ONCOLOGIA Dott.ssa Samantha Messina

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1 ONCOLOGIA Dott.ssa Samantha Messina Anno accademico 2011/2012 I anno, II trimestre Laurea Magistrale LM-67 Facoltà di Scienze Motorie Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale

2 Elementi di Oncologia Glossario

3 Il genoma umano è composto di 22 coppie di autosomi, più una coppia di eterocromosomi, XX nelle femmine ed XY nei maschi Le 22 coppie sono numerate approssimativamente in ordine di grandezza, dal più grande (number 1) al più piccolo (number 22)

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5 (a) Cariotipo umano maschile normale ottenuto mediante la tecnica del chromosome painting Tecnica consistente nell impiego di sonde specifiche per ogni cromosoma, marcate con fluorocromi diversi per ciascuno di essi

6 Il numero 23 non ha significato Molte specie posseggono un numero maggiore ed altre inferiore Inoltre geni che posseggono funzioni simili non necessariamente cadono sullo stesso cromosoma

7 Il corpo umano possiede approssimativament 100 trilioni di cellule Dentro ogni cellula esiste un black blob chiamato nucleo Dentro il nucleo due set completi del genoma umano

8 Un set del genoma proviene dalla madre, l altro dal padre ogni set contiene gli stessi 60,000-80,000 geni sugli stessi 23 cromosomi

9 Immaginiamo che il genoma sia un libro Esistono 23 capitoli, chiamati cromosomi Ogni capitolo contiene molte migliaia di storie, chiamate geni Ogni storia è costituita di paragrafi chiamati esoni, che sono interrotti da avvertimenti chiamati introni Ogni paragrafo è costituito da parole, chiamate codoni Ogni parola è scritta in lettere chiamate basi

10 Un libro è un pezzo di informazione digitale Scritto in forma lineare, monodimensionale e monodirezionale Definito da un codice che translittera un piccolo alfabeto di segni in un ampio lessico di significati attraverso l ordine dei suoi raggruppamenti

11 Un libro è scritto in parole di lunghezza variabile usando 26 lettere Il genoma è scritto interamente di parole di tre lettere (codoni), usando solo quattro lettere (A,T, C, G)

12 Invece di essere scritto su pagine piatte È scritto su lunghe catene di zuccheri e fosfati chiamato DNA Ogni cromosoma è una coppia di lunghe molecole di DNA

13 Elementi di Oncologia Introduzione allo studio dei tumori

14 Indice presentazione Introduzione allo studio dei tumori Accenno a proto-oncogeni e geni oncosoppressori P53: il Guardiano del Genoma Approcci terapeutici

15 Introduzione allo studio dei tumori Il tumore (dal latino tumor, rigonfiamento) o in senso generale neoplasia (dal greco neo, nuovo, e plasìa, formazione), che si può presentare sia in forma benigna che in quella maligna, è una intera classe di malattie caratterizzate da una incontrollata riproduzione di alcune cellule dell'organismo, che smettono di rispondere ai meccanismi fisiologici di controllo cellulare a seguito di danni al loro patrimonio genetico.

16 Introduzione allo studio dei tumori I tumori o neoplasie hanno preso origine quasi sempre da una sola cellula dell organismo ( origine monoclonale dei tumori) che ha subito una serie di danni genomici o mutazioni trasmissibili alla progenie

17 Introduzione allo studio dei tumori Le caratteristiche principali comuni alle cellule di tutti i tumori sono i seguenti: a) Acquisizione di una autonomia moltiplicativa; b) Riduzione o perdita della capacità differenziazione; c) Riduzione o perdita della possibilità di andare incontro a morte cellulare programmata. Ne consegue che l aumento progressivo della massa cellulare neoplastica dipende dal fatto che un maggior numero di cellule tumorali si moltiplica ed un minor numero di esse muore con la conseguenza che quelle che sopravvivono continuano a moltiplicarsi.

