Maligní tumor je genetické onemocnění. VZNIK NÁDOROVÉHO ONEMOCNĚNÍ z hlediska molekulové patobiochemie TKÁŇ. Jaroslav Masopust

Transkript

1 VZNIK NÁDOROVÉHO ONEMONĚNÍ z hlediska molekulové patobiochemie Jaroslav Masopust Ústav klinické biochemie a patobiochemie 2. Lékařská fakulta UK v raze Maligní tumor je genetické onemocnění řechod normální tkáně do stavu invazívní nádorové choroby trvá obvykle 5 20 let Ovlivňují to hereditární genetické faktory a somatické genetické změny rogresi podporuje postupné (!) hromadění genetických změn nekontrolovaný růst způsobený kupř.: - trvalou aktivaci signální transdukce růstového stimulu - alteraci kritických bodů buněčného cyklu - deregulaci DN-transkripčních faktorů očet buněk rogrese eneralizace - metastázy NÁDOROVÉ ONEMONĚNÍ ORNISMUS KÁŇ BUŇK HROMOSOM Klinické příznaky, Morfologické a laboratorní známky Nádor in situ Nádorový FENOY Maligní transformace Nádorový ENOY Normální buňka 1 Nádorový potenciál mutace Hromadění mutací Maligní transformace

2 otenciál agresivity Odezva organismu Somatické genetické změny Hyper- Klonální Invazivní Metastázy plazie dysplazie progrese ngiogeneze NÁDOROVÝ ENOY výsledek nahromadění mutací (alterací) genů pro řízení Dědičná predispozice aktivace onkogenů ztráta heterozygozity genetický karyotyp instability defekt v opravách DN čas * proliferace * diferenciace * zániku BUNĚK OULI možno rozdělit na 4 genetické ONKODÉMY (dle vztahu vývoje nádoru ke genetické nebo enviromentální zátěži) (1) ZÁKLDNÍ - normální populace kde riziko nádorového onemocnění vzniká nahromaděním bodových mutací (2) ENVIROMENÁLNÍ - část normální populace kde riziko se zvyšuje působením okolních podmínek (chemie,radiace,viry) (3) ENVIROMENÁLNĚ ENEIKÁ - část populace se zvýšenou náchylností k enviromentálním kancerogenům (4) ENEIKÁ - část populace s geneticky přenosným rizikem "Rakovina je genetická porucha somatických buněk: maligní tumory obsahují buňky nesoucí mutace nebo delece kritických nádorových genů" "Mutace zárodečných buněk přenáší náchylnost k nádorovému onemocnění z rodičů na děti" ROOONKOENY (kontrolují růst a diferenciaci buněk) aktivace mutace,translokace,amplifikace ONKOENY pro růstový pro receptory intracelul. pro transkripční pro faktor růst.faktorů kinasy faktory transdukční proteiny sis erbb-1 src,abl c-myc,l-myc K-ras erbb-2 N-myc,E 2 H-ras fms,trk fcs,gli N-ras net,ros gip 2

3 UMOROVÉ SURESOROVÉ ENY (= NIONKOENY) (účastní se na přenosu signálu mezi buňkami a kontrolují programovaný zánik buněk) inaktivace mutace,amplifikace RB p53 D M NF-1 W-1 fl p53 protein (autoprotilátka proti p53) ENY predisponující ENEIKOU INSBILIU (Defekt v opravě chybné DN pro poruchu v opravném čtení při replikaci DN) en na chromosomu 2 mutace en pro HN (Hereditární nepolymatózní kolorektální karcinom) 3

4 5 OH Me U ox O O O O O římáobnova poškození Oprava baze vystřižením Oprava nukleotidu vystřižením Oprava mis-match chyby (chybného párováníbazí) Oprava přerušení jednoho vlákna Oprava přerušení dvojvlákna enová instabilita může predisponovat premaligní buňku k proliferaci maligních dceřinných buněk Instabilita se může projevovat na makroúrovni: (změny v karyotypu) nebo mikroúrovni (oprava DN-sekvence) 3 Možné cesty k maligní transformaci enotoxický stres UV-záření oškození DN ZMĚN SINLIZE NEDEKVÁNÍ ERESE strukturálně normálního proteinu UVOLNĚNÍ RERESE ORUH ZÁNIKU BUNĚK p53 UbUb UbUb MDM2 p53 MDM2 c-myc yklind1 DK4 RF p53 p21 I Bax c-myc Bcl-2 prb paf-1 Kaskáda kaspas poptóza ENEIKÁ NESBILI Degradace p53 yklin E DK2 prb rogrese cyklu 4

