Abstract In the Western world, colorectal cancer (CRC) is one of the most common cancers and causes of cancer deaths. It is estimated that up to a third of CRCs represent a recently defined subtype, serrated adenocarcinoma (SAC), which develops via the serrated pathway and differs from conventional cancer by molecular, histological, and clinicopathological characteristics. The oncogenic mutation of BRAF V600E is characteristic to the serrated pathway lesions, and VE1 is a novel antibody that has been reported to recognize this mutated BRAF protein. In these studies, two independent cohorts of CRCs and a cohort of 922 colorectal polyps (545 patients) consecutively removed in Oulu University Hospital were utilized to study potential immunohistochemical markers (annexin A10 and VE1) as markers for the serrated pathway lesions, to investigate the presence of ectopic crypt foci (ECF) in different colorectal polyps and CRCs, and to study the network of determinants and the clinical impact of tumor necrosis with special regard to SAC. VE1 immunohistochemistry was found a sensitive and accurate method in the detection of BRAF V600E mutation with potential applications in the recognition of the BRAF V600E-mutated SACs. Annexin A10 immunohistochemistry was indicated to be a marker with high specificity for the serrated pathway lesions. ECF were found to be frequently encountered in addition to traditional serrated adenomas also in the tubular, tubulovillous and villous adenomas. Tumor necrosis in CRC was associated with high tumor stage and inversely associated with the serrated histology. High tumor necrosis percentage correlated with poor survival in CRC independently of other clinicopathological factors. In conclusion, these studies add to the knowledge of the molecular and histological features of SAC and its precursors. The results suggest that VE1 and ANXA10 immunohistochemistry may help in the recognition of the serrated pathway lesions. ECF can be found in other colorectal polyps in addition to traditional serrated adenomas. Tumor necrosis represents a relevant histomorphological prognostic indicator in CRC. / Tiivistelmä Paksu-peräsuolisyöpä on yksi yleisimmistä syövistä länsimaissa. Arviolta kolmasosaa kaikista paksu-peräsuolisyövistä edustava sahalaitainen adenokarsinooma eroaa tavallisesta adenokarsinoomasta molekulaaristen muutostensa sekä histologisten ja kliinispatologisten piirteidensä perusteella. BRAF-onkogeenin V600E-mutaatiota tavataan vain paksu-peräsuolisyövän sahalaitaisen kehittymisreitin muutoksissa ja VE1-immunohistokemian on todettu tunnistavan tämän mutatoituneen BRAF-proteiinin. Tutkimuksessa käytettiin kahta itsenäistä paksu-peräsuolisyöpäaineistoa sekä polyyppiaineistoa, joka käsitti 922 Oulun yliopistollisessa sairaalassa peräkkäisissä kolonoskopioissa poistettua paksu-peräsuolen polyyppia (545 potilasta). Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kahden immunohistokemiallisen merkkiaineen (VE1 ja annexin A10) spesifisyyttä sahalaitaiselle adenokarsinoomalle ja sen esiastemuutoksille, ektooppisten kryptafokusten esiintymistä paksu-peräsuolen polyypeissa sekä kasvaimen nekroosiin yhteydessä olevia tekijöitä ja nekroosin ennustevaikutusta. VE1-immunohistokemia oli sekä sensitiivinen että spesifinen BRAF V600E-mutaation toteamisessa, minkä vuoksi sitä voidaan käyttää BRAF V600E-mutatoituneiden sahalaitaisten adenokarsinoomien tunnistamisessa. Annexin A10-immunohistokemia osoittautui spesifiseksi sahalaitaisen kehittymisreitin muutosten toteamissa. Ektooppisia kryptafokuksia havaittiin traditionaalisen sahalaita-adenooman lisäksi myös tubulaarisissa, tubulovillooseissa ja villooseissa adenoomissa. Kasvaimen nekroosi oli vähäisempää sahalaitaisessa adenokarsinoomassa sekä matalan levinneisyysasteen kasvaimissa. Runsas nekroosin määrä oli kasvaimen levinneisyydestä riippumatta yhteydessä huonompaan ennusteeseen. Tutkimus lisää tietoa sahalaitaisesta adenokarsinoomasta ja sen esiastemuutoksista. Tulokset osoittavat, että VE1 ja annexin A10 -immuno¬histokemia auttaa sahalaitaisen kehittymisreitin muutosten tunnistamisessa; ektooppisia kryptafokuksia voidaan nähdä traditionaalisten sahalaita-adenoomien lisäksi myös muissa paksu-peräsuolen polyypeissa; lisäksi todettiin, että kasvaimen nekroosin määrällä on vaikutusta paksu-peräsuolisyövän ennusteen arvioinnissa.

