Maligní nádory. Nádorová onemocnění. Protoonkogeny. Maligní nádorová onemocnění. Protoonkogeny - amplifikace sekvence DNA.

Transkript

1 NÁDORY BENIGNÍ Nádorová onemocnění rostou v původním loţisku, zachovávají charakter tkáně, ze které vznikly NÁDORY MALIGNÍ invazivní růst, poškozují strukturu a funkci tkáně, indukují vlastní angiogenezu, metastazují Maligní nádory - zvýšená proliferační aktivita, nereaguje na fyziologické regulační podněty - invazivně prorůstá do okolní tkáně, indukuje vlastní angiogenezu (krevní zásobení), metastazuje Maligní nádorová onemocnění MALIGNÍ PROCES VÍCESTUPŇOVÝ několik na sobě nezávislých změn v genomu jedné buňky premaligní stadium / maligní stadium mutace v protoonkogenech, tumor-supresorových genech, mutátorových genech FAKTORY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ Chemické látky polycyklické a aromatické uhlovodíky, nitrosaminy, těţké kovy, mykotoxiny, azbest.. Fyzikální vlivy ionizující záření, UV záření Biologické vlivy DNA viry (adenoviry, herpes viry, hepdnaviry, papovaviry), retroviry (HIV, HTVL-1) VROZENÉ DISPOSICE vrozené defekty reparace DNA EPIGENETICKÉ FAKTORY genomický imprinting - souvislost s metylací bazí genů Protoonkogeny PROTOONKOGENY geny se skrytým onkogenním potenciálem REGULACE BUNĚČNÉHO MNOŢENÍ NA VŠECH ÚROVNÍCH SIGNÁLNÍCH DRAH většinou somatické mutace dominantní charakter MUTACE bodové substituce, delece, adice chromosomální přestavby translokace, amplifikace inserce virového genomu Protoonkogeny PROTOONKOGENY úloha v regulaci buněčného dělení Růstové faktory: sis (virus opičího sarkomu) - PDGF, hst (heparin-binding secretory transforming gene) FGF Receptory růstových faktorů: proteiny s tyrosinkinázovou aktivitou - erb-b (virus ptačí erytroblastózy) receptor pro EGF Proteiny vázající GTP (G-proteiny): genová rodina ras Tyrosinkinázy plasmatické membrány: fosforylace tyrosinu abl (virus Abelsonovy myší leukemie), src (virus Rousova sarkomu) Cytoplasmatické proteiny: MAP-kinázy Raf, MEK, MAP (signál cytoplasma jádro) Transkripční faktory: protoonkogen fos, jun, erb-a Kontrola buněčného cyklu: protoonkogen myc, myb stimulují přechod z G1 do S fáze Protoonkogeny - amplifikace sekvence DNA Protoonkogen Her-2/neu (erbb2) Human epidermal growth factor receptor-2 kóduje receptor pro epidermální růstový faktor s tyrosinkinázovou aktivitou amplifikace Her-2/neu Prognostický a diagnostický marker u karcinomů prsu i dalších nádorů (např. nádory močového měchýře) Rodina protoonkogenů myc (virus myeloblastózy kuřat) N-myc neuroblastom L-myc malobuněčné karcinomy plic regulace buněčného cyklu - geny časné odpovědi aktivace např. růstovými faktory nebo amplifikace genu 1