18 Introduzione allo studio dei tumori L acquisizione di un fenotipo neoplastico dipende prevalentemente dall accumulo nel tempo di una serie progressiva di danni genomici di tipo: FUNZIONALE STRUTTURALE

19 Introduzione allo studio dei tumori STRUTTURALE (MUTAZIONI) eccesso o riduzione/perdita dellafunzione fisiologica di un certo gene FUNZIONALE legata a meccanismi epigenetici di ipermetilazione ( o silenziamento) o di ipometilazione ( attivazione) di alcuni geni Tutti i vari citotipi presenti nell organismo possono andare incontro alla TRASFORMAZIONE NEOPLASTICA quando hanno accumulato nel proprio genoma un certo numero di mutazioni a carico di determinati geni.

20 Introduzione allo studio dei tumori Principali tappe evolutive del cancro Iniziazione: mutazioni che trasformano una cellula somatica in una cellula neoplastica latente Promozione: altri danni genomici causano la moltiplicazione della cellula neoplastica Progressione: ulteriori mutazioni conferiscono invasività e metastatizzazione ad alcune cellule della massa neoplastica

21 Introduzione allo studio dei tumori Invasività neoplastica Lo sviluppo del tumore maligno nell organismo ospite è rappresentato dall acquisizione da parte delle cellule neoplastiche della capacità di penetrare nei tessuti limitrofi, con un processo di infiltrazione e con uno di distruzione del tessuto normale che viene sostituito da quello neoplastico.

22 Introduzione allo studio dei tumori Vi sono dei fattori responsabili dell invasività delle cellule tumorali maligne: a) Perdita dell inibizione da contatto; b) Ridotta adesività omotipica ( tra cellule dello stesso tipo) ed aumentata adesività eterotipica ( tra cellule di diverso tipo); c) Sintesi e rilascio di enzimi proteolitici; d) Produzione di acido lattico; e) Locomozione cellulare stimolata dalla secrezione di prodotti forniti di attività chemiotattica; f) Neovascolarizzazzione (angiogenesi) del tumore.

23 Introduzione allo studio dei tumori FASI DEL PROCESSO DÌ INVASIONE

24 Introduzione allo studio dei tumori Per metastasi si intende l autotrapianto spontaneo di cellule neoplastiche che,distaccatesi dal tumore primitivo, raggiungono attraverso varie vie uno o più siti distanti da quello dove è insorto il tumore da cui esse derivano e vi si colonizzano dando origine ad una nuova neoformazione. Le cellule che vanno incontro a questo fenomeno sono caratterizzate dalla presenza di un fenotipo metastatico.

25 Introduzione allo studio dei tumori Il sistema immunitario può riconoscere ed eliminare le cellule tumorali I tumori che stimolano maggiomente il sistema immunitario sono quelli di origine virale Il processo flogistico è un fattore di rischio per l'insorgenza di tumori (per aumento produzione di citochine mitogeniche) Per combattere i tumori vengono usate anche terapie immunologiche (Vaccini, Immunotossine)

26 Introduzione allo studio dei tumori METODI DI DIAGNOSI DEL CANCRO Diagnostica per immagini (radiografia, tomografia assiale computerizzata, risonanza magnetica, mammografia) Esame istologico (prelievo chirurgico o agoaspirazione) Analisi immunologiche Analisi di biologia molecolare Tecniche endoscopiche Esame citologico (PAP test, esame urine, espettorato etc.)

27 Accenno a protooncogeni e geni oncosoppressori Lo sviluppo di un tumore è spesso determinato da un cambiamento nel DNA, che porta ad una instabilità genetica nella cellula. L instabilità può aumentare fino alla perdita di interi cromosomi o alla formazione di copie multiple di porzioni cromosomiche. Può infatti cambiare lo schema di metilazione del DNA della cellula, dalla quale ne consegue un silenziamento o una attivazione di vari geni in maniera incontrollata. Perciò affinchè le cellule inizino a dividersi in maniera incontrollata devono essere danneggiati i geni che ne regolano la crescita.

