Usiamo una sola parola, ma parliamo di almeno 100 mala5e

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1 Cosa è il cancro 1

2 Usiamo una sola parola, ma parliamo di almeno 100 mala5e Il cancro è un problema complesso che si manifesta in tan7 tumori diversi a seconda dell organo colpito, delle cellule e delle molecole coinvolte. 2

3 Che cosa hanno in comune i diversi 7pi di cancro? I tumori sono forma: da cellule che si comportano in maniera anomala Queste cellule possono sembrare molto diverse fra loro, ma al di là delle apparenze condividono 10 proprietà biologiche comuni a tu> i :pi di cancro. 3

4 Le condizioni di base per i tumori: mutazioni e instabilità del genoma Il genoma di una cellula può diventare instabile. Quando ciò accade, sta:s:camente si generano molte mutazioni casuali che possono comprendere riarrangiamen: dei cromosomi. Fra queste trasformazioni vi sono alcuni rari cambiamen7 che possono indirizzare una cellula verso lo sviluppo tumorale. 4

5 Proliferazione illimitata: le cellule tumorali con7nuano a riprodursi Le cellule tumorali si mol:plicano senza controllo, s:molate da segnali di crescita che possono essere lega: a mutazioni in uno o più oncogeni. 5

6 Proliferazione illimitata Tessuto invaso da cellule tumorali (in marrone) In condizioni normali le cellule controllano la produzione e il rilascio dei fahori di crescita che fanno entrare le cellule nel ciclo di divisione cellulare. Questo controllo permede di mantenere stabile il numero delle cellule e integra l architedura complessiva dei tessu:. Non è così per le cellule tumorali. 6

7 Nessuna risposta agli inibitori della crescita: il tumore non si ferma allo stop Le cellule tumorali non rispondono ai segnali di stop alla crescita. In condizioni normali, invece, la proliferazione cellulare è limitata e controllata, per esempio dall azione dei geni oncosoppressori. 7

8 Nessuna risposta agli inibitori della crescita: il tumore non si ferma allo stop Inibizione da contatto Un altro meccanismo che normalmente blocca la crescita delle cellule è la cosiddeda inibizione da contaho: la prossimità fisica fra cellule ne limita la proliferazione. 8

9 Resistenza alla morte cellulare programmata: le cellule tumorali non scompaiono quando dovrebbero Le cellule sono programmate per a>vare il processo di morte cellulare dedo apoptosi, quando hanno subito stress, accumulato danni non riparabili e in ogni caso dopo un numero stabilito di divisioni cellulari. 9

10 Diventare immortali: le cellule tumorali perdono i segni del tempo I telomeri alle estremità dei cromosomi (in rosso) Le cellule normali hanno una vita limitata. L età di una cellula e la sua capacità di dividersi dipendono, fra le altre cose, dai telomeri: strudure che si trovano alle estremità dei cromosomi e ne garan:scono l integrità. 10

11 Diventare immortali: le cellule tumorali perdono i segni del tempo Se il meccanismo di controllo della lunghezza dei telomeri, o quello di altre misure dell età cellulare, non funziona corredamente, le cellule possono con:nuare a riprodursi senza dare segni di invecchiamento. Potenzialmente una cellula tumorale può con:nuare a riprodursi per sempre. 11

12 Via all angiogenesi: il tumore affamato si organizza per nutrirsi Per crescere oltre una certa dimensione, il tumore ha bisogno di un sistema per distribuire ossigeno e nutrien7 ed eliminare anidride carbonica e rifiu7. Per soddisfare queste esigenze, i tumori producono i propri vasi sanguigni, tramite il cosiddedo processo di angiogenesi. In condizioni normali l organismo produce nuovi vasi soltanto durante la crescita, o in caso di lesione a un tessuto o a un organo. 12

13 Invasione e metastasi: il tumore si diffonde La maggior parte delle mor: provocate dai tumori è dovuta a cellule tumorali che si sono diffuse in altre par: dell organismo, dando origine a colonie, chiamate metastasi. Normalmente le cellule risiedono nel tessuto cui appartengono e ricevono segnali che bloccano il loro spostamento verso altri distre> dell organismo. 13