2 Protoonkogeny Protoonkogen K-ras produkt je protein, který váţe nukleotid nesoucí guanin asociace s receptorem, který se váţe s různými růstovými faktory po aktivaci receptoru je uvolněn GDP vázaný ke K-ras a naváţe se GTP GTP aktivuje K-ras, ten předá signál fosforylací Raf první v kaskádě MAP-kináz Tato signální dráha vede v jádře k aktivaci transkripčních faktorů nebo genů časné odpovědi jako např. c-myc K-ras se normálně inaktivuje hydrolýzou GTP na GDP Některé mutace v K-ras znemoţní inaktivaci nebo vedou k aktivitě K-ras bez vazby k GTP Výskyt nádorových onemocnění v populaci / v rodině Výskyt sporadický mutace v somatických buňkách výskyt v rodokmenu odpovídá frekvenci onemocnění v populaci Familiární výskyt (5-10%) - děděná predisposice časnější vznik nádoru, multifokální / bilaterální výskyt, více členů v rodokmenu postiženo shodným typem nádoru Mendelovský typ dědičnosti dědičnost AD mutace zárodečná (recesivní) (APC, BRCA1, BRCA2, WT, Rb1) 2. mutace postnatální (somatická, recesivní) Tumor-supresorové geny MUTACE V TUMOR-SUPRESOROVÝCH GENECH - RECESIVNÍ CHARAKTER JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA AUTOSOMÁLNĚ DOMINATNÍ TYP DĚDIČNOSTI DĚDÍ SE DISPOSICE Sporadický výskyt nádorového onemocnění: dvě somatické mutace, výskyt odpovídá frekvenci onemocnění v populaci Familiární výskyt: 1. mutace zárodečná, 2. somatická predisposice, časný vznik nádorů, multifokální nedo bilaterální výskyt, více členů rodiny má stejný typ nádoru Hypotéza dvou zásahů (Knudson) Ztráta vrozené heterozygozyty (LOH) vazebná analýza například gen pro esterázu D (marker) je ve vazbě s genem Rb1 Tumor-supresorové geny vybrané příklady Lokalizace nádoru Gen Chromosom Mechanismus působení oči (retinoblastom), kosti, prsa, plíce, močový měchýř, prostata Rb 13q14 ledviny a další orgány (WAGR syndrom) různé typy nádorů (cca 50% všech mutace TP53) tlusté střevo (familiární adenomatózní polypóza, sporadické kolorektální karcinomy) a nádory dalších orgánů prsa, ovaria, prostata, larynx, zažívací trakt, pankreas WT1/WT2 TP53 APC BRCA1 BRCA2 11p13 17p13 5q21 17p21 13q12-q13 Regulace buněčného cyklu Regulace buněčného cyklu Pozastavení cyklu v G1 fázi, transkripční faktor Regulace hladiny beta kateninu (složka cytoskeletu), buněčné proliferace a adheze Chybný repair dvouvláknových zlomů DNA Tumor-supresorové geny příčiny ztráty funkce Tumor-supresorové geny příklad Rb1 (nejčastěji mikrodelece) Delece mohou postihnout různé části genu Mitotická nondisjunkce Mitotická rekombinace Uniparentální disomie (oba chromosomy jsou původem od jednoho z rodičů) Bodová mutace Inaktivace produktu (vyvázání virovým antigenem) MUTACE V SUPRESOROVÝCH GENECH MAJÍ RECESIVNÍ CHARAKTER JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŢE BÝT ZDĚDĚNA Hypotéza dvou zásahů (Knudson) 2

