Nádorová onemocnění NÁDORY BENIGNÍ

Transkript

1 Nádorová onemocnění NÁDORY BENIGNÍ rostou v původním ložisku, zachovávají charakter tkáně, ze které vznikly NÁDORY MALIGNÍ invazivní růst, poškozují strukturu a funkci tkáně, indukují vlastní angiogenezu, metastazují

2 Maligní nádory - zvýšená proliferační aktivita, nereaguje na fyziologické regulační podněty - invazivně prorůstá do okolní tkáně, indukuje vlastní angiogenezu (krevní zásobení), metastazuje

3 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, těžké 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

4 Protoonkogeny PROTOONKOGENY geny se skrytým onkogenním potenciálem REGULACE BUNĚČNÉHO MNOŽENÍ NA VŠECH ÚROVNÍCH SIGNÁLNÍCH DRAH většinou somatické mutace dominantní charakter MUTACE bodové substituce, delece, adice chromosomální přestavby translokace, amplifikace inserce virového genomu

5 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

6 Protoonkogeny Protoonkogen K-ras Produkt je protein, který váže nukleotid nesoucí guanin Vazba s membránovým receptorem pro různé růstové faktory Po aktivaci receptoru je uvolněn GDP vázaný ke K-ras a naváže 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 znemožní inaktivaci nebo vedou k aktivitě K-ras bez vazby k GTP

7 Protoonkogeny Neaktivní receptor s tyrosinkinasovou aktivitou Ras/GDP Neaktivní Raf-kinasa GDP Aktivní receptor s tyrosinkinasovou aktivitou buněčná membrána Ras /GTP Aktivní Raf-kinasa GTP ATP ADP MAP-kinasa 2 ATP ADP Fosforylace P Src-proteinkinasa P proteinkinasa C P proteinkinasa A MAP-kinasa 3 jaderná membrána Regulace transkripce genů: cyklin D1, jun,c- myc, fos a dalších

8 Výskyt nádorových onemocnění v populaci / v rodině Výskyt sporadický mutace v somatických buňkách výskyt v rodokmenu odpovídá frekvenci onemocnění v populaci Hereditární 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)

9 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 Hereditární výskyt: 1. mutace zárodečná, 2. somatická predisposice, časný vznik nádorů, multifokální nedo bilaterální výskyt, více členů rodiny má stejný typ nádoru Ztráta vrozené heterozygozyty (LOH) vazebná analýza; např. gen pro esterázu D (marker) je ve vazbě s genem Rb1

10 Tumor-supresorové geny vybrané příklady Lokalizace nádoru Gen oči (retinoblastom), kosti, prsa, plíce, močový měchýř, prostata Mechanismus Chromosom působení Rb 13q14 Regulace buněčného cyklu ledviny a další orgány (WAGR syndrom) WT1/WT2 11p13 Regulace buněčného cyklu různé typy nádorů (cca 50% všech mutace TP53) TP53 17p13 Pozastavení cyklu v G1 fázi, transkripční faktor tlusté střevo (familiární adenomatózní polypóza, sporadické kolorektální karcinomy) a nádory dalších orgánů APC 5q21 Regulace hladiny beta kateninu (složka cytoskeletu), buněčné proliferace a adheze prsa, ovaria, prostata, larynx, zažívací trakt, pankreas BRCA1 BRCA2 17p21 13q12-q13 Chybný repair dvouvláknových zlomů DNA

11 Tumor-supresorové geny příčiny ztráty funkce 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)

12 Tumor-supresorové geny příklad Rb1 (nejčastěji mikrodelece) MUTACE V SUPRESOROVÝCH GENECH MAJÍ RECESIVNÍ CHARAKTER JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA Hypotéza dvou zásahů (Knudson)

13 TUMOR-SUPRESOROVÝ GEN Rb Rb gen reguluje buněčnou proliferaci Produkt jaderný protein p105 Fosforylovaná / defosforylovaná forma Defosforylovaná forma Rb proteinu se váže k transkripčnímu faktoru E2F Inaktivace E2F ovlivní expresi DNA-polymerázy alfa a PCNA, který interaguje s DNA-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

14 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

15 Tumor-supresorové geny příčiny ztráty funkce Hybridizace (Southern blot) s DNA normálních jedinců a s DNA pacientů s jednostranným nebo oboustranným retinoblastomem Velikost fragmentů (kb) normální fibroblasty pacient s unilaterálním retinoblastomem pacient s bilaterálním retinoblastomem tumor fibroblasty 9,8 7,5 6,2 5,3 Restrikční mapa 7,5 5,3 9,8 6,2 tumor fibroblasty