5 EFR EF rotoonkogen pro receptor delece neu Růstový faktor receptor membrána cytosol Onkogen pro receptor trvalá stimulace val gln p50 p65 IkB SH RB SOS p Ras I-4- I3-kinasa I-4,5-2 p DK p kt IKK-a NF-kB p50 BcL- L Bad Bad p65 E-1 BcL-L ntiapoptóza poptóza ntiapoptóza NÁDOROVÝ FENOY MLINÍ RNSFOME BUŇKY Ztráta kontroly ROLIFERE -alterace buněčného cyklu -antiapoptóza ( nesmrtelnost buňky ) -alterace v transdukci signálu Ztráta kontaktu buňka-buňka Invazivita lterace v metabolismu (anaerobní glykolýza, uchvacování dusíku, lipolýza tvorba nádorových antigenů) odpora angiogeneze 5

6 FOSFORYLE (kinasy) romotor EN pro růstový faktor ROEIN-(yr, Ser, hreo) DEFOSFORYLE ZNUÍ (aktivace) VYNUÍ (inaktivace) (FOSFSY) Rb-protein + dk 4 Fosforylovaný Rb-protein ranskripční aktivátor (blokován) mrn ranskripce zahájena se odpoutá od aktivátoru; ten se naváže na promotor Růstové faktory prb os. 1. Fs p15 INK4b cdk4 p21 ip1/waf1 2. cma 3. Inhibice kontaktem p27 Kip1 aktivita komplexu cdk/cyklin neg prb hypofosforylovaný D-1 negativně D-1 prb D-1 Začátek transkripce D-1 pozitivně Začátek transkripce dk1 (konc.) yklin (konc.) locus Represe transkripce locus ktivace transkripce S M S M-fáze dk1 aktivita 6

7 cyklin B/ dk1- Kontrolní body 0 radiace cyklin / cdk1 cyklin / dk2 S 2 M 1 0 Restrikční bod /cyklin D1 dk4/cyklin D2 dk6/cyklin D3 cyklin E/ dk2 pro 2 M DK1 yklin B2- DK1 yklin DK1 cyklin B2- DK2 yklin DK1 cyklin B2- p21 dc2 5 p53 DK1 yklin cdc chk1 chk2 cdc M radiace M DK4 53 cyklind2 21 DK2 DK2 cykline yklin DD1 DK1 cyklin DK2 yklin E D1 RB RB- RB- DK7 yklin H Maf 1 DK4 yklin D1 RB- DK7 yklin H Maf 1 DK2 yklin DK1 yklin B2 S 1 DK4 yklin D1- DK1 yklin B1 NESMRELNOS BUŇKY Normální somatická buňka má omezenou kapacitu proliferace danou určitým počtem možných dělení a řízenou opakovanou sekvencí konce DN řenos signálu z vnějšku do jádra buňky (ransdukce signálu) SINÁL membr. ransdukční ranskrip. ranskripce receptor proteiny faktory genu - tzv. telomery 1 cyklus = zkrácení o 1 telomer Nové nastavení umožňuje ELOMERS mrn Zvýšená aktivita telomerasy u nádorových buněk ROEIN (činnost) 7

8 Kategorie členů signálních drah Růstové fakt. DF (c-sis) FF-like (c-int2) Membr. nerecept. tyrosin-kinasy c-sec, c-lok, c-fgr c-yes Receptory růst. f. tyrosin-kinasy c-erbβ, c-fms, c-ret c-ros, c-kit, c-nue Receptory non-tyr. kinas: c-mas -protein c-ras, c-gsp, c-gip rotein-kinasy c-raf, c-mos, c-pim 1 Regulátory nukl. traskr. proteinů c-myc, c-myb, c-jun c-rel, c-erb, c-fos Růstové faktory (I) Receptory růstových faktorů (II) Intracelulární oblast (tyrosinová protein-kinasa) (III) Druhý posel (fosforyl. protein) DN ranskripční faktory (IV) transkripce RN mrn ROEIN Intracel. transducery Intracel.receptor (II) roteiny kontroly buněčného cyklu (V) WN Frizzled Dishvelled SK3β β katenin Fβ F SMDs RB2-SOS ytokiny Růstový faktor MY INK4B INK4 yk-dk4 RF MDM2 R RF MK MEK -protein RK RS EN I3K K DRÁHY KNEROENEZE p53 RB Změny genové exprese 2 OR RSK s B elf4e yke-dk2 Mobilizace zdrojů Buněčný cyklus Replikační životnost ER L OÓZ Rovnovážný stav počtu buněk v tkáních očet buněk = roliferace - onkogeny x antionkogeny Zánik RO apoptotické geny NI 8

