Sviluppo di strategie preventive sulla base della caratterizzazione molecolare delle patologie

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Giulia Papa
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1 Sviluppo di strategie preventive sulla base della caratterizzazione molecolare delle patologie Ulrich Pfeffer U.O.C. Patologia Molecolare Integrata IRCCS Azienda Ospedaliera Universitaria San Martino IST Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro

O.C. Patologia Molecolare Integrata IRCCS Azienda Ospedaliera

2 La prevenzione primaria dei tumori Uno di due uomini e una di tre donne riceveranno una diagnosi di cancro in qualche momento della loro vita Tutti sono a rischio!

3 OBBIETTIVI DELLA CHEMIOPREVENZIONE LIVELLO DI PREVENZIONE Individui sani Inibizione della cancerogenesi Prevenzione primaria Fase pre-clinica Reversione della cancerogenesi Prevenzione secondaria Pazienti dopo la terapia Prevenzione di nuovi tumori primari Prevenzione delle metastasi Prevenzione secondaria Prevenzione terziaria

della cancerogenesi Prevenzione secondaria Pazienti dopo la terapia Prevenzione di

4 La prevenzione primaria dei tumori Interventi sullo stile di vita fumo, alcool, dieta, attività fisica American Heart Association: In 2004, women consumed an average of 22% more calories per day than they did in 1971, and men consumed 10% more. A third of adults do not undertake any physical activity. Sostanze naturali contenute nella dieta che prevengono il cancro anti-ossidanti, anti-infiammatori Sostanze chemiopreventivi farmaci ben tollerati privi di effetti tossici sostanze naturali somministrate come farmaco

A third of adults do not undertake any physical activity.

5 Fattori di rischio genetici ed ambientali Caratteristiche molecolari del tumore Chemioprevenzione mirata Meccanismi molecolari della prevenzione

6 Fattori di rischio genetici ed ambientali Ambientali: fumo, amianto, PCB, alcool, dieta ecc. Genetici: Mutazioni di geni tumore soppressore (BRCA1 ecc.) Polimorfismi Benché il genoma umano è quasi identico tra tutti gli uomini ci sono piccole differenze tra individui che consistono nella sostituzione di singole lettere (nucleotidi) del nostro codice genetico, polimorfismi, che possono alterare la funzionalità dei geni ed influenzare il rischio di sviluppare tumori

) Polimorfismi Benché il genoma umano è quasi identico tra tutti gli uomini ci sono piccole differenze tra individui

7 SNP array Affymetrix Inc.

9 Rischio genetico del carcinoma mammario Mutazioni in geni di soprressori della tumorigenesi - BRCA1, BRCA2 alta penetranza, bassa incidenza Polimorfismi (SNP) in oltre 200 geni bassa penetranza, alta incidenza

BRCA2 alta penetranza, bassa incidenza Polimorfismi

11 Rischio genetico del carcinoma mammario Mutazioni in geni di soprressori della tumorigenesi - BRCA1, BRCA2 alta penetranza, bassa incidenza Polimorfismi (SNP) in oltre 200 geni bassa penetranza, alta incidenza Mutazioni rare - presenti in singoli soggetti o famiglie, risultati di «errori» nella trasmissione dei geni da genitori a figli varia penetranza, bassissima incidenza Queste mutazioni possono essere scoperto attraverso il sequenziamento del genoma intero di singoli pazienti con la metodica del «Next Generation Sequencing»

famiglie, risultati di «errori» nella trasmissione dei geni da genitori a figli varia penetranza, bassissima incidenza Queste

12 Caratterizzazione molecolare dei tumori

13 Caratterizzazione molecolare dei tumori Hu et al. BMC Genomics 2006

14 Obesità e cancro Sinicrope F A, Dannenberg A J JCO 2011;29: by American Society of Clinical Oncology

15 I geni del sistema insulinico Insulin pathway IGF-pathway Infiammazione Metabolismo del glucosio Insulin, insulin induced genes, insulin-degrading enzyme (IDE) insulin receptor insulin receptor substrate (IR-S) 1, IR-S 2, IR-S 4, similar to IR-S like protein, insulin-like factors insulin promoter factor 1, homeodomain transcription factor putative IGF II associated protein IGF 1 (somatomedin C), IGF 2 (somatomedin A) IGF BP (Binding proteins) IGF-II mrna-bp2, IGF-II mrna-bp 3 IGF 1 receptor, IGF 2 receptor IGF 2 antisense IL- 6 signal transducer (oncostatin M receptor) IL-6 (interferon, beta 2) IL-6 receptor TNF superfamily solute carrier family 2 (facilitated glucose transporter), member 1 (GLUT1), member 4 (GLUT4) hydroxysteroid (11-beta) dehydrogenase 1 CD68 antigen (macrophage marker ) Alessandra Gennari, Pia Sormani, Valentina Mirisola, Alessia Esposito

(somatomedin C), IGF 2 (somatomedin A) IGF BP (Binding proteins) IGF-II mrna-bp2, IGF-II mrna-bp 3 IGF 1 receptor, IGF 2 receptor IGF 2 antisense IL- 6 signal transducer (oncostatin M receptor) IL-6

