Il cancro è la conseguenza di anomalie della funzionalità cellulare

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1 Cellule cancerose

2 Il cancro è la conseguenza di anomalie della funzionalità cellulare In base al tipo di tessuto colpito, diverse categorie : Carcinomi: cell. epiteliali rivestimenti est e int Sarcomi: tessuti sostegno (osso, muscolo, cartilagine, etc) Linfomi: tessuti linfatici-ematici Leucemie: cellule del sangue

3 Dopo le malattie cardiovascolari il cancro è la seconda causa di morte nei Paesi industrializzati Lo sviluppo completo del fenotipo maligno richiede 3-7 mutazioni su geni che controllano motilità, adesione, crescita, differenziamento e morte cellulare

4 Il cancro è una malattia genetica multistep: una popolazione cellulare clonale si espande assumendo via via caratteristiche aberranti

5 CARATTERISTICHE DELLE CELLULE TUMORALI la crescita tumorale è caratterizzata da uno squlibrio tra divisione cellulare e differenziamento cellulare Tumore benigno: resta confinato, in genere non pericoloso Tumore maligno o cancro: capace di invadere altri tessuti

6 Rispetto alle cellule normali, le cellule cancerose presentano caratteristiche di crescita peculiari : Crescita indipendente da ancoraggio (cell normali che non riescono ad aderire ad un substrato vanno incontro ad apoptosi) Crescita non inibita dalla densità cellulare (cell normali formano monostrati, cell cancerose ammassi) in coltura numero divisione cellulari indefinito-illimitato (meccanismi che evitano accorciamento telomeri)

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8 Cellule normali crescono in vitro solo in presenza di fattori di crescita Crescita delle cellule tumorali è indipendente da fattori di crescita

9 Caratteristiche genetiche: cellule tumorali hanno assetti cromosomici anomali (che non si sarebbero potuti generare in cellule dotate di normali sistemi di controllo del ciclo cellulare e delle vie apoptotiche

10 Angiogenesi e crescita tumorale I tumori riescono a crescere solo se si sviluppa una rete vascolare infiltrante Il tumore stesso induce l angiogenesi mediante rilascio di specifici attivatori (VEGF, EGF)

11 Metastasi tumorale La cellule cancerose sono capaci di colonizzare organi e tessuti distanti dal sito d origine La diffusione avviene in 3 fasi: 1.Migrazione nei tessuti e vasi circostanti 2.trasporto nel circolo sanguigno 3.Invasione e crescita in un nuovo tessuto: metastasi Meccanismi basati su: alterazioni proteine di adesione (caderina, integrine); secrezione di proteasi o attivatori di proteasi che degradano MEC e lamina basale.

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13 I tumori sono costituiti da una popolazione cellulare eterogenea, con una diversa capacità di dare metastasi. In genere solo una esigua % di cellule cancerose entrate in circolo riesce poi a colonizzare un nuovo sito; alcuni siti sono attaccati preferenzialmente (in genere il primo letto capillare esteso, es: polmoni, fegato), anche in base alle caratteristiche del tumore originario.

14 Il ruolo del sistema immunitario I linfociti CTL possono riconoscere come estranee-anomale e quindi distruggere le celllule cancerose in circolo, se queste presentano molecole di superficie distintive rispetto alle cellule normali

15 Il SI riconosce ed elimina le cellule trasformate

16 Le cause principali del cancro sono da ricercarsi in fattori ambientali e stili di vita (dieta, fumo, attività fisica) Gli studi epidemiologici hanno permesso di identificare diversi fattori ambientali che possono favorire il cancro: il fumo è una causa accertata di cancro ai polmoni. Diversi agenti di natura chimica, fisica e biologica sono carcinogeni

17 Sono stati individuati molti agenti chimici cancerogeni o pre-cancerogeni: queste sostanze sono in grado di indurre mutazioni sul DNA, generando le disfunzioni cellulari alla base del cancro. La mutagenicità di un agente chimico può essere valutata mediante test di Ames, in cui i batteri sono sfruttati come organismi di verifica.

18 Anche le radiazioni ionizzanti e UV possono provocare mutazioni del DNA che promuovono il cancro. Le radiazioni UV provocano un danno caratteristico: la formazione di dimeri pirimidinici che distorcono la doppia elica e inducono errori di replicazione.

19 Lo sviluppo del cancro procede per fasi: 1) inizio, 2) promozione e 3) progressione Esistono agenti chimici che: -stimolano l inizio del cancro: trasformano le cellule normali in cellule alterate-precancerose (mutazioni sul DNA, esposizione breve) -promuovono il cancro: stimolano le cellule alterate a dividersi e formare tumori (esposizione prolungata) Durante la fase di progressione, molte mutazioni successive introducono varianti cellulari nella popolazione cancerosa: si producono forme tumorali sempre più aggressive.