3 Vazebná analýza: marker gen (alela 1 a 2) a gen BRCA1 Výsledek elektroforézy; u matky opakovaně diagnostikován a odoperován nádor prsu (30 a 45 let) u dcery nádor prsu diagnostikován ve 28 letech Stanovení, zda jde o sporadický nebo familiární výskyt nádoru prsu - marker gen v těsné vazbě s genem BRCA1 Alely Matka Otec Dcera nádor prsu dcery 1 2 BRCA1 + BRCA1 - BRCA1 +/+ BRCA1 + nondisjunkce... Delece, mitotická BRCA1 - BRCA1 -, např. substituce BRCA1 - Vyšetřené buňky matky, otce a dcery: nebo leukocyty Ztráta heterozygosity (LOH) v buňkách nádoru prsu - + TUMOR-SUPRESOROVÝ GEN Rb Rb gen reguluje buněčnou proliferaci produkt jaderný protein p105 fosforylovaná / defosforylovaná forma defosforylovaná forma Rb proteinu se váţe k transkripčnímu faktoru E2F inaktivace E2F ovlivní expresi polymerázy alfa a PCNA, který interaguje s polymerázou delta blokáda přechodu z G1 do S fáze fosforylovaný Rb je neaktivní, komplex E2F - Rb se oddělí a uvolní E2F nastane přechod z G1 do S fáze Tumor-supresorové geny vybrané příklady: RB1 Retinoblastom nádor očí Většinou výskyt u dětí Výskyt sporadický unilaterální, 60% pacientů Familiární výskyt 40% pacientů - zárodečná mutace, bilaterální onemocnění Mutace v obou genech jsou nezbytné pro manifestaci nádorové choroby Tumor-supresorové geny příčiny ztráty funkce Hybridizace (Southern blot) s DNA normálních jedinců a s DNA pacientů s jednostranným nebo oboustranným Velikost fragmentů (kb) 9,8 7,5 6,2 5,3 normální pacient s bilaterálním tumor pacient s unilaterálním tumor Restrikční mapa fragment (kb) FIBROBLASTY normální pacient s bilaterálním tumor restrikční mapa: velikost a pořadí HindIII restrikčních fragmentů v Rb1 genu pacient sunilaterálním tumor RETINOBLASTOM Somatická mutace Tumor-supresorový gen WT1 WT1 kóduje zink-finger protein - transkripční aktivátor nebo represor (podle buněčného kontextu) EGR1, PDGFA, CSF-1, TGF-ß, Pax2 Formace genitourinárního systému a mesenchymálních tkání Ztráta funkce genu WT komplex neoplasií, které vznikají jiţ během embryonálního vývoje, velká histologická variabilita Wilmsův tumor (1 : ), WAGR (Wilms tumor aniridia genitourinary anomalies mental retardation) Wilmsův tumor sporadicky - 95% případů Familiární autosomálně dominantní onemocnění dětí - 5% případů S hereditární formou jsou asociované nejméně dva lokusy na chromosomu 11p 11p13 (WT1) a 11p15 (WT2) Ztráta funkce genu rychlý vývoj tubulů ledvin, v ledvinách dítětě pak zůstávají shluky buněk, které se dělí stejně rychle jako během embryogeneze a z nich vzniká neoplasie Germline mutace 6,2 6,2 Dvě odlišné somatické mutace 7,5 5,3 7,5 3

4 Tumor-supresorový gen WT1 Genomický imprinting Imprinting u Wilmsova tumoru maternální chromosom Iniciální mutace je na chromosomu paternálním Tumor-supresorový gen TP53 Tumor-supresorový gen TP53 regulace průběhu interfáze stráţce genomu kontrolní bod mezi G1/S (velký repair), S/G2 (post-replikační kontrolní bod) protein p53 transkripční faktor mnoha genů pozastavení buněčného cyklu vyvolání a koordinace apoptózy mutovaný TP53 u více neţ 50% lidských nádorů (jak sporadických, tak familiárních) bodové mutace v kritických oblastech genu TRANSKRIPČNÍ FAKTOR bodové mutace v kritických oblastech genu (toxiny, záření, viry) mutace nalezeny jak u sporadických tak familiárních nádorových onemocnění Tumor-supresorový gen TP53 V buňkách s mutovaným genem TP53 se akumuluje vyšší počet mutací v dalších genech, mutace nejsou reparovány, v průběhu doby můţe nastat maligní transformace buňky. Tumor-supresorový gen APC (adenomatous polyposis coli) nádory tlustého střeva, kdy maligní transformaci předchází stadium adenomatosní polyposy (FAP) sporadický výskyt nebo dominantně děděné onemocnění 1 / lidí má prekancerosní polypy FAP začíná v časném mládí, během let nádor tlustého střeva několikastupňový proces, na kterém se účastní několik genů tumor-supresorový gen APC chromosom 5q21 Mutace v APC startují vznik nádoru tlustého střeva Např. bodová mutace záměna tyminu za adenin vede k posunu čtecího rámečku a k následnému zkrácení proteinu, coţ destabilizuje replikační enzymy Mutace v genu APC narušují integritu cytoskeletu a adhesi epiteliálních buněk Mutace narušuje vazbu aktinu a beta-kateninu a tím porušuje buněčnou adhezi Mutovaný APC ve spojení s dalšími proteiny zvyšuje migraci buněk, vyvolává navýšení mitotické aktivity (zvýšení hladiny betakateninu a následně zvýšená transkripce onkogenu c-myc) a neschopnost zániku buněk apoptózou 4