14 Infiammazione: un sostegno al tumore Il tumore non è un isola. L ambiente in cui si trovano le cellule pretumorali è spesso caraderizzato da uno stato di infiammazione, che contribuisce allo sviluppo del cancro. L infiammazione è un processo prododo dalle cellule del sistema immunitario e in condizioni normali difende l organismo. Nel caso dei tumori può invece creare un ambiente favorevole allo sviluppo del cancro. 14

15 Metabolismo ed energia: la cellula tumorale consuma di più Il tumore cambia il metabolismo delle cellule, ossia l insieme dei processi che permedono di produrre e consumare energia. Meccanismi energe:ci in grado di sostenere la con:nua crescita e proliferazione delle cellule tumorali sos:tuiscono i processi metabolici a>vi nelle cellule normali. 15

16 In fuga dagli ahacchi del sistema immunitario: le cellule tumorali non si fanno riconoscere Le cellule tumorali sfuggono al riconoscimento e all eliminazione da parte delle cellule del sistema immunitario che sorvegliano l organismo e lo difendono. 16

17 10 proprietà fanno un tumore Tu> i :pi di tumore sono caraderizza: dalle 10 proprietà biologiche presentate, che permedono alle cellule malate di sopravvivere, proliferare e invadere altri tessu: e organi. Durante lo sviluppo di un tumore, che può durare anche diversi decenni, le cellule acquisiscono queste proprietà progressivamente e a stadi, ma l ordine e i modi con cui avviene questo processo sono diversi e variabili per ogni :po di tumore e per ogni individuo. 17

18 10 proprietà, sono bersagli di cura Inibitori dei fahori di crescita Inibitori dei fahori che bloccano gli oncosoppressori Inibitori delle vie energe7che preferite dai tumori S7molatori dell a5vità an7tumorale del sistema immunitario Molecole che s7molano l apoptosi Inibitori dell immortalità delle cellule tumorali Molecole che bloccano l instabilità genomica Farmaci an7nfiammatori Inibitori dei fahori di crescita dei vasi Inibitori dell invasione e delle metastasi Le 10 proprietà biologiche del cancro ispirano e guidano lo sviluppo di terapie mirate: alcune sono adualmente in fase di studio, mentre altre sono già arrivate al ledo del paziente. 18

19 Per sconfiggere una mala5a complessa come il cancro occorre una miscela di cure direhe all insieme delle proprietà biologiche che consentono la crescita del tumore. 19

20 Kit dida5co AIRC Area Biologia ADribuzione Non Commerciale Non opere Derivate (CC BY- NC- ND 3.0) Credi7: Presentazione a cura di Lisa Vozza, tratta da: D. Hanahan, R.A. Weinberg, Hallmarks of Cancer. The Next Generation. Cell, 4 March 2011 (Vol. 144, Issue 5, pp ) Ideazione e coordinamento delle attività: Francesca Conti, formicablu srl. Testo di accompagnamento alle slide: Angela Simone e Lisa Lazzarato, formicablu srl. Impaginazione: Giulia Rocco, formicablu srl. Layout grafico: Marco Lobietti, Nowhere srl. Immagini: Prof. Giorgio Scita, Francesca Rossiello, Muege Ogrun - IFOM Fondazione Istituto FIRC di Oncologia Molecolare. Illustrazioni: Lisa Lazzarato. Immagine sulle proprietà biologiche del cancro tratta da: D. Hanahan, R.A. Weinberg, Hallmarks of Cancer. 20

21 Le cellule tumorali possono sembrare molto diverse fra loro, ma al di là delle apparenze condividono 10 proprietà biologiche comuni a tu7 i 8pi di cancro. Questa scheda con6ene: Il testo di accompagnamento alla presentazione fornita in power point dal 8tolo: Che cos è il cancro. Materie coinvolte: Scienze integrate/biologia Classi coinvolte: III, IV e V della scuola secondaria di secondo grado Tempo di u6lizzo: 1 ora di presentazione dei contenu8 con lezione frontale Cosa imparano gli studen6: quali sono le caraceris8che biologiche comuni ai diversi 8pi di cancro.

22 Quando parliamo di cancro, ne parliamo come se fosse una sola mala7a, ma in realtà dietro a questa parola si nascondono diverse mala7e. Tan8 sono gli aspe7 che la caracerizzano, a par8re dalle cellule e dai tessu8 colpi8. Tu7 sappiamo che il cancro può colpire diversi organi. È una mala7a complessa o meglio un insieme di mala7e: sono no8 infa7 almeno 100 8pi di tumore.