20 Oltre ad agenti chimici e fisici, anche agenti biologici infettivi possono provocare il cancro Negli animali molti tipi di cancro sono provocati da virus oncogeni (es. Sarcoma di Rous, nei polli) Nell uomo pochi tipi di cancro sono causati da agenti infettivi: es virus Epstein-Barr (EBV) linfoma di Burkitt HBV e HCV cancro al fegato HPV (Human Papilloma Virus) cancro cervice uterina Helicobacter pylori cancro stomaco Gli agenti infettivi inducono il cancro secondo 2 diverse modalità: 1. Provocano infiammazione cronica dei tessuti infettati e l intensa risposta del SI crea condizioni adatte per insorgenza mutazioni cancerogene 2. Stimolano direttamente la proliferazione delle cellule infettate (mediante geni virali oncogeni o alterando il comportamento di funzioni geniche dell ospite)

21 BASI GENETICHE DEL CANCRO Tumore può derivare da: 1) Trasformazione di protooncogeni in oncogeni 2) Mutazione di oncosoppressori

22 Gli oncogeni sono geni in grado di indurre tumori: possono essere di origine virale o derivare da geni cellulari mutati, che nella forma normale, non mutata, sono detti proto-oncogeni. In genere, i proto-oncogeni codificano per funzioni di controllo della crescita cellulare

23 I proto-oncogeni sono convertiti in oncogeni mediante meccanismi di mutazione diversi Le mutazioni che trasformano un proto-oncogene in oncogene (c-gene es: c-my myc) possono essere:indotte dall ambiente, o da virus, spontanee, ereditate

24 traslocazione cromosomica Nei linfociti che sviluppano il linfoma di Burkitt, la traslocazione di un segmento cromosomico porta allo spostamento del gene c-myc: myc viene a trovarsi in una regione genica trascrizionalmente molto attiva, ed è a sua volta attivato eccesso della proteina Myc Myc è un fattore trascrizionale che stimola trascrizione di geni deputati a proliferazione cellulare (es cicline D)

25 Riarrangiamenti locali del DNA: inversione A seguito di una rottura un segmento di DNA viene rinsaldato con orientamento inverso creando una fusione genica: l oncogene trk; il recettore di membrana TRK codificato è una proteina ibrida e risulta permanentemente attivo.

26 La maggioranza degli oncogeni codifica per forme alterate o quantità eccessive di: Fattori di crescita Recettori di fattori di crescita Proteine di membrana leganti GTP (es Ras) e trasduttori di segnale Proteine kinasi non recettoriali Fattori trascrizionali (es Myc) Regolatori di ciclo cellulare e apoptosi (es Cdk e cicline, Bcl2)

27 Es. Recettore TRK mutato (sempre attivo) o amplificato proliferazione cellulare

28 Il cancro può essere causato da presenza di oncogeni ma anche da assenza o inattivazione-alterazione di geni oncosoppressori In condizioni normali i geni oncosoppressori limitano/frenano la proliferazione cellulare. La perdita di funzione di geni oncosoppressori può derivare da mutazioni e/o dall azione di virus oncogeni L esistenza dei geni oncosoppresori è stata dimostrata da esperimenti di fusione cellulare. Le iniziali cellule ibride hanno una crescita normale: i geni oncosoppressori limitano e regolarizzano il comportamento anomalo delle cell. cancerose, che ricompare solo dopo molte divisioni cellulari ( perdita o mutazione degli oncosoppressori)

29 Esempi di geni oncosoppressori p53 (danni DNA arresto ciclocell.) 50% tumori p15-16 inibitore Cdk-ciclina melanoma p27 (inibitore Cdk-ciclina inibiz contatto) tumori vari p21 (inibitore Cdk-ciclina) tumori vari Rb (inibisce espressione geni fase S) retina, osso APC colon

30 Per alcuni tipi di cancro esiste una predisposizione ereditaria (es retinoblastoma) Spesso, questa suscettibilità dipende da un difetto ereditario in un gene oncosoppressore: se un individuo eredita la forma mutata di un oncosoppressore, il rischio di cancro è maggiore perchè basta una mutazione sull altra copia omologa. RB è un oncosoppressore individuato studiando il retinoblastoma ereditario

31 Gli oncogeni dell HPV (virus responsabile tumore cervice uterina, Nobel 2008) codificano per proteine che inattivano gli oncosoppresori p53 e Rb Rb è un regolatore di ciclo cellulare: frena le cellule prima dell ingresso in fase S a meno di un segnale specifico.

32 p53 è un oncosoppressore alterato in molti tipi di cancro la normale funzione di p53 è quella di arrestare in G1 o indurre apoptosi nelle cellule che hanno subito danni al DNA.

