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1 Genetica delle neoplasie ematologiche Individua le alterazioni genetiche ed epigenetiche presenti nei vari disordini onco-ematologici

2 Fattori estrinseci Ambiente Danno genotossico Immunodepressione Fattori estrinseci Interazioni con ospite Immunità Angiogenesi Fattori intrinseci Fattori genetici Fattori epigenetici Interazione Neopl. Ematol

3 Leucemia = processo multistep : accumulo progressivo di eventi (lesioni genetiche, escape immunologico

4 Forme sporadiche Eventi necessari per sviluppare il tumore: x (3 nell esempio)

5 Predisposizione genetica (tumori ereditari, fattori favorenti, etc.. (1) 2 3 Eventi necessari per sviluppare il tumore: x-1 (2 nell esempio): Rischio relativo (RR) di sviluppare il tumore molto più elevato

6 Tumori ereditari Bersaglio per il secondo evento immensamente più grande: RR di sviluppare il tumore estremamente più elevato, 2 rischio quasi certo 1 2 3

7 Alterazioni citogenetiche e molecolari nelle neoplasie ematologiche (I) Forniscono informazioni riguardanti la cellula da cui si è originata la neoplasia Individuano geni e meccanismi di trasduzione del segnale responsabili di quel dato disordine onco-ematologico Marcano la popolazione neoplastica: tutte le cellule che originano dalla cellula colpita dall evento trasformante presentano infatti la stessa lesione genica ( popolazione clonale )

8 Alterazioni citogenetiche e molecolari nelle neoplasie ematologiche (II) Consentono di formulare una corretta diagnosi Identificano particolari entità clinico-biologiche all interno di uno stesso disordine oncoematologico Predicono la prognosi del paziente e possono essere sfruttate per valutare la risposta alla terapia Hanno permesso e permetteranno di sviluppare terapie molecolari sempre pià mirate

9 Cellula colpita dall evento leucemogenico Cellula totipotente non ancora differenziata in grado di dare origine a colonie mieloidi e linfoidi Cellula già differenziata o per la mielopoiesi (CFU- GEMM) o per la linfocitopoiesi

10 Prove a favore della genesi a partire da una cellula staminale Solo alcune cellule leucemiche, quelle più indifferenziate e quiescenti sono quelle che una volta trasferite nel topo determinano una malattia in tutto e per tutto identica a quella che causano nell uomo

11 Cellula staminale leucemica Condivide l assetto genico della cellula normale L unica differenza ad oggi nota è che presenta l inattivazione o la mutazione di un gene oncosoppressore, PTEN

12 PTEN: Funzioni Le cellule staminali normali che non esprimono Pten se trapiantate nel topo non permettono una ripresa dell emopoiesi a lungo termine. Dopo il trapianto l emopoiesi si esaurisce Pten controlla la differenziazione della cellula staminale sia in senso mieloide che linfoide

13 Pten e leucemogenesi Attraverso un meccanismo ancora sconosciuto ma diverso da quello operante nella cellula staminale normale le cellule staminali con l inattivazione di Pten inducono una malattia se trapiantate nel topo immunodeficiente NOG La malattia mieloproliferativa a prevalente componente mieloide si trasforma poi in leucemia perché intervengono ulteriori mutazioni

14 Leucemia Mieloide Cronica

15 Importanza di alterazioni genetiche Le traslocazioni cromosomiche MLL-AF9 e quelle coinvolgenti ERG sono da sole in grado di dare origine ad un quadro leucemico indipendentemente dal livello di differenzazione della cellula in cui si sviluppano.

16 Fattori genetici Alterazione di: oncogeni geni oncosoppressori geni regolatori (mirna etc ) geni regolatori della stabilità genetica

17 MicroRNA (mirna) Sono piccole sequenze di RNA maturo lunghe nucleotidi Riducono o impediscono l espressione di proteine Tagliano direttamente un mrna bersaglio usando un meccanismo di RNA interference o inibendo la sintesi proteica. L espressione di mirnas è tessuto specifica e correlata allo stadio maturativo di un tessuto.

18 MicroRNA Sono trascritti a partire da molecole più lunghe chiamate primirna. Questi sono processati nel nucleo della cellula in hairpin RNA, pre-mirna da una ribonucleasi che taglia mrna a doppia catena. Il pre-mirna viene trasportato al citoplasma dove è digerito da una seconda ribonucleasi che taglia mrna a doppia catena chiamata dicer. Negli animali il mirna a singolo filamento si lega ad un mrna complementare I microrna sino ad oggi identificati sono 1000

19 Processo di silencing naturale Processo di silencing indotto Potenziale modalità terapeutic

20 mirna in cancers

21 Oncogene 2006

22 Involvement of micrornas in cancer predisposition?

23 Ruolo dei mirna nella leucemia linfatica cronica (I) Primo disordine oncoematologico in cui è stata riportata l importanza dei mirna I pazienti con LLC a cellule B ed espressione del CD5 presentano come più comune singola anomalia una delezione del cromosoma 13 alla banda q14, del(13)(q14). La delezione si accompagna ad un decorso clinico indolente Linfociti B CD5 positivi di soggetti sani esprimono alti livelli di mir-15a e mir Questi mirna sono mappati esattamente all interno della regione di cromosoma 13 deleta nei pazienti con LLC

24 Ruolo dei mirna nella leucemia linfatica cronica (II) Nel 70% dei pazienti con LLC a cellule B questi due microrna sono poco espressi Mutazioni germ-line nei pri-mir-16-1/15a si osservano in casi di LLC familiare e si ritiene che predispongano allo sviluppo di questo disordine linfo-proliferativo

25 Perché nei pazienti con LLC-B CD5+ il gene BCL2 è sovraespresso?

26 mir16-1/15a nei soggetti sani ed in quelli con LLC Una sovraespressione dei due mirna si associa ad una ridotta espressione di BCL2, gene che codifica per una proteina che blocca la morte cellulare programmata Nei linfociti B CD5 positivi di soggetti sani alta espressione dei due mirna e bassa espressione di BCL2; Nei linfociti B CD5 positivi di pazienti con LLC situazione inversa: bassa espressione dei due mirna e alta espressione di BCL2.

