Il carcinoma del colon-retto è caratterizzato da alterazioni molecolari a carico di numerosi oncogeni e geni oncosoppressori, le quali cooperano nel determinare la trasformazione della normale mucosa in cancro invasivo.Attualmente i principali pathways di cancerogenesi noti sono tre: la prima via è contraddistinta da un'instabilità cromosomica che determina il graduale accumulo di mutazioni in proto-oncogeni e in geni tumor-suppressor e che si ritrova nella maggioranza dei CRC sporadici (80%). Le alterazioni molecolari che portano al carcinoma lungo questa via sono accompagnate da una serie di alterazioni morfologicamente identificabili: all'inizio vi è una proliferazione localizzata dell'epitelio colico, seguita dalla formazione di piccoli adenomi che nel tempo aumentano di dimensioni, con displasia sempre più marcata, e che infine si trasformano in carcinomi invasivi. Questa progressione è detta "sequenza adenoma-carcinoma" ed è spiegata dal modello proposto nel 1990 da Fearon e Vogelstein. 12 Secondo questo modello, il primo evento mutazionale, corrispondente al "primo colpo" della teoria formulata da Knudson nel 1970, coinvolge il gene oncosoppressore APC (Adenomatous Polyposis Coli, implicato nella FAP), il quale codifica per una proteina che promuove la migrazione e l'adesione cellulare e, attraverso l'interazione con la β-catenina, regola la trasduzione del segnale mitogenico in senso inibitorio. In seguito si verifica la perdita del secondo allele normale dell'APC ("secondo colpo"); la tappa successiva sembra essere la mutazione dell'oncogene K-RAS, seguita da ulteriori mutazioni o perdite di eterozigosi che inattivano i geni p53, SMAD 2 e 4, a cui poi si aggiungono mutazioni supplementari. E' rilevante notare che è l'accumulo delle alterazioni, più che il loro specifico ordine di insorgenza, a determinare la trasformazione neoplastica. La sequenza adenoma-carcinoma necessita di circa 15 anni per completarsi; questo è il tempo a disposizione per rilevare e rimuovere gli adenomi prima della loro progressione a cancro invasivo.La seconda via è caratterizzata da mutazioni o dal silenziamento attraverso metilazione dei geni riparatori degli errori di allineamento (mismatch) del DNA: hMSH2, hMLH1, hMSH6, hPMS1 e hPMS2. E' implicata nel 15% circa dei casi sporadici di CRC e nella sindrome di Lynch. Le alterazioni dei geni riparatori del mismatch provocano la cosiddetta "instabilità dei microsatelliti" (MSI): i microsatelliti sono brevi sequenze di DNA ripetitivo presenti nel genoma umano in numero di circa 50.000-100.000. Queste sequenze vanno facilmente incontro a un disallineamento durante la replicazione del DNA, che viene però corretto dai geni sopracitati nelle cellule normali. Sebbene la maggior parte delle sequenze di microsatelliti sia in regioni non codificanti del genoma, alcune di esse sono invece localizzate in regioni codificanti di geni coinvolti nella regolazione della crescita cellulare, tra cui APC, BAX e TGF-βRII; la perdita della capacità di riparare i mismatch determina l'accumulo di mutazioni in questi geni regolatori della crescita, da cui deriva l'insorgenza di CRC. A differenza della sequenza adenoma-carcinoma, non esistono corrispettivi morfologici chiaramente identificabili che riflettano la progressione neoplastica attraverso questa via. 6 Infine, un terzo meccanismo è stato individuato nel campo dell'epigenetica: l'ipermetilazione aberrante. La metilazione del DNA è un processo di per sé fisiologico; oggetto preferenziale di metilazione sono le isole CpG: Citosina-P(=fosforo)-Guanina, le quali si riscontrano in modo significativo nei promotori di alcuni geni. L'ipermetilazione di queste isole causa il silenziamento dei relativi geni. Se l'ipermetilazione si verifica a livello dei promotori di alcuni geni tumorsuppressor, silenziandoli, allora può innescarsi un meccanismo di cancerogenesi, che si affianca a quello delle mutazioni. In un sottogruppo di tumori colorettali, corrispondente al 15-20% dei CRC sporadici, è stata osservata una frequenza eccezionalmente elevata di metilazione di alcune isole CpG, e questa caratteristica è stata indicata come CIMP, ossia "CpG island methylator phenotype". 13 In una certa quota di tumori la metilazione è più limitata (fenotipo CIMP-Low), mentre in altri è più rilevante (fenotipo CIMP-High); questi ultimi presentano frequentemente una mutazione di BRAF, un altro gene che codifica per una proteina implicata nella crescita cellulare. E' inoltre importante sottolineare che in molti CRC MSI sporadici si è riscontrata metilazione del promoter di hMLH1, con conseguente silenziamento epigenetico dell'espressione di questo gene.