16 pacient s bilaterálním retinoblastomem normální fibroblasty fragment (kb) tumor pacient sunilaterálním retinoblastomem fibroblasty tumor fibroblasty restrikční mapa: velikost a pořadí HindIII restrikčních fragmentů v Rb1 genu 7,5 5,3 9,8 FIBROBLASTY 6,2 RETINOBLASTOM Somatická mutace 7,5 5,3 9,8 6,2 Germline mutace 6,2 6,2 Dvě odlišné somatické mutace 7,5 7,5 5,3 5,3 9,8 9,8 6,2 6,2 7,5 7,5 5,3

17 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 již během embryonálního vývoje, velká histologická variabilita Wilmsův tumor (1 : ), WAGR (Wilms tumor aniridia genitourinary anomalies mental retardation) Wilmsův tumor sporadicky 95 % případů Hereditární onemocnění dětí - 5% případů (50% pravděpodobnost dědění mutace) 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

18 Tumor-supresorový gen TP53 Regulace průběhu interfáze Pozastavení buněčného cyklu; koordinace apoptózy Kontrolní bod mezi G1/S (velký repair), S/G2 (post-replikační kontrolní bod) Protein p53 transkripční faktor mnoha genů Mutovaný TP53 u více než 50% lidských nádorů (jak sporadických, tak hereditárních); bodové mutace v kritických oblastech genu

19 Tumor-supresorový gen TP53 Poškození DNA exprese genu TP53 p53 se váže k místu poškození tetramer p53 působí jako transkripční faktor aktivuje geny brzdící replikaci (produkt p21 inhibuje cdk); při nemožnosti reparace mutací zahájení apoptózy V buňkách s mutovaným genem TP53 se akumuluje vyšší počet mutací v dalších genech, mutace nejsou reparovány, v průběhu doby může nastat maligní transformace buňky

20 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, což 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

21 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

22 Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2 Při hereditárnímárním výskytu nádoru prsu nebo prsu a ovarií jsou v současné době v genetickém poradenství využívány 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 hereditárním výskytem nádoru prsu, ovarií anebo prsu a ovarií Zárodečná mutace genu BRCA2 je asociována s výskytem nádoru prsu žen i mužů, 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)

23 Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2 Gen BRCA1 (17q21) inhibuje růst buněk mléčných žláz (reguluje buněčný cyklus) Uplatňuje se při reparaci poškozené DNA, interakce s produktem genu RAD51 (15q15.1) Oprava zlomů v DNA (zlomy po záření nebo výměně genetického materiálu při meióze) Gen BRCA2 (13q12.3) obdobná funkce jako gen BRCA1 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

24 Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2

25 Sporadický a hereditární výskyt nádoru prsu - ženy Kumulativní riziko (%) - ženy Dispozice (hereditární) 100 Populace (sporadický výskyt) Věk

26 Hereditární výskyt nádoru prsu I. Br II. L Br Br III. Br 50 Br + 35 Br 42 45

27 1 I 1 JB AC LG 3 2 Ov 44 JG AE LE IV Hereditární výskyt nádoru prsu a ovárií (rodokmenová studie) Ov II III FG BE KE HG DE FE 70 BH CF GG FH BD KF 3 GH EF EG DH BC GH 5 6 JH AF LG FG BE KE BH CC GH 75 FF EE KI BH CC GH HF FE GK 8 9 Br 42 Ov 46 J F AE LK Br 39 Ov 50 J F AE LK 1 2 FF EE FK 3 Celoživotní riziko dcera IV/2: 80% ( nosička mutace) dcera IV/3: populační, cca 10% Br 31 J F AE LK 30 J F AE LF 28 FF EE KF

28 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. CAn) 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

29 Kolorektální karcinomy bez předcházející polypózy (HNPCC)

30 HNPCC Amsterodamská kriteria Lynchův syndrom I nádory tlustého střeva a rekta Lynchův syndrom II - kolorektální karcinomy, a u 30% pacientů nádory endometria, žaludku, slinivky, močového traktu AD dědičnost Postižení 3 a více členů rodiny ve dvou po sobě jdoucích generacích Věk méně než 50 let alespoň u jednoho postiženého

31 Kolorektální karcinomy geny APC / MMR APC (FAP) produkt genu je součást signální dráhy Wnt Geny rodiny Wnt kontrolují embryonální vývoj, inhibují apoptózu Mutátorové geny nestabilita délky mikrosatelitních sekvencí replikační chyby Repetitivní sekvence dinukleotidů (např. CA) nebo trinukleotidů (např. CAG) Mikrosatelitní sekvence rozmístění po celém genomu Délka repetic je dědičná

32 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