Le caratteristiche fondamentali della cellula tumorale

Transcript

1 Le caratteristiche fondamentali della cellula tumorale

2 Cell vs. microenvironment D. Hanahan, R.A. Weinberg The Hallmarks of Cancer. Cell 100: (2000). Cancer cells: CSC, non-csc

3 Acquired capabilities of Cancer D. Hanahan, R.A. Weinberg The Hallmarks of Cancer. Cell 100: (2000).

4 La progressione tumorale Il tumore rappresenta un entitá dinamica nelle sue stesse fondamenta genetiche La semplice descrizione delle anomalie genetiche perció é insufficiente per farci capire come funziona Occorre una visione integrata della storia naturale del tumore, nei vari stadi della sua progressione

5

6 Teoria della selezione clonale In base a questo modello, la tumorigenesi si puó considerare come l espansione seriale di cloni successivi di cellule, caratterizzati dall acquisizione di mutazioni che conferiscono un vantaggio selettivo di crescita nei confronti delle popolazioni cellulari circostanti Per arrivare ad un fenotipo tumorale maligno, é necessaria una serie di alterazioni. Una sola alterazione genetica di per sé puó essere controllata da meccanismi di risposta cellulari Le alterazioni sono prevalentemente genetiche, ma alterazioni epigenetiche e quindi stabilmente ereditabili di pattern di espressione genica sono probabilmente anch esse importanti;

7 Emergenza sequenziale di subcloni. Un processo di selezione competitiva fra I subcloni coesistenti porta all emergenza del subclone maligno vincente, che peró puó acquisire nel tempo nuove alterazioni genetiche dando origine ad eterogeneitá genetica

8 Selezione clonale e cancer stem cell I due concetti non sono incompatibili La selezione clonale può avvenire a livello delle cancer stem cell

9 Geni associati alla trasformazione neoplastica Oncogeni: l acceleratore bloccato Oncosoppressori: I freni malfunzionanti Instabilitá genomica: guida in stato di ubriachezza

10 Oncogeni Sono generalmente dominanti (solo una copia alterata) Tipi di fattori alterati: Recettori per fattori di crescita (con un quadro equivalente ad una stimolazione permanente); Proteine coinvolte nella trasduzione del segnale; Fattori nucleari (fattori di trascrizione, cicline); Fattori anti-apoptotici Anti-oncosoppressori

11 Geni oncosoppressori Generalmente, entrambe le copie devono essere mutate o distrutte; Tipi di oncosoppressori: Regolatori del ciclo cellulare; Regolatori della risposta a stimoli mitogenici; Fattori di adesione; Fattori di risposta allo stress, pro-apoptotici

12 Geni coinvolti nel mantenimento della stabilitá genomica Affini agli oncosoppressori La loro inattivazione, tuttavia, non porta direttamente ad un vantaggio nella crescita cellulare, ma aumenta la probabilitá di ulteriori mutazioni Tipi: nucleotide excision repair mismatch repair Proofreading Altre funzioni non caratterizzate

13 Modelli teorici di soppressione tumorale L inattivazione di un gene il cui prodotto funge da mediatore in un pathway lineare dá come risultato l inattivazione dell intero pathway. In questo caso, l inattivazione successiva di un altro componente dello stesso pathway non conferirebbe ulteriori vantaggi selettivi alla cellula che presenta la prima mutazione, e quindi la mutazione successiva non sarebbe osservabile nel tumore emergente.

14 Visione integrata di oncogeni ed oncosoppressori Aldilá del singolo gene, quello che occorre considerare é la necessitá per la cellula tumorale di raggiungere l inattivazione di un determinato pathway Tale inattivazione si puó raggiungere per attivazione di un oncogene, o per inattivazione di un oncosoppressore Questa visione ci consente di classificare I geni in base al pathway cui appartengono: geni appartenenti a pathway diversi (p.es. Rb e p53) sono spesso mutati nella stessa cellula tumorale

15

16 Analisi di geni in tumori In ognuno dei tre maggiori pathway oncosoppressori, l inattivazione di Un componente preclude l inattivazione degli altri componenti.