16 Alessandra Gennari, Pia Sormani, Valentina Mirisola, Alessia Esposito Modello multivariato Analisi statistica multivariata di COX per generare una «signature» prognostica basata sulla combinazione lineare dei valori di espressione pesati Gene names No Relpase Relapse p value Score coefficients Mean SD Mean SD X201163_s_at IGFBP X201508_at IGFBP X201627_s_at INSIG X202410_x_at IGF X203328_x_at IDE X203628_at IGF1R X203851_at IGFBP < X204686_at IRS X204863_s_at IL6ST X209184_s_at IRS X209295_at TNFRSF10B X209540_at IGF < X214329_x_at TNFSF X214581_x_at TNFRSF X218368_s_at TNFRSF12A Score = 1.37 x IGFBP x IGFBP x INSIG1.

49 1.19 0.048 0.05 X201627_s_at INSIG1 6.86 1.33 7.67 0.84 0.004 0.31 X202410_x_at IGF2 5.05 2.41 3.77 2.14 0.016 0.09 X203328_x_at IDE 2.90 1.02 3.63 1.49 0.005 0.34 X203628_at IGF1R 8.94 2.20 7.

17 Insulin score p<0.001 (log rank test) P=0.03 (log rank test) Alessandra Gennari, Pia Sormani, Valentina Mirisola, Alessia Esposito

18 La «signature» del sistema insulinico Una donna il cui tumore risulta ad alto rischio applicando la «signature» del sistema insulinico potrebbe considerare Terapie aggiuntive contro la «sindrome metabolica» Metformina Diete particolari Pochi grassi animali, molta frutta e verdura Attività fisica Moderata ma regolare I geni che mediano l effetto pro-tumorale dell obesità diventano bersagli per gli approcci di chemioprevenzione La comprensione dei meccanismi può indirizzare la ricerca di nuove sostanze chemiopreventivi

animali, molta frutta e verdura Attività fisica Moderata ma regolare I geni che mediano l effetto pro-tumorale dell obesità

19 Meccanismi molecolari della prevenzione Sostanze dietetiche prive di effetti tossici spesso hanno anche effetti limitati sulle cellule del nostro organismo che possono essere difficili da misurare. Di solito, i ricercatori usano queste sostanze a concentrazioni elevate, condizione in cui gli effetti diventano visibili. Queste concentrazioni non possono essere raggiunte nel paziente e pertanto la rilevanza degli effetti osservati è questionabile. Abbiamo sviluppato un approccio, la Reference Profile Correlation che ci permette di analizzare effetti deboli attraverso il paragone con gli effetti forti di un vero farmaco.

Di solito, i ricercatori usano queste sostanze a concentrazioni elevate, condizione in cui gli effetti diventano visibili.

20 Reference profile correlation Bachmeier, BE et al. Cell. Physiol. Biochem. 26, 471, 2010

21 Reference Profile Correlation Curcumin Quercetin Curcumin Quercetin E2 Enterolactone E2 Nonylphenol 1.00 Enterolactone Correlazione di Spearman 0.25 Curcumin = 0.39 p< Quercitin = 0.31 p< Enterolactone = 0.14 p= E E2

22 Curcumin inhibits the pro-inflammatory transcription factor NFkB Bachmeier et al. Cell Physiol Biochem 2007

23 Curcumin inhibits the formation of metastases in mice Breast Prostate Number of metastases in each animal p= p=0.024 Bachmeier et al. Cell Physiol Biochem 2007 Kilian et al. submitted

24 ER E2 stimulated Proliferation Bachmeier et al. Cell Physiol Biochem 2007 Bachmeier et al. Carcinogenesis 2008 Bachmeier et al. Cell Physiol Biochem 2010 Bachmeier et al. Frontiers Biosci Kilian et al. submitted

25 Chemioprevenzione molecolarmente mirata E possibile classificare i tumori sulla base delle loro caratteristiche molecolari come il profilo di espressione e lo spettro di mutazioni. La classificazione molecolare indica bersagli della chemioprevenzione. E possibile studiare i meccanismi molecolari attraverso i quali sostanze naturali e sintetiche esercitano un effetto preventivo. Si possono individuare sostanze adeguate a contrastare l insorgenza o la progressione di tumori con determinate caratteristiche molecolari. Rimane difficile determinare il rischio specifico di ogni singola persona a prescindere dai pochi casi chiaramente familiari. Genetica Tumore Chemioprevenzione mirata farmaco

26 IRCCS AOU San Martino - IST Integrated Molecular Pathology Adriana Amaro Alessia Esposito Daniele Gaibazzi Giovanna Angelini Graziana Savarino Renata Scarzello Valentina Mirisola Anatomy and Cytohistopathology Mauro Truini Franca Carli Medical Oncology Lucia Del Mastro Paolo Pronzato Uni Genova Maria Pia Sormani AO Galliera, Genova Alessandra Gennari Multimedica Adriana Albini LMU-Munich Beatrice Bachmeier Peter Kilian Funding: MinSal, LILT, Regione Liguria, Compagnia San Paolo, AIRC

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