THE HALLMARKS OF CANCER

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1 THE HALLMARKS OF CANCER

2 Oncosoppressori: inibiscono la proliferazione e/o inducono morte

3 ONCOSOPPRESSORI Geni di tipo gate-keeper: - Contrastano in maniera diretta l acquisizione del fenotipo neoplastico controllando in modo specifico la proliferazione cellulare (Rb, p53 e APC) o inducendo apoptosi (p53, PTEN) - Le mutazioni che inattivano gli oncosoppressori sono missense, delezioni, inserzioni, silenziamento epigenetico

4 PTEN

5 PTEN E LE SINDROMI TUMORALI AMARTOMATOSE - Mutazioni germinali nella Sindrome di Cowden Sindrome di Cowden: - Predispone (autosomico dominante) al carcinoma della tiroide, mammella, endometrio, tumori del cervello e polipi adenomatosi gastrointestinali - Mutato nel 50-80% dei carcinomi della prostata, endometrio e glioblastoma - Mutazioni monoalleliche dell oncosoppressore aploinsufficiente: la funzione espressa da un solo allele non garantisce la normale omeostasi cellulare - Espressione diminuita a livello trascrizionale (modificazioni epigenetiche i.e. metilazione del promotore) - Degradazione dell RNA per aumentata espressione di mir-21: piccolo RNA (20-22 nt) non codificante che interagisce con sequenze complementari dell mrna di PTEN favorendone il silenziamento (taglio, destabilizzazione o diminuzione della traduzione)

6 Adenomatous polyposis coli (APC) Mutation cluster region - Large multifunctional protein (2843 aa) and multiple binding domains - Based on the ability of APC to bind a variety of protein partners has been involved in cell migration, regulation of apical-basal polarity, microtubule networks, cell cycle, DNA replication and repair, and apoptosis.

7 FUNZIONE DI APC APC forma con Axina e GSK-3β un complesso di degradazione che nelle cellule a riposo favorisce la degradazione di β-catenina Il legame Wnt/recettore stabilizza i livelli di β-catenina (normalmente degradata dal proteasoma) bloccando l azione della GSK-3β complessata alla proteina APC, β- catenina lega i fattori LEF/TCF trasloca nel nucleo dove stimola la trascrizione di geni quali, ciclina D1 e c-myc

8 APC E I TUMORI FAMILIARI DEL COLON - La divisione cellulare nella mucosa intestinale ha luogo sul fondo delle cripte dove sono localizzate le cellule staminali (alti livelli di Wnt e β- catenina) - I villi intestinali sono un compartimento di cellule post-mitotiche differenziate (alti livelli di APC e bassi di β-catenina) - Mutazioni di APC determinano aumentati liveli di β-catenina a livello delle cellule dei villi che iniziano a proliferare in maniera incontrollata Mutazioni di APC: FAP(poliposi adenomatosa del colon): - 1:30000 nati, predispone allo sviluppo di polipi adenomatosi multipli nel tratto colon-rettale - Esordio nei primi 10 anni di vita > a 30 anni presenti nel 90% dei pazienti - Probabile sviluppo di sindrome complessa e tumori in seguito ad ulteriori mutazioni di oncogeni i.e. ras (osteomi, carcinomi tiroidei, del tenue, del fegato e del SNC)

9 ONCOSUPPRESSOR: CELL CYCLE AND APOPTOSIS

10 L ONCOSOPPRESSORE Rb - Identificato come causa di una rara neoplasia ereditaria autosomica dominante nota come retinoblastoma (1/20000 bambini) - Il gene fu isolato in seguito al osservazione che la regione cromosomica 13q14 risultava deleta in alcuni casi di retinoblastoma - Rb è una proteina di 110 kda in grado di arrestare il ciclo cellulare controllando il punto di restrizione R alla fine della fase G1 - E una proteina nucleare contenente un dominio A/B pocket d interazione con enzimi di rimodellamento della cromatina (HDAC) che agiscono come repressori trascrizionali - Rb lega E2F1, un fattore che stimola la trascrizione di geni di progressione nel ciclo (cicline E) bloccandone l attività

11 Il modello dei due Hit di Alfred Knudson (1971)

12 Rb E CICLO CELLULARE Cicline regolano la progressione nel ciclo cellulare: - Ciclina D/CDK4,6 regolano la fase G1 e G1/S insieme alla ciclina E/CDK2 - Ciclina A/CDK1,2 regolano la fase S e la transizione in G2 - Ciclina B/CDK1 regola l entrata in M La proteina del retinoblastoma (Rb) 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. Rb rimane fosforilato fino alla fine della fase M.

13 REGOLAZIONE DI Rb

14 GENI REGOLATI DA E2F

15 CELL CYCLE EVENTS REGULATED BY RB

16 Mutated Rb Truncated Rb can not bind E2F > constitutive transcriptional activation of S phase genes, mitosis, genome stability > constitutive proliferation, chromosome instability and aneuploidy

17 MUTAZIONI DI Rb IN TUMORI UMANI SPORADICI Neoplasia Ca. a piccole cellule (microcitoma) del polmone Ca. della vescica Ca. della prostata Ca. della mammella Leucemia mieloide cronica Glioma Ca. dell esofago Ca. del fegato Frequenza di mutazione 90% 20-50% 20% 20% 20% 15-30% 15-50% 15-30%

18 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 inibiscono gli oncosoppressori

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20 P53 Trans-activating Domain (TAD, residues 1-45) DNA Binding Domain (DBD, residues ) Tetramerization Domain (TD, residues )

21 p53 LEGA IL DNA SOTTO FORMA DI TETRAMERO Malecka et al. Oncogene 2009

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24 REGOLAZIONE DI P53 - Livelli di p53 mantenuti bassi da complesso MDM2/4 che ne inducono ubiquitiazione e degradazione. - Fosforilazione di MDM2/4 da parte di ATM/ATR inducono il distacco del complesso la degradazione di MDM2/4 e la traslocazione di p53 nel nucleo con attivazione trascrizionale

25 p53 Transcriptional Targets DNA Damage p53 ATM/R Chk2 p53 p53 Activation -increased protein level -modification (Phosphorylation) MDM2 p21 GADD45 BAX FAS G1 Arrest Cdk4/6 cyclin D inactive prb ACTIVE E2F + Expression of S-phase genes PCNA DNA polα Apoptosis (Cell Death) IGF-BP3

26 MUTAZIONI DI P53 NEI TUMORI UMANI

27 MUTAZIONI DI p53 E TUMORI p53 è mutata o inattivata nel 50% dei tumori umani La maggior parte delle mutazioni sono missense nel dominio di legame al DNA (Soussi et al. 2000) Questi mutanti conservano la capacità di oligomerizzare ma perdono quella di legare il DNA, così possono inattivare anche p53 WT e comportarsi come dominanti negativi 13.6% delle mutazioni sono fuori del dominio DBD e solo il 3% nel TD (8% dell intera proteina). Joerger & Ferst Oncogene 2007

28 EFFETTO DELLA MUTAZIONE DI P53 IN ETEROZIGOSI

29 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.

30 - Mutazioni di ATM sono la causa dell Atassia Telangectasia (immunodeficienza, neoplasie ematologiche, dilatazioone dei piccoli vasi etc) - Mutazioni di Chk2 causano la sindrome di Li-Fraumeni 2 (simile alla sindrome di Li-Fraumeni)

31 SUMMARY

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