27 Rapporti tra mir16-1/15a e BCL2 La delezione 13q14 causa la perdita dei due mir con conseguente aumentata espressione di BCL2 Risultato: Cellule leucemiche bloccate nella fase G0/G1 del ciclo cellulare particolarmente resistenti all apoptosi

28 Instabilità genomica E assolutamente necessaria: consente che la cellula leucemica o linfomatosa acquisisca sempre nuove mutazioni che ad esempio la rendono resistente ai protocolli di chemioterapia

29 Meccanismi di instabilità genomica Difettoso funzionamento dei geni preposti al riparo del DNA Accorciamento della lunghezza dei telomeri con difettoso funzionamento della telomerasi Perdita di DDR (DNA Damage chekpoint Response) Perdita di OIS (Oncogene Induced Senescence)

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31 Progressione della LMC Fase cronica Fase accelerata-blastica 100% Dei casi 20-30% limfoide Considerazioni: Cromosoma Ph si sviluppa in una cellula pluripotente La popolazione leucemica Ph-positiva è molto instabile

32 Conosciamo molto bene i meccanismi che causano un eccessiva proliferazione ma non quelli responsabili della progressione e dell instabilità genomica

33 La notevole tendenza alla progressione del clone Ph positivo ne indica l importante instabilità genomica anni N N N N N N Ph+ N N N N Ph+ N Ph+ Ph+ N N N N Ph+ Ph+ N N N N N N N N N N N N N N 5 N N Ph+ N N N N N Difetti genici aggiuntivi Ph+ N N Ph+ N N N N N N Ph+ Ph+ Ph+ N - inattivazione N N N di p53 Ph+ N N N Ph+ N Ph+ Ph+ N- inattivazione N N di N p16 Ph+ Ph+ Ph+ N N N Ph+ Ph+ -Ninattivazione N di Rb Ph+ Ph1 Ph+ N Ph+ N N N Crisi blastica - sovraespressione N Ph+ di Ph1 EVI Ph1 Ph+ N Ph+ Ph1 Ph+ N N Ph1 Ph1 Ph1 Ph+ -..molti N Ph+ altri Ph1 Ph1 Ph+ N Ph+ Ph1 Ph1 Ph1 Ph1 Ph+ Ph+ Ph+ Ph+ Ph+ Ph+ Ph+ Ph1 Ph1 Ph+ Ph+ Ph+ Ph1 Ph+ Ph+ Ph+ Ph+ Ph+ Ph1 Ph+ Ph1Ph+ Ph1 Ph+ Ph1 I difetti genici aggiuntivi sono

34 Fattori Intrinseci Epigenetici Alterazione del processo di metilazione Alterazione del processo di acetilazione

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36 La metilazione delle isole CpG nelle regioni che promuovono la trascrizione di un gene induce silenziamento genico per blocco della trascrizione è un meccanismo di inattivazione di tumor suppressor genes

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39 p15ink4a Regolatore negativo del ciclo cellulare ( fase G1-S) Inibisce le cicline kinasi dipendenti 4 e5 Nelle preleucemie la ipermetilazione di questo gene si correla con una più breve sopravvivenza e più rapida progressione clinica

40 Sopravvivenza dei pazienti con preleucemia in base allo stato di metilazione dip15ink4b P survival Metilato Non metilato T (months) Quesnel, et al. Blood. 1998;91:2985

41 Il codice istonico La coda degli istoni contiene residui di lisina, residui di arginina e di serina conservati durante l evoluzione. Tali residui servono da substrato per la acetilazione, metilazione, fosforilazione, e ubiquitinazione. Le modificazioni dello stato combinatorio a livello della coda degli istoni viene interpretato da complessi proteici che legandovisi in modo selettivo possono modificare ulteriormente la cromatina e determinare il destino del DNA avvolto attorno agli istoni. Tali interazioni determinano attivazione trascrizionale, silenziamento, replicazione del DNA a seconda del tipo di cellula, della fase del ciclo cellulare, del grado di differenziazione e dello stress ambientale.

42 Deacetilasi istoniche Rimuovono i gruppi acetilici dai residui di lisina localizzati a livello della coda degli istoni e nei fattori trascrizionali I substrati delle deacetilasi sono i nucleosomi. Questi consistono di circa 150 paia di basi di DNA avvolto attorno ad un ottamero istonico, formato dagli istoni 2A, 2B, 3, e 4. Le code degli istoni protrudono attraverso il DNA verso la superficie del nucleosoma, dove possono essere modificati chimicamente ed interagire con altre proteine

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44 HAT Sin3 N-cor HDAC histon acetylation -> chromatin relaxation -> transcription of target genes

45 HAT complex HDAC complex La cromatina è accessibile ai fattori trascrizionali, è possibile l espressione di geni necessari per la differenziazione

46 HAT complex HDAC complex La cromatina non è accessibile ai fattori trascrizionali, non è possibile l espressione di geni indispensabile per la differenziazione. Blocco differenziativo

47 HDAC Inattivazione di geni oncosoppressori Inattivazione di geni che regolano la proliferazione, differenzazione e l apoptosi Cruciali per preparare l istone alla rimozione di gruppi acetile tramite la metiltransferasi