23 Le cellule che formano i tumori, cioè le cellule tumorali, hanno un comportamento anormale e differente dalle cellule sane. Ma al di là delle differenze tra le varie 8pologie di cellule, tuce le cellule tumorali condividono 10 proprietà biologiche. Scoprire quali fossero ha richiesto anni di studio e di ricerca.

24 Una condizione necessaria allo sviluppo del cancro è l instabilità del patrimonio gene8co di una cellula, deca anche instabilità genomica. Quando ciò accade, sta8s8camente il DNA accumula più mutazioni. Solo in casi rari, alcune di queste mutazioni possono indirizzare la cellula verso lo sviluppo di un tumore.

25 Le cellule tumorali hanno una proliferazione illimitata, cioè si mol8plicano senza controllo, s8molate da segnali di crescita. Ques8 segnali inducono la cellula a dividersi. Sono presen8 anche nelle cellule sane, ma in genere sono a7vi sopracuco durante la crescita e in modo strecamente regolato per mantenere stabile il numero delle cellule. A volte ques8 segnali sono promossi dal prodoco dei cosidde7 oncogeni, ossia geni che, se muta8, promuovono lo sviluppo del cancro.

26 In condizioni normali le cellule controllano la produzione e il rilascio dei fa>ori di crescita che fanno entrare le cellule nel ciclo di divisione cellulare. Questo controllo permece di mantenere stabile il numero delle cellule e integra l architecura complessiva dei tessu8. Non è così per le cellule tumorali.

27 Le cellule tumorali inoltre non rispondono ai segnali di stop alla crescita, sono quindi insensibili agli inibitori della crescita. I segnali di stop sono il prodoco di un altra classe di geni importan8 per il cancro, de7 oncosoppressori, proprio perché in genere bloccano la crescita di cellule danneggiate e potenzialmente tumorali.

28 Le cellule tumorali non rispondono neanche all inibizione da contaco, un meccanismo che è dovuto alla vicinanza fisica fra le cellule e che nelle cellule sane limita la proliferazione.

29 Un'altra proprietà che consente alle cellule di formare una massa tumorale è la resistenza all'apoptosi o morte cellulare programmata. Si traca di un fenomeno di autodistruzione che la cellula mece in aco quando ha subito stress, accumulato danni non riparabili e in ogni caso dopo un numero stabilito di divisioni cellulari. In pra8ca, se le cellule non muoiono quando dovrebbero, possono dare origine a un tumore.

30 Le cellule tumorali hanno potenzialmente la proprietà dell'immortalità, cioè possono riprodursi per sempre, perché non invecchiano. Non mostrano, infa7, alcuni segni lega8 all'età, 8pici delle cellule sane. Ad esempio preservano i telomeri, che sono le estremità dei cromosomi. Al contrario nelle cellule sane i telomeri si accorciano o modificano a ogni divisione cellulare.

31 Se il meccanismo di controllo della lunghezza dei telomeri, o quello di altre misure dell età cellulare, non funziona correcamente, le cellule possono con8nuare a riprodursi senza dare segni di invecchiamento. Potenzialmente una cellula tumorale può con8nuare a riprodursi per sempre.

32 Quando il tumore cresce oltre una certa dimensione, ha bisogno di un sistema per distribuire ossigeno e nutrien8 ed eliminare anidride carbonica e rifiu8, perché possa con8nuare la sua crescita. Per soddisfare queste esigenze, i tumori producono i propri vasi sanguigni, tramite il cosiddeco processo di angiogenesi. In condizioni normali, l organismo produce nuovi vasi soltanto durante la crescita, o in caso di lesione a un tessuto o a un organo.

33 Il tumore sfruca i nuovi vasi anche per invadere altri tessu8, una caraceris8ca che lo può rendere letale. La maggior parte delle mor8 provocate dai tumori è dovuta infa7 a cellule tumorali che si sono diffuse in si8 diversi dell organismo, dando origine a colonie, chiamate metastasi. Normalmente le cellule risiedono nel tessuto cui appartengono e ricevono segnali che bloccano il loro spostamento verso altre par8 dell organismo. La capacità di migrare in altri si8 è quindi 8pica delle cellule tumorali.