28 Accenno a proto-oncogeni e geni oncosoppressori PROTO-ONCOGENI Mutazioni attivanti GENI ONCOSOPPRESSORI mutazioni inattivanti ONCOGENI ONCOSOPPRESSORI (guadagno di funzione) GENI (perdita di funzione) TRASFORMAZIONE E PROGRESSIONE NEOPLASTICA

29 Accenno ai proto-oncogeni e geni oncosoppressori Si ritiene che gli oncogeni sono tutti quei geni che, attraverso un guadagno di funzione, a seguito di mutazioni attivanti, contribuiscono alla trasformazione e progressione neoplastica. Il contributo agli stessi fenomeni da parte dei geni oncosoppressori si realizza mediante una perdita di funzione, a seguito di mutazioni inattivanti.

30 Accenno a proto-oncogeni e oncosoppressori I geni oncosoppressori sono presenti sulle cellule di tutti gli animali e in condizioni fisiologiche codificano per prodotti (antioncoproteine) che esercitano una serie di funzioni tra le quali quella di produrre segnali negativi ai fini della progressione del ciclo cellulare, di cui determinano l arresto. Perciò in condizioni normali, la regolazione del ciclo di replicazione cellulare dipende dall equilibrio tra prodotti dei protooncogeni e prodotti dei geni oncosoppressori. Nelle cellule tumorali i geni oncosoppressori vengono perduti ovvero subiscono delle mutazioni.

31 Accenno a proto oncogeni e geni oncosoppressori I geni oncosoppressori espletano le loro funzioni in tre diversi modi: a) Innescano meccanismi che inducono una pausa tra una fase e l altra del ciclo cellulare b) Avviano processi di riparazione del DNA c) Avviano processi di apoptosi Nelle cellule tumorali i geni oncosopressori possono risultare: a. Perduti per delezione genica b. Alterati da mutazioni inattivanti c. Permanentamente repressi da meccanismi epigenetici (ipermetilazione) Da ciò risulta che in caso di delezione o ipermetilazione i prodotti dei geni oncosoppressori non vengono espressi nelle cellule tumorali; mentre nel caso di una mutazione, sono presenti ma incapaci di svolgere la loro funzione fisiologica perché strutturalmente alterati.

32 Un esempio di oncosoppressore: P53 Circa il 95% dei tumori presenta mutazioni nella molecola p53.

33 P53: il guardiano del genoma

34 P53: il Guardiano del genoma p53 è un potente fattore di trascrizione.. p53 regola l espressione di oltre 300 geni. p53 è una proteina nucleare di 55kDa

35 p53: il Guardiano del Genoma Risulta mutato in una grande percentuale di tumori umani

36 p53: il Guardiano del Genoma In cellule normali (non sottoposte a stress) p53 è una proteina altamente instabile Ha una emivita di circa 20 minuti

37 P53: il Guardiano del Genoma Il gene oncosoppressore p53 (TP53) è presente in forma mutata in circa il 95% dei tumori umani di varia origine Nella trasformazione neoplastica il gene TP53 può andare incontro ad un duplice destino: a. Subire la delezione dei suoi due alleli con impossibilità alla sintesi del prodotto da esso codificato (gene oncosoppressore recessivo) b. Andare incontro a mutazione in un solo allele e codificare con la copia indenne per una p53 non mutata e con la copia mutata per una p53 abnorme (gene oncosoppressore dominante)

38 p53 come gene dominante A differenza di molti geni oncosoppressori che si comportano da recessivi, p53 si comporta come gene dominante Mutazioni che interessano anche solo uno dei due alleli del gene p53 (condizione di eterozigosi) possono compromettere la funzionalità della proteina Perché: p53 è funzionale come fattore di trascrizione solo in forma tetramerica I tetrameri composti da alcune subunità di p53 mutanti e da altre wild-type possono non essere più funzionali come fattori di trascrizione