9 ROINÁDOROVÁ IMUNINÍ OBRN (efektorové buňky) Specifické protilátky Y Y Y cytokiny ytotoxický -ly L Onkoproteiny -aktivace zvýšení produkce kostimulačních molekul IFNg produkce IL-12 podpora odpovědi h1-buněk řirozený zabiječ aktivace a proliferace tumor-reaktivních buněk D4+ a D8+ produkce IL-2 NK LK Lymfokiny akt. zabiječ ktiv. makrofág Renezance Burnetovy a homasovy teorie protinádorového imunologického dohledu ( cancer immunoediting ) 1. Fáze eliminace: NK, NK, gd rozpoznávají antigeny nádorových buněk produkce INFg kaskáda přirozené imunity (angiostatické chemokiny, stimulace NK a dendrit.bb a IL 12) drť tumorových bb. fagocytována do uzlin; odtud difer. -bb D4+ a D8+ putují k nádoru, rozpoznávají a ničí tumorové bb. (IFNg, IL 12, NF, perforin) 2. Fáze ekvilibrace: selekční tlak nové klony nádorových bb.: tvorba a ničení v rovnováze 3. Fáze vymanění: selekční tlak vytvoří varianty unikající rozpoznání, ničící cytotox. -bb. (apoptoza Fas-lig) apoptóza Onkoprotein NFkB NFkB proliferace inhibice diferenciace angiogeneze metastázy 9

10 Ras VF FK VFR ODOR NIOENEZE Lg MESIKÝ (invazivní) FENOY Zvýšení motility (invazivita) (průnik do stromatu a přes cévní stěnu) Vytváření embolů v cirkulaci paxillin D I3 dherence ke stěně cévy MK K a ++ NOS růnik do parenchymu roliferace endotelií Změna cytoskeletu Migrace endotélií NIOENEZE roliferace endotelií ermeabilita cévy NO Vytvoření metastázy (proliferace v místě, angiogeneze, odpověď na mikroprostředí) Metastázy metastáz Nádorová generalizace Maligní transformace, angiogeneze Motilita Invazivita dherence k endotelu Emboly v cirkulaci Extravazace do parenchymu Odpověď na mikroprostředí roliferace angiogeneze Metastázy metastáz MESÁZ 10

11 ENEIKÉ ZMĚNY při rozvoji KOLOREKÁLNÍHO KRINOMU hromosom 5q 18q 17p 8p Mutace delece delece delece delece K-ras B-26 b-katenin Normální epitel adenom pozdní adenom časný karcinom Období gestace 10-letí 2 5 let 2-5 let pozdní karcinom Možnosti detekce rizika Mutace, K-ras, p53 genů.u většiny neuploidie s delecí raménka chromosomu 1p, 5q, 8p, 18q, 17p u 85 % Diploidie (15 %) s mutací B-26. u 95 % Dlouhá DN (nepodléhá apoptóze).. až u 90 % Kolorektální karcinom je klinicky, fenotypově a genotypově hetorogenní: Multikomponentní stanovení Rozlišení nádorové DN Souprava pro detekci tumoru: B-26 v stolici (reen 26) pozitivní u > 90% HN 5-fluorouracil Irreversibilní blokáda 5-fluorodeoxyuridylát thymidylátsynthasa dum dm N 5,N 10 -methylentetrahydrofolát 11

12 REZISENE vůči HEMOERII enová amplifikace dihydrofolátreduktasy (DHFR): Je navozena jejím inhibitorem methotrexátem (přežívající nádorové buňky amplifikují gen DHFR až 1000násobné kopie nikoliv buňky normální) mplifikace genu multidrug-transport protein neboli 170 Je to transmembránový fosfoprotein (-pumpa): vytlačuje hydrofobní toxické látky z buňky ven (Je normálně v hepatocytech, enterocytech, renálních tubulech součást B-transporterů -binding casette transporter) Molekulárně genetické vyšetření při léčení neuroblastomu Rezistence vůči chemoterapii - multidrug-resistence protein (MR) - LR, glutathion-s-transferasa - topoisomerasa, thymidylátsynthasa, metalothionein - zvýšená exprese bcl-2 Diferenciace primitivního neuroblastu na zralou gangliovou buňku nervovým růstovým faktorem (NF) (také jako rk-receptor) Neuroblastom ganglioneurom (benignější) Insulinový růstový faktor 2 (IF-2) (nezralejší) neu (ErB-2) onkoprotein (nezralejší) Vývoj molekulových markerů urothelkarcinomu Superficiální tumor Normální urothel RS 53 RB Infiltrující tumor 9qDel a is a 9pDel (INK4) Dobrá prognóza Méně dobrá Špatná prognóza N+/M+ HEMOREVENE VIMINY: folát, vitamin E, D (membránové receptory) MINERÁLY: a, Se (selenomethionin) Látky z rostlin: diallylsulfid (setrvání v -fázi), kurkumin, genistein(ze sóje: potlačuje ca-prostaty), indol-3-karbinol; isoflavonony, lykopen, polyfenon E. Syntetické látky: raloxifen, 9-cis-retinová kys., (selektivní inhibitory estrogenních receptorů), inhibitory O 2. 5qDel, 3pDel 6qDel, 11pDel, 18qDel 12

