Composizione del microbiota intestinale in pazienti con cancro colorettale sporadico ed ereditario.

Colorectal cancer (CRC) incidence is rapidly increasing in developed countries. About 90% of CRC cancers are classified as “sporadic” whilst the remaining 10% are “hereditary” CRC syndromes, mostly represented by Lynch syndrome (or Hereditary Non-Polyposis Colorectal Cancer, HNPCC). CRC development is a multistep process by which healthy gut epithelium slowly develops into adenomas, which in turn progress into malignant carcinomas over time. The “adenoma-carcinoma” sequence is associated with specific mutations that occur at specific stages, affecting genes and pathways important for regulation of cell growth and differentiation, or DNA repair. One of the main factors influencing CRC incidence and development is the gut microbiota composition. The microbiota is defined as the community of microorganisms that are located in and on our body, the majority of which are hosted in the gut. Interactions between the host diet, lifestyle and the gut microbiota operate synergistically, influencing CRC progression. The main aim of this Thesis has been that to characterize the microbial population in fecal samples of patients with sporadic CRC and Lynch Syndrome, using stool communities present in healthy subjects as a control. In this way, we discerned specific microbial associations, providing the basis for disease identification, and the contribution for the potential development of non-invasive diagnostic tools. We performed 16S rRNA gene sequencing of bacterial DNA extracted from fecal samples to compare the microbiota of healthy subjects and patients with different pre-neoplastic and neoplastic lesions as well as with Lynch syndrome. We identified putative microbial biomarkers associated with stage-specific progression of sporadic colorectal cancer and with Lynch syndrome. In particular, bacteria belonging to the Firmicutes and Actinobacteria phyla, as well as members of the Lachnospiraceae family, were specific of the fecal microbiota of patients with pre-neoplastic lesions. On the other hand, two families of the Proteobacteria phylum, Alcaligeneaceae and Enterobacteriaceae, with Sutterella and Escherichia/Shigella being the most representative genera, appeared to be associated with sporadic CRC. From our analysis about hereditary CRC, we found that Bacteroidetes phylum is significantly most represented in Lynch patients compared to healthy controls, and that some species, such as Bacteroides plebeius, Bacteroides uniformis, Bacteroides fragilis, Ruminococcus bromi, Parabacteroidetes diastonis, and Faecalibacterium prausnitzii seems to be specifically associated to the Lynch group of patients. The findings of this work Thesis, once confirmed on larger cohorts of patients, can represent an important step towards the development of more effective diagnostic strategies.

L'incidenza del carcinoma colorettale (CRC) sta rapidamente aumentando nei Paesi sviluppati. Circa il 90% dei tumori CRC sono classificati come "sporadici" mentre il restante 10% sono sindromi CRC "ereditarie", rappresentate principalmente dalla sindrome di Lynch (o cancro ereditario del colon-retto non poliposico, HNPCC). Lo sviluppo di CRC è un processo multifasico mediante il quale l'epitelio dell'intestino sano lentamente si trasforma in adenomi, che a loro volta progrediscono nel tempo in carcinomi maligni. La sequenza CRC "adenoma-carcinoma" è associata a specifiche mutazioni che si verificano in stadi specifici, influenzando i geni e le vie importanti per la regolazione della crescita cellulare e della differenziazione, o la riparazione del DNA. Uno dei principali fattori che influenza l'incidenza e lo sviluppo del CRC è la composizione del microbiota intestinale. Il microbiota è definito come una comunità di microrganismi presente su e nel nostro corpo, la maggior parte dei quali costituisce la flora intestinale. Le interazioni tra la dieta ospite, lo stile di vita e il microbiota operano in sinergia, influenzando la progressione del CRC. Lo scopo principale di questa Tesi è stato quello di caratterizzare la popolazione microbica in campioni di feci di pazienti con CRC sporadico o sindrome di Lynch, utilizzando come controllo le comunità di feci provenienti da soggetti sani. In questo modo abbiamo identificato specifiche associazioni microbiche, fornendo la base per l'identificazione della malattia, e il contributo per il potenziale sviluppo di strumenti diagnostici non invasivi. Abbiamo eseguito il sequenziamento del gene rRNA 16S del DNA batterico estratto da campioni fecali per confrontare il microbiota di soggetti sani e pazienti con diverse lesioni preneoplastiche e neoplastiche, nonché con la sindrome di Lynch. Abbiamo identificato presunti biomarcatori microbici associati alla progressione stadio-specifica del cancro colorettale sporadico e alla sindrome di Lynch. In particolare, i batteri appartenenti ai phyla dei Firmicutes e degli Actinobacteria, così come i membri della famiglia Lachnospiraceae, erano specifici del microbiota fecale di pazienti con lesioni preneoplastiche. D'altra parte, due famiglie del Phylum Proteobacteria, Alcaligeneaceae e Enterobacteriaceae, con i generi più rappresentativi Sutterella ed Escherichia/Shigella, sembravano essere associate al CRC sporadico. Dalla nostra analisi sul CRC ereditario, abbiamo trovato che il phylum Bacteroidetes è significativamente più rappresentato nei pazienti Lynch rispetto ai controlli sani e che alcune specie, come Bacteroides plebeius, Bacteroides uniformis, Bacteroides fragilis, Ruminococcus bromi, Parabacteroidetes diastonis, and Faecalibacterium prausnitzii, sembrano essere specificamente associate al gruppo di pazienti Lynch. I risultati di questo lavoro di tesi, una volta confermati con un più grande numero di pazienti, rappresentano un traguardo importante verso lo sviluppo di strategie diagnostiche più efficaci.