39 Il legame di p53 sul DNA

40 p53 ed il mantenimento dell integrità del genoma

41 Apoptosi: morte cellulare programmata L'apoptosi può avvenire quando una cellula è danneggiata anche nelle proprie capacità di riparazione, oppure infettata da un virus. Il segnale apoptotico può venire dalla cellula stessa, dal tessuto circostante o da cellule del sistema immunitario Se la capacità apoptotica di una cellula è danneggiata oppure se è stata infettata da un virus in grado di bloccare efficacemente l'inizio della cascata apoptotica, la cellula danneggiata continuerà a dividersi senza limiti, trasformandosi in un cancro

42 Attività di p53 nel controllo della morte cellulare programmata Il ruolo di p53 nell apoptosi sembra mirato a situazioni che minacciamo cellule e tessuti. Nel caso specifico della patogenesi del cancro, l organismo utilizza l apoptosi innescata da p53 per eliminare cellule potenzialmente neoplastiche. p53 induce l apoptosi attivando l espressione di un gruppo di geni pro-apoptotici e reprimendo l espressione di geni anti-apoptotici

43 Attività di p53 nel controllo della morte cellulare programmata Se la riparazione del DNA non viene effettuata durante l arresto del ciclo cellulare indotto da p53, questa antioncoproteina può convincere la cellula a suicidarsi. Questo innesco della morte cellulare programmata, rappresenta un ulteriore meccanismo di protezione verso la comparsa di tumori. In assenza della funzione di p53, la possibilità di andare incontro a morte cellulare programmata viene perduta e le cellule danneggiate continuano a proliferare, tramandando i danni alla loro progenie.

44 RIASSUMENDO. BLOCCO CICLO CELLULARE RIPARO p53 DANNO GENETICO O STRESS APOPTOSI GUARDIANO DEL GENOMA

45 In alcune cellule tumorali si accumula la forma mutata di p53 In cellule tumorali umane che portano alleli mutanti per p53, tale proteina è spesso presente in elevate concentrazioni. Questa situazione potrebbe sembrare paradossale considerando che elevati livelli di una proteina che sopprime la crescita sembrerebbero essere incompatibili con il processo di proliferazione maligna. In realtà la maggioranza delle mutazioni ( circa il 95%) interessano la sequenza codificante per il dominio legante il DNA di p53. Queste mutazioni rendono p53 incapace di legarsi ai promotori genici e di svolgere la sua normale funzione di fattore di trascrizione.

46 L inattivazione di p53 in cellule tumorali a. Cellule tumorali che presentano una p53 non funzionale possono continuare a proliferare attivamente anche in circostanze che comprometterebbero un blocco della proliferazione o l ingresso in apoptosi in cellule normali ( danni al genoma o stress). b. L aumento del tasso delle mutazioni che si stabilizzano aumenta il numero degli oncogeni che diventano attivi e dei geni oncosoppressori che vengono inattivati. Il passaggio da una cellule pre-maligna a quella maligna viene perciò accellerato. c. Mutazioni del pathway di p53 rendono le cellule tumorali resistenti all apoptosi. d. Negli stadi iniziali della cancerogenesi, le cellule che hanno una p53 non funzionale non esprimono più un fattore proteico ( gene TSP-1) che viene escreto all esterno della cellula e inibisce l angiogenesi. Lo sviluppo di una nuova rete di vasi sanguigni non è più inibita

47 Approcci terapeutici

48 Approcci terapeutici 1. Ripristino della funzione wilde type di p53 Poiché p53 è il gene oncosoppressore che viene inattivato più frequentemente nei tumori maligni umani, recentemente diversi Laboratori sono alla ricerca di strategie per le quali si possa ripristinare la funzione w/t di p53 in cellule tumorali

49 Approcci terapeutici STRATEGIE DI RIATTIVAZIONE DI p53: p53 mutato Piccole molecole che ripristinano la funzione di p53 mutato p53 wilde type Piccola molecola che previene la degradazione di p53 attraverso MDM2.

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