di
fusione SYT/SSX differenti da quelli già descritti potrebbe
essere attribuita a varie cause.
È possibile che esistano delle differenze nei siti di ricombinazione dei vari geni SSX che rendono più frequente
il riarrangiamento di SSX1 e SSX2 rispetto agli altri membri
della famiglia SSX, oppure che la presenza di trascritti
SYT/SSX1 e SYT/SSX2 sia così elevata nei campioni di tumore da mascherare la presenza di varianti più rare nelle
analisi in RT-PCR.
I trascritti chimerici SYT/SSX rappresentano marcatori
diagnostici altamente sensibili. La presenza di questa fusione nel sarcoma sinoviale si avvicina al 100%, quando l’analisi viene condotta con metodi adeguati.
È quindi opportuno sottolineare che, mediante l’applicazione di protocolli di RT-PCR ottimizzati (Tab. 2), si potrà
contribuire non solo a ridurre ulteriormente i casi di sarcoma sinoviale negativi per SYT/SSX riportati in letteratura,
ma soprattutto potranno essere individuati nuovi potenziali
marcatori prognostici e terapeutici per questa neoplasia.
Ringraziamenti Il presente lavoro rientra in un progetto di ricerca finanziato dall’AIRC, Associazione Italiana per la Ricerca sul
Cancro. M.P.M. e A.G. sono titolari di una borsa di studio FIRC,
Fondazione Italiana per la Ricerca sul Cancro.
Tabella 2 Protocolli di RT-PCR per l’amplificazione dei prodotti di fusione SYT -SSX
Metodo standard
Primer
Condizioni sperimentali
A PCR esterna
SYT3
SSXA
MgCl2 1.5 mM
dNTP 0.6 mM
B
PCR interna per SYT-SSX1
SYT4
SSX1-4
MgCl2 1.5 mM
dNTP 0.6 mM
C
PCR interna per SYT-SSX2
SYT4
SSX2-4
MgCl2 1.5 mM
dNTP 0.6 mM
Metodo ottimizzato
Primer
Condizioni sperimentali
D PCR esterna
SYT343+
SSXA
MgCl2 2 mM
dNTP 1 mM
E PCR interna
SYT5
SSX1-3
MgCl2 2 mM
dNTP 1 mM
94°
60°
70°
94°
63°
70°
94°
63°
70°
30 sec
1 min
1 min
30 sec
1 min
1 min
30 sec
1 min
1 min
94°
50°
70°
94°
56°
70°
30 sec
1 min
1 min
30 sec
1 min
1 min
262
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