17 Angiogenesi tumorale Le cellule di mammifero devono essere localizzate ad un massimo di 200µM di distanza dalla microvascolatura Questa distanza corrisponde al limite massimo di diffusione dell ossigeno Per una crescita ulteriore, c é bisogno di formare nuovi vasi sanguigni Simili restrizioni sono in atto anche nella massa tumorale

18 Ca in situ e nuovi vasi sanguigni

19 Ca invasivo

20 La neo-angiogenesi è collegata al processo di metastatizzazione

21 The Angiogenic Phenotype Somatic mutation Small avascular tumor Proangiogenic factors secreted by tumor and stroma = Proangiogenic factor, VEGF = Angiogenic inhibitor Carmeliet and Jain. Nature. 2000;407:249. Tumor growth and metastasis Angiogenic inhibitors may prevent neovascularization and induce vascular regression

22 Lo switch angiogenico I tumori producono fattori pro-angiogenici ed antiangiogenici Nella prima fase della crescita tumorale, il bilancio é tale da non favorire l angiogenesi Lo switch avviene quando I fattori pro-angiogenici prendono il sopravvento L ulteriore crescita tumorale e la metastatizzazione sono angiogenesi-dipendenti

23 Segnali di attivazione dello switch Stress metabolico (ipossia, basso ph, ipoglicemia): tutte condizioni che si creano nell habitat tumorale quando avviene un accrescimento di massa senza angiogenesi Infiammazione Stress in generale

24

25

26

27

28 Struttura e funzione dei vasi tumorali I meccanismi di regolazione dell angiogenesi sono molto meno stringenti I vasi tumorali hanno caratteristiche strutturali diverse da quelli normali: in alcuni casi, il lume é rivestito da un mosaico di cellule endoteliali e tumorali (con ovvie implicazioni per il processo di metastatizzazione) I vasi tumorali sono tortuosi, dilatati, molto ramificati: questo provoca ipossia locale nel tumore, indirettamente provoca problemi di distribuzione dei farmaci anti-tumorali, ed inoltre porta ad ulteriore stimolazione della produzione di fattori proangiogenici

29 Normal and Tumor Vasculature

30

31 Terapia anti-angiogenica Si basa sul presupposto (dimostrato sperimentalmente in diversi modelli animali) che l inibizione dell angiogenesi impedisca l espansione e metastatizzazione tumorali Risultati nei modelli animali: la terapia antiangiogenica non é in grado di uccidere le cellule tumorali esistenti (stasi tumorale) Gli inibitori dell angiogenesi sembrano normalizzare I vasi tumorali. Questo potrebbe aumentare l efficacia di farmaci chemioterapici, facendo sí che raggiungano l intera massa tumorale

32 Antiangiogenic Therapy-Mechanisms

33 Modulating VEGF

34 Bevacizumab Recombinant humanized monoclonal IgG 1 antibody Recognizes all isoforms of VEGF 1 Estimated half-life approximately 20 days (range, days) 1. Presta et al. Cancer Res. 1997;57:4593.

35 Invasivitá e metastatizzazione Invasione della matrice extracellulare Disseminazione vascolare e attecchimento

36 Cascata metastatica Diminuita aderenza intercellulare Legame a componenti della matrice extracellulare Degradazione della matrice Migrazione delle cellule tumorali

37 Invasione della matrice Diminuzione delle caderine E: diminuita adesione intercellulare Adesione alla matrice: favorita da particolari integrine, e da recettori per laminina e fibronectina Degradazione della matrice: metalloproteinasi di matrice (MMP). L inibizione dell attivitá proteolitica di MMP-2 (collagenasi IV) riduce la metastatizzazione in modelli animali Migrazione: produzione di fattori stimolanti la motilitá cellulare (HGF, timosina ß15)

38

39 Disseminazione ed attecchimento La stragrande maggioranza delle cellule tumorali, anche se riesce a raggiungere la circolazione sanguigna/linfatica, non dá origine a metastasi Le cellule tumorali formano piccoli agglomerati embolici all interno dei vasi, che si arrestano nella microvasculatura e favoriscono l uscita delle cellule tumorali dai vasi

40 Target per la metastatizzazione Metastatizzazione preferenziale di certi tumori in certi tessuti (p.es., fegato e polmone): considerazioni anatomiche: la microvascolatura di alcuni organi è più stretta di altri, e le cellule tumorali sono intrappolate; alcuni tumori esprimono recettori per determinate molecole presenti in quel particolare organo sulla superficie delle cellule endoteliali; Le cellule tumorali possono causare l ingresso in circolo di cellule derivate dal midollo osseo che vanno in determinati tessuti e ne cambiano il microambiente.