L equilibrio tra l azione dei proto-oncogeni e degli oncosoppressori determina la corretta progressione del ciclo cellulare

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2 L equilibrio tra l azione dei proto-oncogeni e degli oncosoppressori determina la corretta progressione del ciclo cellulare

3 Il ciclo cellulare è controllato da segnali positivi, cioè attivazione di geni, produzione di cicline, ecc Ma esistono anche dei controlli negativi della progressione nel ciclo, che devono essere rimossi. Un esempio è la proteina del retinoblastoma (Rb), che in Go è associato al fattore trascrizionale E2F, inattivandolo. Nella transizione G1-S, le Cdk fosforilano Rb, che di conseguenza si stacca da E2F attivandolo e permettendogli di funzionare come fattore trascrizionale.

4 Ipotesi di Knudson, un pediatra di Houston (Texas), 1971

5 Come funziona RB?

6 Fig , Role of prb in regulating cell division.

7 La proteina prb non deve essere necessariamente mutata ma può essere down-regolata da proteine espresse da virus oncogeni Diversi virus a DNA sono trasformanti (cancer-causing) NON perchè siano oncogeni di per sè, ma perchè fanno proteine che inibiscono i tumor suppressors

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9 I controllori negativi del ciclo cellulare

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11 Controlli multipli Si potrebbe pensare che la Loss of Function (LOF) di prb o che la Gain of Function (GOF) dell oncogene RAS potrebbe significare tumore. Generalmente non è vero: il controllo del ciclo cellulare è multiplo e succede che se uno è disregolato, gli altri tengono gli eventi a freno. La trasformazione tumorale richiede trasformazioni multiple.

12 . ci sono comunque dei geni chiave p53 is a Very Important Tumor Suppressor E il gene più frequentemente mutato nei tumori p53 is the Guardian of the Genome -Geoff Wahl, the Salk Institute p53 è attivato in risposta al danno al DNA -p53 è un fattore di trascrizione per: -p21 (CKI) -geni per il riparo del DNA -geni dell apoptosi In the absence of p53 cells cannot arrest after DNA damage

13 p53 è stata dapprima identificata come una proteina che viene up-regolata in molti tumori. In uno sforzo per identificare le differenze tra cellule normali e tumorali, i ricercatori separavano le proteine in SDS gels, cercando differenze riproducibili. Una proteina di ~53 kd veniva comunemente trovata ad un livello più che normale nelle cellule tumorali. La proteina venne purificata e fatti gli anticorpi, che coloravano solo le cellule tumorali.

14 p53 was First Characterized as an Oncogene La distruzione della funzione di p53 con un anticorpo causa il blocco del ciclo cellulare p53 function to promote proliferation? From Thierry Soussi, Institute Curie, France

15 p53 was First Characterized as an Oncogene p53 cdna può immortalizzare i fibroblasti embrionali di ratto From Thierry Soussi, Institute Curie, France

16 Evidenze che p53 è un Tumor Supppressor I polimorfismi di p53 del topo si trovano in regioni conservate in tutti i vertebrati, e quindi devono essere mutazioni p53 True Wild Type p53 Fails to Immortalize / Transform Cells From Thierry Soussi, Institute Curie, France

17 Evidenze che p53 è un Tumor Supppressor Inattivazione di p53 causa tumori in topi: Friend Murine Leukemia -Integration of virus into a single p53 allele -Second allele inactivated by Loss of Heterozygosity LOH From Thierry Soussi, Institute Curie, France

18 La proteina p53 è mutata in molti tumori umani circa metà di tutti i tumori umani contengono mutazioni p53 From Thierry Soussi, Institute Curie, France

19 Esiste una forma ereditabile di tumori p53- dipendenti la sindrome Li-Fraumeni Le famiglie che portano questa mutazione hanno un alta incidenza di un ampio spettro di tumori. Spesso si tratta di sarcomi (ossa, mammella, cartilagine, e leucemie) Di solito inizio precoce (un pò come Rb): 50% di individui geneticamente alterati mostrano un inizio intorno ai 30 anni.

20 Come possono mutazioni di un soppressore tumorale essere oncogeniche? p53 funziona come tetramero p53 Unbound p53 Bound to DNA Activation Domain DNA Binding Domain Tetramerization Domain Adapted From Goodsell (1999) The Oncologist 4:138 Adapted From the Protein Data Bank

21 Quali sono le funzioni di p53? La proteina è un fattore trascrizionale che regola l espressione di geni importanti per la regolazione del ciclo cellulare, e.g., p21, una CKI che previene l inizio della fase S, e proteine che sono essenziali per il riparo del DNA Controlla anche l espressione di proteine che controllano l apoptosi.

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23 I target trascrizionali di p53 DNA Damage p53 ATM/R Chk2 p53 p53 Activation -increased protein level -modification (Phosphorylation) MDM2 p21 GADD45 BAX FAS G1 Arrest inactive prb ACTIVE E2F + Expression of S-phase genes PCNA DNA polα Apoptosis (Cell Death) IGF-BP3

24 p53 è attivato dal danno al DNA Mdm2 è una E3 Ubiquitin Ligase

25 p53 si attiva anche in seguito all effetto di oncogeni

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27 Il locus oncosoppressore INK4

28 Mdm2 è una ubiquitina-ligasi che blocca p53

29 Nel 1961 Hayflick pubblicò un lavoro nel quale riportava che fibroblasti umani in coltura smettevano di proliferare dopo circa 50 divisioni, tutte le cellule perdevano la capacità proliferativi dopo un uniforme e fissato numero di duplicazione, questa soglia è stata chiamata Hayflick limit eassume che ogni tipo di cellula ha un limite del potenziale replicativi che è intrinsecamente fissato. Nature Reviews in Molecular Cell Biology 1:72-76, 2000

30 Si parla di REPLICATIVE SENESCENCE quando una normale cellula si è divisa un certo numero di volte (questo numero varia a seconda del tipo di cellula e dalle condizioni esterne), i telomeri diventano così corti che promuovono la stato di non divisione, la cellula è permanentemente bloccata nella fase G1. Lo stato di replicative senescence porta a consistenti cambiamenti nell espressione genica e questo pattern di disregolazione dell espressione genica è cellula-tipo specifico. Quest irreversibile stato di non crescita continua per lunghi periodi senza che ci siano segni di morte cellulare, anzi la cellula in questo stato produce alti livelli di β- galattosidasi e aumenta la produzione di metalloproteasi.

31 Senescenza per accorciamento dei telomeri Telomerasi 25 divisioni cellulari 25 divisioni cellulari crisi attivazione della telomerasi immortalizzazione Cromosoma giovane Cromosoma intermedio Cromosoma senescente Cromosoma immortale

32 La probabilità di avere un tumore aumenta con l età. Allora come mai gli elefanti non sviluppano tumori? I ricercatori hanno scoperto ce il loro DNA contiene copie multiple del gene p53, uno dei meccanismi più efficienti per bloccare la trasformazione. Quando le cellule acquisiscono mutazioni cancerogeniche, p53 blocca la loro proliferazione per permettere la riparazione del DNA o l apoptosi. Gli elefanti asiatici hanno da 30 a 40 copie di questo gene.