5 Tumor-supresorový gen APC Tumor-supresorový gen APC FAP geny asociované s progresí onemocnění APC (5q21) - hyperplastický střevní epitel Hypometylace DNA časné adenomy Mutace onkogenu K-ras (12p) střední adenomatozní stadium DCC gen (18q) pozdní stadium polypů Gen TP53 (17p) - karcinom Další změny - metastázování Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2 Při familiárním výskytu nádoru prsu nebo prsu a ovarií jsou v současné době v genetickém poradenství vyuţívány dva tumor-supresorové geny BRCA1 (breast cancer 1) a BRCA2 (breast cancer 2) Produkty obou genů BRCA tvoří komplexy s produkty dalších genů a podílejí se tak na regulaci průběhu buněčného cyklu a při repairu DNA Děděná mutace BRCA1 se vyskytuje v rodinách s familiárním výskytem nádoru prsu, ovarií anebo prsu a ovarií Zárodečná mutace genu BRCA2 je asociována s výskytem nádoru prsu ţen i muţů, se vznikem nádoru prostaty, pankreatu a s Fanconiho anemií Mimo těchto dvou klíčových tumor-supresorových genů se na maligní transformaci podílejí mutace v dalších genech (polygenní model nádorového onemocnění): tumor-supresorový gen TP53 tumor-supresorový gen PTEN (phosphatase and tensin homolog on chromosome ten) kódující protein s fosfatázovou aktivitou - gen PTEN je mutovaný v pokročilých stadiích mnoha typů nádorů protoonkogen H-ras1 gen RAD51 Spolu s genotypem (genotyp se týká sekvence genů) se na maligní transformaci podílí i epigenotyp buňky (imprinting) Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2 Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2 Gen BRCA1 (17q21) reguluje buněčný cyklus, inhibuje růst buněk mléčných ţláz Protein se uplatňuje při reparaci poškozené DNA, interaguje s produktem genu RAD51 (15q15.1) oprava zlomů v DNA (zlomy indukované zářením nebo při výměně genetického materiálu mezi chromosomy při meióze) Gen BRCA2 (13q12.3) obdobná funkce jako gen BRCA1, i kdyţ oba geny jsou svou strukturou odlišné, téţ interakce s genem RAD51 Protein BRCA2 transportuje protein RAD51 do místa poškození DNA Gen RAD51 kóduje protein nezbytný pro opravu poškozené DNA Mutace BRCA1 / BRCA2 genů nefunkční, velmi krátký, protein Mutace v genu RAD51 5

6 Sporadický a familiární výskyt nádoru prsu - ţeny Familiární výskyt nádoru prsu 100 Kumulativní riziko (%) - ženy 80 Genetická dispozice (familiární) Populace (sporadický výskyt) I II. 60 L III Věk I II III IV 1 2 Ov 44 J G F H B D L E K F F G B E K E Ov J B G H A C E F L G E G B H C F G G 4 5 D H B C G H 5 6 J H A F L G 6 7 Familiární výskyt nádoru prsu a ovárií str. 144 (rodokmenová studie) 75 F F E E K I Ov 46 Ov 50 H G D E F E F G B E K E B H C C G H B H C C G H H F F E G K L K L K F F E E F K Celoţivotní riziko dcera IV/2: 80% ( nosička mutace) dcera IV/3: populační, cca 10% L K 30 L F 28 F F E E K F 9 3 Mutátorové geny (geny mismatch repairu) hmsh2, hmlh1, hpms1, hpms2, hmsh6, hmsh3 Kontrola stability buněčného genomu Opravy chybného párování bazí (při replikaci) Mutace MMR genů se ve fenotypu projevují nestabilitou délky mikrosatelitních lokusů (př. CA n ) Mutace MMR zvyšují frekvenci mutací v genomu x Mutace MMR mají recesivní charakter AD dědičnost nádorového onemocnění Lynchův syndrom I nádory tlustého střeva a rekta Lynchův syndrom II - kolorektální karcinomy, a u 30% pacientů nádory endometria, žaludku, slinivky, močového traktu MMR geny rozpoznají původní vlákno DNA, které má methylované některé báze oprava na novém vláknu Prevence Zdravá hmotnost Zdravá strava (vláknina, tepelná úprava) Rodinná anamnéza - rodinný výskyt nádorů stejného typu Rizikové návyky Fyzikální vyšetření - preventivní prohlídky (névy, krční a nadklíčkové uzliny, štítná žláza, břicho, zevní genitálie, anální oblast atd. Punkční cytologie 6