Senescence v rozvoji a léčbě nádorů Řezáčová Martina
Replikační senescence Alexis Carrel vs. Leonard Hayflick and Paul Moorhead Diferencované bb mohou prodělat pouze omezený počet dělení - Hayflickův limit Buněčná senescence buňka zůstává metabolicky aktivní, ale neproliferuje Až v 90. letech prokázáno jako příčina progresivní zkracování telomer Přítomnost dysfunkční telomery aktivuje kaskády reakce na poškození DNA, na jejichž konci stojí inhibitory cyklin-dependentních kinas p21 Cip1/Waf1 a p16 INK4a, následná hypofosforylace proteinu Rb vedoucí k permanentní zástavě buněčného cyklu The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)
Stresem indukovaná předčasná senescence
Jak buňka reaguje na poškození DNA? Kompletní dvouřetězcové zlomy DNA DSB Rozpoznání poškození Aktivace molekulárních mechanismů Reparace DNA Obrana opravou Dočasná zástava cyklu Senescence Obrana vyčleněním z proliferujícího poolu Smrt buňky apoptóza Obrana eradikací
Fosforylace H2A.X DSB Katalyzují kinasy ATM, ATR a DNA-PK Serin 139 součást SQ domény na C-konci molekuly H2A 50-100 kp oběma směry Přímý efekt na změnu stavby chromatinu nebyl popsán Mnoho vazebných partnerů: ATM, 53BP1, MRN, BRCA1 i 2, Rad52, Tip60 Důsledky: 53BP1, MRN, ATM, BRCA : zakotvení konců, reparace, kontrola buněčného cyklu Tip60: remodelace chromatinu (HAT), rozvolnění struktury, odkrytí ostatních modifikací (methylace)
Tvorba γh2ax a 53BP1 ložisek u lidských lymfocytů ozářených 60 Co in vitro 1 h po ozáření K 1 Gy
Centrální úloha ATM kinasy v buněčné odpovědi na dvouřetězcové zlomy DNA DSB aktivace ATM/ATR Mdm2 p53 Chk2 Chk1 Brca1 Nbs1 cabl apoptóza p21 Cdk2/ Cyklin E G1 blok, intra S blok Cdc2/ Cyklin B1 G2 blok Rad51 Rad50 Mre 11 reparace SAPK odpověď genů reagujících na stres
Reparace dvojitých zlomů DNA MNR komplex (Mre11/Rad50/Nbs1) Homologní rekombinace Pozdní S fáze, G2 fáze Brca1,2; rad52 NHEJ nehomologní spojení konců Všechny fáze cyklu DNA-PKcs, Ku70, Ku80; Ligasa IV; xrcc1; Artemis Nepřesná Potenciální zdroj mutací Llorca O. Current Opinion in Structural Biology Volume 17, 2007, Pages 215-220
Strategie buňky v odpovědi na poškození DNA Kompletní dvouřetězcové zlomy DNA DSB Rozpoznání poškození Aktivace molekulárních mechanismů Reparace DNA Obrana opravou Dočasná zástava cyklu Senescence Obrana vyčleněním z proliferujícího poolu Smrt buňky apoptóza Obrana eradikací
Vliv ionizujícího záření v dávce 6 Gy na změny zastoupení leukemických buněk HL-60 v buněčném cyklu a indukci apoptózy K 6 h G 1 =42,2% S =45,4% G 2 =12,4% 24 h Reparace poškození G2=85% 48 h 72 h 7 dní A A = 62%
Vliv ionizujícího záření v dávce 20 Gy na změny zastoupení kmenových buněk zubní pulpy v buněčném cyklu a indukci senescence K 1d. 6d. SA-β-gal
Detece senescentních buněk Vzestup aktivity SA-β-galaktosidasy Morfologické změny Zástava buněčného cyklu Zvýšená expres e inhibitorů buněčného cyklu (p21 Cip1/Waf1, p16 INK4a, p15 INK4b ) Hypofosforylace proteinu Rb Aktivace mechanismů odpovědi na poškození DNA Přetrvávající ložiska γh2ax v místě poškození DNA Změny sekrečního fenotypu
Jak souvisí tyto cesty s kancerogenezí? Onkogeny indukovaná senescence
Apoptóza a senescence jako protinádorová bariéra indukovaná onkogeny u prekarcinogenních lezí Aktivace onkogenů a ztráta nádorových supresorů Aberantní proliferace Genomová nestabilita Odpověď na poškození DNA apoptóza senescence Poškození těchto bariér vede ke vzniku nádorů
Bártková et al. Nature. 2005, 434(7035):864-70. Karcinom močového měchýře p-chk2 nejprve stoupá, v pozdních stádiích je pozitivita nižší Podobně reagují i p-atm, p-p53, p-h2ax (Thr 68) (Ser 1981) (Ser 15) N- normální uroepithel Ta časné povrchové léze T1 nejčasnější invazivní fáze T2-T4 více vyvinuté primární karcinomy (Ser 139)
Gorgoulis VG et al. Nature. 2005, 434(7035):907-13. Karcinom plic p-h2ax 53BP1 u hyperpl. lokalizován v místě DSB, později difúzně p-chk2 Změny p53 a apoptózy Chybí apoptóza
Druhou protinádorovou bariérou je senescence 1. DNA poškození vede přes ATM kinasu a p53 k expresi p21 a senescenci 2. Stresové faktory, onkogeny, poškození chromatinu, aktivace MAPK exprese p16 Stres Onkogeny Dysfunkce Onkogeny Mos protein telomer ROS MAPK aktivace Poškození DNA aktivace ATM ERK fosforylace p53 p21 Reverzibilní růstový blok p16, p15, p19 Senescence Ireverzibilní růstový blok
Změny sekrečního fenotypu Vzestup produkce prozánětlivých cytokinů a chemokinů (IL-1α, IL-6, IL-8, GRO α, β, γ, GCP2, NAP2, ENA-78) Vzestup počtu receptorů CXCR2/IL8RB Následná intracelulární aktivace MAPK, PI3K a Rac Upregulace transkripčních faktorů NFκB, C/EBPβ vzestup produkce cytokinů a CXCR2 pozitivní zpětná vazba, autokrinní podpora senescence, vzestup p16 Stoupá produkce kyslíkových radikálů? poškození DNA? aktivace DDR mašinerie, p53 Rovněž vzestup sekrece růstových faktorů (EGF, VEGF, kolonie-stimulujících faktorů), matrix metalloproteinas (MMP-1, -3, -10) i jejich inhibitorů, aktivátorů plasminogenu i jejich inhibitorů, fibronektinu
Onkogení signály Přetrvávající poškození DNA Zkrácení či porušení telomer SENESCENCE růstové faktory Senescence associated secretory phenotype MMPs IL6 JAKs TGFβ MAPK IL8 CXCR2 Senescence associated DNA-damage foci ATM, γh2ax p53 Chk1,2 p15 p16 p21 Pro-onkogení signály Děkuji za pozornost. Hezký den! Zástava buněčného cyklu Protinádorová bariéra