34 Il sistema immunitario, che difende l organismo, produce l'infiammazione, ossia uno stato necessario alla riparazione dei tessu8 colpi8 da un infezione o da un trauma. L infiammazione tucavia crea un microambiente favorevole allo sviluppo del cancro: spesso l'ambiente in cui si trovano le cellule pretumorali è caracerizzato da uno stato infiammatorio.

35 L'enorme capacità prolifera8va del tumore è associata a cambiamen8 nel metabolismo delle cellule, ossia l insieme dei processi che permecono di produrre e consumare energia. Ques8 cambiamen8 sono necessari alle cellule tumorali per sostenere energe8camente una crescita e proliferazione con8nua.

36 Ma il sistema immunitario esercita anche un azione di sorveglianza contro le cellule tumorali. Queste però imparano presto a sfuggire a questo meccanismo di controllo, eludendo la risposta immunitaria.

37 Le 10 proprietà del cancro, che permecono alle cellule tumorali di sopravvivere, proliferare e invadere altri organi, sono acquisite progressivamente. A volte nel corso di mol8 anni e comunque in un ordine che varia a seconda del 8po di tumore e dell'individuo. Il cancro è dunque una mala7a complessa, che si sviluppa solo dopo che sono accadu8 mol8 even8 che cambiano in mol8 e diversi aspe7 la natura e il comportamento delle cellule.

38 Alcune proprietà del cancro sono ormai ben caracerizzate e conosciute, altre rappresentano le nuove fron8ere della ricerca in questo campo, ma tuce sono ormai bersaglio di terapie mirate. Diverse di queste cure vengono già u8lizzate per vari 8pi di cancro, spesso in combinazione, perché, come abbiamo visto, il cancro è una mala7a complessa che necessita di essere combacuta su più fron8. 18

39 Per sconfiggere una mala7a complessa come il cancro occorre una miscela di cure direce all insieme delle proprietà biologiche che consentono la crescita del tumore.

40 Per saperne di più Animazione: Le proprietà biologiche del cancro (kit dida7co area biologia) Animazione: Il ciclo cellulare e il cancro (kit dida7co area biologia) Scheda di approfondimento: Instabilità genomica (kit dida7co area biologia) Le proprietà biologiche del cancro sono spiegate da Robert Weinberg su YouTube: hcp:// yyk2u&feature=youtube sul sito hcp://

41 Glossario essenziale dei termini tecnici sulla biologia del cancro Angiogenesi Processo che porta alla formazione di nuovi vasi sanguigni. Apoptosi Detta anche morte cellulare programmata. È il processo che porta alla morte della cellula che ha subito danni irreparabili, è danneggiata o ha subito un certo numero di divisioni cellulari. Cromosoma Lungo filamento di DNA che porta centinaia o migliaia di geni. L'uomo ha 23 coppie di cromosomi, contenuti nel nucleo di ogni cellula. Fattore di crescita Proteina capace di stimolare la proliferazione e la differenziazione cellulare. Gene Tratto di DNA che contiene le informazioni per costruire una proteina. Infiammazione Meccanismo di difesa non specifico innato, che costituisce una risposta protettiva, seguente all'azione dannosa di agenti fisici, chimici e biologici, il cui obiettivo finale è l'eliminazione della causa iniziale del danno cellulare o tissutale, nonché avviare il processo riparativo. Metabolismo cellulare Insieme delle reazioni chimiche eseguite da una cellula per mantenersi in vita. Metastasi Il tumore che dà metastasi è quello che evade dall'organo di origine per espandersi in altre parti del corpo. La metastasi vera e propria è l'impianto di cellule tumorali in organi diversi da quello di insorgenza. Mutazione Alterazione della sequenza di basi azotate di un gene. Oncogeni Sono così chiamati quei particolari geni che possono essere alterati da fattori ambientali di natura chimica o fisica, o per difetti genetici ereditari, e che danno alla cellula tumorale la spiccata capacità di moltiplicarsi in maniera smodata, e di metastatizzare a danno delle cellule sane circostanti. Oncosoppressori Sono così definiti quei geni normalmente responsabili del controllo della crescita e di altre importanti funzioni cellulari, che possono risultare inattivati da fattori di origine ambientale o da difetti genetici a carattere ereditario. Il mancato funzionamento di un gene oncosoppressore facilita lo sviluppo delle cellule tumorali. Telomero Estremità di un cromosoma eucariotico il cui accorciamento a ogni divisione delle cellule somatiche indica il numero massimo di divisioni possibili per una cellula.