13 nti-iniciace * alterace metabolismu kancerogenu * podpora detoxikace kancerogenu nti-promoce, anti-proliferace * odstranění reaktivních forem kyslíku * ovlivnění genové exprese * potlačování zánětlivé reakce preneoplastické buňky nádorové buňky iniciovaná buňka * podpora opravy DN * odstranění elektrofilních látek a reaktivních forem kyslíku * potlačení proliferace * indukce diferenciace * navození apoptózy * podpora imunity * omezení angiogeneze Mechanismus HEMOREVENE HEREIN (trastuzumab) Humanizovaná monoklonlní protilátka proti proteinu 2 receptoru epidermálního růstového faktoru - Her-2/neu (c-erbb2) nadměrně exprimovaného (nádorová amplifikace genu) u některých epitelových nádorů (25 % karcinom prsu) Možné úspěšné léčení metastazujících karcinomů prsu (neopovídajících na antiestrogenovou terapii) Nutno dříve prokázat přítomnost HER-2 při biopsii nádoru a pak aplikovat Heceptin Mechanismus účinku Herceptinu Signální dráha epidermálního růstového faktoru HER2/neu redukuje hladinu p27 Kip1 navozením jeho degradace ubikvitinací; to navozuje uvolnění dk2 (cyklin-dependentní kinasy2) a aktivaci cyklu buněčného dělení (=nádorová proliferace při nadměrné expresi) rastuzumab (Herceptin) působením na receptor (HER2/neu-R) zvyšuje hladinu inhibitoru p27 Kip1 podporuje jeho asociaci s cyklindependentní kinasou dk2, čímž inhibuje aktivitu této kinasy a způsobuje zástavu cyklu v -1 fázi (a brání tak nádorové proliferaci). ozdější rezistence nádorových buněk na Heceptin se vysvětluje nadměrnou expresí Skp2 (= ubikvitin-ligasa), (která je nutná pro průběh ubikvitinace p27/ Kip1 )adaptovanými nádorovými buňkami; neodstraněný p27 Kip1 pak neblokuje aktivitu dk2 a nádorové buňky se mohou dále dělit (odpořeno experimentem in vitro pomocí IF-1, který má účinek anti-trastumuzabový ) Signální dráha realizující účinek HER2/neu i IF-1 se děje prostřednictvím signalizace I3K (fosfoinositid-3-kinasy); amplifikace genu I3Knebo delece genu pro EN (specifická fosfatasa), nalézané u řady karcinomů, způsobují deregukaci buněčného cyklu IF-1 Mechanismus účinku trastuzumabu a rezistence vůči němu IFB-3 Zrušeni zástavy cyklu v -1 fázi IF-IR IRS I3K p85 Následná signalizace Skp2 Uvolnění blokády dk2 p27 Kip1 IF-IR p85 I3K p27 Kip1 -degradace HEREIN 13

14 LÉKY ve zkoušení (na bazi molekulové patologie) LymphoRad-131: humanizovaná monoklonální protilátka nesoucí radionuklid (Jod-131) blokuje receptor stimulátoru B-lymfocytů (nepůsobí na prekurzory B-buněk) inhibuje myelom RIL-1 R Mab: humaniz. monokl. protilátka ; tumory s tímto receptorem zanikají na apoptózu Inhibitory Bcl-2 a Bcl-: podporují apoptózu nádorových buněk (non-hodgkinský lymfom) Osobní vakcína : vůči proteinu tepl. šoku (HS70) + imanitib mesylát působí jako fingerprint tumorových buněk pacienta chronické myeloidní leukemie ZDRVÍ je EN, kterou platíme za ŽIVO Na samém začátku vzniku života jedince je progrese buněčného dělení nutným předpokladem vývoje jedince, později může být příčinou jeho záhuby Molekulová patobiochemie dává možnost tento proces ovlivnit 14