Abstract Colorectal cancer is the third most common cancer in the developed countries. Originally, development of CRC was thought to proceed by a sequence of steps known as an adenoma-carcinoma sequence. At present CRC is recognized as a disease developing through diverse pathways. Serrated adenocarcinoma represents an endpoint of tumors developing from serrated pathway. This thesis focuses on studying the molecular alterations in serrated adenocarcinoma. Microsatellite instability, hypermethylation of promoter region in DNA repair genes hMLH1 and MGMT, frequency of KRAS and BRAF mutations and mutation spectrum of PTCH1 was determined in serrated adenocarcinomas (n=42) and compared to non-serrated adenocarcinomas (n=75). MSI, particularly low level of MSI (p=0.02) and methylation of both hMLH1 and MGMT promoters (p=0.004, p=0.026) were found to be more prevalent for serrated CRC. BRAF mutation was frequent and specific to serrated adenocarcinomas (p&lt;0.001) and KRAS mutations were more frequent in serrated adenocarcinomas than in non-serrated cancers (p=0.002). A significant association between BRAF mutation, hMLH1 and MGMT methylation and MSI-H phenotype was found in serrated carcinomas. KRAS mutation was seen in association with MSS/MSI-L phenotype; in fact, if serrated adenocarcinoma presents with MSI-L there always seems to be a KRAS mutation as well. Negative immunohistochemical staining of the hMLH1 enzyme was in association with methylation of the gene and proved reliable in the detection of MSI-H phenotype (p&lt;0.0001). Sequencing analysis of the whole coding regions of the PTCH1 gene did not reveal any truncating mutation to explain the previously detected downregulation of the gene in serrated CRCs. In conclusion, serrated adenocarcinomas proved to be an independent, but heterogeneous subtype of CRCs. High combined mutation rate (79–82%) of KRAS and <I>BRAF</I> in serrated adenomas and adenocarcinomas indicates that MAPK activation is a crucial part of the serrated pathway. BRAF mutations are specific for serrated adenocarcinoma, and identify a subset of serrated adenocarcinomas with gene methylation and a tendency for MSI-H. High frequency of KRAS mutations in serrated adenocarcinomas suggests that a significant proportion of KRAS-mutated CRCs originate from serrated precursors. / Tiivistelmä Paksu- ja peräsuolisyöpä eli kolorektaalisyöpä on Suomessa kolmanneksi yleisin syöpätyyppi. Syöpää edeltävien muutosten tunnistaminen on tärkeää, jotta sen ehkäisy ja seuranta olisi tehokasta. Tavallisia adenoomapolyyppeja on pidetty tärkeimpinä kolorektaalisyövän esiastemuutoksina. 2000-luvulla on havaittu, että nk. sahalaitapolyypit edustavat tärkeää osaa esiastemuutoksista, ja näistä kehittyvää syöpää kutsutaan sahalaitaiseksi syöväksi. Sahalaitaisen syövän kehittymismekanismit eroavat huomattavasti tavallisesta kolorektaalisyövästä. Tässä väitöskirjassa keskityttiin tutkimaan sahalaitaiselle syövälle tyypillisiä morfologisia piirteitä sekä geneettisiä muutoksia. Työssä selvitettiin DNA mikrosatelliitti-instabiliteetin sekä DNA korjausgeenien hMLH1 ja MGMT promoottorialueiden hypermetylaation esiintyminen, nk. MAPK –signaalinsiirtoreitin komponenttien, KRAS ja BRAF -geenien, mutaatioiden yleisyys sekä PTCH1 geenin mutaatiokirjo sahalaitaisissa (n=42) ja tavallisissa kolorektaalisyövissä (n=75). DNA:n mikrosatelliitti-instabiliteetti, erityisesti matala-asteisena (MSI-L) (p=0.02) sekä <I>MLH1</I> ja hMGMT -geenien metylaatio (p=0.004, p=0.026) olivat yleisempiä sahalaitaisissa syövissä. <I>BRAF</I> mutaatio oli yleinen sekä spesifinen sahalaitasyöville (p&lt;0.001). Myös KRAS -mutaatiot olivat yleisempiä sahalaitaisissa syövissä (p=0.002). BRAF mutaatio, hMLH1 sekä MGMT metylaatio ja korkea-asteinen mikrosatelliitti-instabiliteetti (MSI-H) esiintyivät hyvin usein yhdessä sahalaitaisissa syövissä. Sahalaitaisissa syövissä KRAS –mutaatiot liittyivät MSI-L fenotyyppiin. hMLH1 geenin ilmentyminen tutkittiin myös immunohistokemiallisesti. Sahalaitaisissa syövissä MLH1 –proteiinin häviäiminen oli yhteydessä metylaatioon ja liittyi spesifisesti MSI-H:n esiintymiseen (p &lt; 0.0001). PTCH1 geenin sekvensointi ei paljastanut proteiinin toimintaa vahingoittavia muutoksia, eikä tuloksen perusteella pystytä selittämään aikaisemmin havaittua geenin ilmentymisen häviämistä sahalaitaisessa syövässä. Tulosten perusteella sahalaitainen syöpä on oma, mutta heterogeeninen kolorektaalisyövän alatyyppi. KRAS ja BRAF –geenien aktivoivien mutaatioiden yleisyys (79–82%) osoittaa, että MAPK -reitin aktivaatio on tärkeää sahalaitaisen syövän kehityksessä. BRAF -mutaatiot ovat spesifisiä sahalaitaisille syöville, ja yhdessä metylaation sekä MSI-H:n kanssa identifioi osan sahalaitasyövistä omaksi ryhmäkseen. <I>KRAS</I> –mutaatioiden yleisyys sahalaitaisissa syövissä antaa aiheen epäillä, että merkittävä osa KRAS –mutaation sisältävistä kolorektaalisyövistä kehittyy sahalaitapolyypeista.