33 l alterazione di P53 permette alle cellule di proliferare anche in presenza di agenti genotossici

34 Oncosoppresore APC: anomalie relative a questo gene sono spesso associate al cancro del colon. APC codifica per una proteina che inibisce la via di segnalazione Wtn, implicata nell attivazione di geni di proliferazione cellulare. L assenza di APC blocca la via Wtn nello stato attivo

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36 Lo sviluppo del cancro richiede in concomitanza a) perdita dei freni della crescita cellulare (oncosoppresori) e b) attivazione degli stimolatori della crescita cellulare (oncogeni). Durante la fase di progressione si accumulano le mutazioni necessarie all insorgenza del cancro: i tassi di mutazione delle cell. cancerose sono >> delle cellule normali: forte instabilità genetica. L instabilità genetica è dovuta ad alterazioni dei geni codificanti per funzioni relative a: meccanismi di controllo e riparazione dei danni al DNA e smistamento dei cromosomi in mitosi ( aneuploidia)

37 Associazione danno genetico-tumore L alto tasso di mutazione tipico delle cellule pre/cancerose deriva da malfunzionamento dei sistemi di riparo del DNA perdita funzione p53 guardiano iniziale del danno a DNA: da p53 dipende attivazione vari meccanismi di riparo Tumore ereditario al colon (HNPCC) associato a mutazioni di geni per sistema di riparo DNA da mismatch Individui con xeroderma pigmentoso hanno mutazione su geni per sistema di riparazione del DNA per excisone di nucleotidi maggior rischio di sviluppare cancri della pelle in seguito a UV.

38 Ruolo delle telomerasi Riscontrata attività telomerasica nelle cellule tumorali umane: anomalia in q. l attività di questo enzima in organismi multicellulari si trova solo nelle cellule germinali (destinate a formare gameti). Accorciamento progressivo dei telomeri è la norma in cellule somatiche. Nelle cellule cancerose i telomeri non si accorciano e così viene a mancare un sistema di orologio biologico essenziale che determina invecchiamento cellulare consentendo solo un numero limitato di divisioni cellulari

39 Nel complesso la tumorigenesi si basa su alterazioni dei sistemi di controllo del ciclo, riparo danno genetico, apoptosi: cellula iperproliferante e immortalizzata

40 Diagnosi del cancro Esame microscopico di campioni di tessuto (biopsie): nuclei grandi e irregolari, scarso differenziamento, variabilità morfologica, indice mitotico, contorni tessuto irregolari; grading del tumore Esame citologico :es PAP test, ideato da Papanicolau, per diagnosi precoce tumore cervice uterina; Esame del sangue per antigeni tumore-specifici: es test PSA tumore prostata; Analisi proteomica del sangue: es. cancro ovaie

41 Test genetici per definire predisposizione/rischio verso tumore L analisi genetico-molecolare mediante PCR su fluidi biologici permette individuare precocemente mutazioni di oncogeni e oncosoppressori valutare suscettibilità a cancro Es analisi di geni BrcA1-2 : mutazioni su q geni sono associate a aumentato rischio di sviluppare cancro mammella (BRCA1-2 proteine coinvolte in sistemi riparazione DNA) Ricadute sociali e psicologiche dei test!!

42 Nuove frontiere terapeutiche Valutazione di profili di espressione genica prognosi e terapia personalizzata

43 Terapie anticancro Rimozione chirurgica del tumore primario Chemioterapia: farmaci che inattivano e bloccano enzimi o strutture implicate in divisione cellulare Radioterapia: radiazioni ionizzanti danni DNA apoptosi via p53 o danni cromosomici così gravi da bloccare cellule prima mitosi (Sia chemio- che radio-terapia hanno effetti collaterali tossici su cellule normalmente proliferani: es. distruzione cellule ematopoietiche) Problemi: effetti collaterali, terapie non selettive che uccidono anche cellule sane

44 Nuove e più mirate terapie Immunoterapia: stimola il SI affinchè riconosca e combatta cellule trasformate (es INFα e IL-2) Immunoterapia passiva: somministrati anticorpi che riconoscono proteine tumore-specifiche inattivazione e/o attrazione/organizzazione attacco da parte di cellule del SI (es Erceptina) Targeting molecolare: anticorpi specifici per proteine tumorali coinvolte in proliferazione cell.; piccoli inibitori molecolari che legano proteine presenti solo sul tumore (es Gleevec blocca selettivamente tyrosina kinasi tumorale)

45 Terapia genica (fase sperimentale): sostituire oncogene o ripristinare oncosoppressore (es p53) Terapia antiangiogenica: farmaci bloccano lo sviluppo di rete sanguigna che nutre il tumore (successo limitato nelle sperimentazioni cliniche)