Genetica del cancro. By NA. Lezione 18 1

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1 Genetica del cancro Lezione 18 1

2 Il tumore come network Le cellule mutate iniziano a duplicarsi in modo incontrollato Carcinoma del colon Displasia. Le cellule perdono morfologia Cancro invasivo Le cellule divengono invasive e metastatizzano Processo di vascolarizzazione Iperplasia Le cellule conservano morfologia Cancro in situ Le cellule perdono il contatto con il tessuto Esempio di progressione a tappe da tumore benigno a tumore maligno 2

3 I Cos e il tumore Le alterazioni genetiche acquisite che portano alla trasformazione maligna sono un esempio di variazione genetica somatica (oltre al mosaicismo per i caratteri genetici nucleari e all eteroplasmia per le mutazioni mitocondriali). I Il tumore ha un origine clonale, essendo il suo sviluppo innescato da un alterazione genetica in una singola cellula M E l accumulo di alterazioni genetiche in una singola cellula e nel clone che ne deriva che produce gli effetti fenotipici caratteristici del termine malignita. 3

4 Cellule normali e cancerose CELLULE NORMALI J INIBIZIONE DA CONTATTO CELLULE CANCEROSE L PERDITA INIBIZIONE DA CONTATTO J INCAPACI DI CRESCERE IN SOSPENSIONE (ECCEZIONE I LINFOCITI) L CRESCONO IN SOSPENSIONE J DIPENDENTI DAI FATTORI L INDIPENDENTI DA FATTORI DI CRESCITA J MORTALI DI CRESCITA L IMMORTALI

5 I geni nei tumori I geni alterati nel cancro sono definiti oncogeni: questo nome deriva dalla scoperta di geni virali responsabili della trasformazione in tumore delle cellule infettate sono geni che controllano le normali funzioni della cellula: la proliferazione, l apoptosi, il ciclo cellulare... per poterli studiare, come i geni considerati finora bisogna avere dei mutanti: le cellule cancerose sono i mutanti 5

6 & I geni nei tumori Vengono suddivisi in alcune categorie a seconda della funzione che svolgono prima della mutazione oncosoppressori proto-oncogeni caretaker landscapers (addetti alla manutenzione) (architetti del paesaggio) Gene Rb del retinoblastoma 6

7 Un punto di vista diverso La selezione agisce attraverso la fitness di un gruppo di individui: chi si riproduce di piu per effetto di mutazioni favorevoli in quel momento e in quel luogo prendera il sopravvento trasferiamo questo concetto ad un gruppo di cellule : una cellula muta, acquisisce un vantaggio proliferativo sfuggendo anche parzialmente al sistema di controllo, si riprodurra piu rapidamente la cellula nell organismo e sottoposta ad un controllo a molti livelli e difficilmente potra in breve tempo prendere il sopravvento almeno finche i sistemi di controllo sono efficienti 7

8 Due forze contrastanti Una spinge la cellula mutata a prendere il sopravvento e l altra protegge l organismo nel suo insieme (apoptosi, meccanismi di riparo) questo fa si che almeno fino al momento in cui un organismo si riproduce il numero di mutazioni somatiche che si accumulano nella cellula non raggiungano il livello di guardia: si pensa 6-7 (con le dovute eccezioni), e soprattutto con la nuova generazione si rincomincia. con il tempo i meccanismi di controllo si attenuano e vengono meno 8

9 e allora come mai il cancro? se la possibilita di accumulare in una cellula o in un suo clone e bassa come mai ci sono i tumori cosidetti maligni? sostanzialmente ci sono due meccanismi che permettono la progessione: * mutazioni che aumentano la capacita proliferativa incrementando il numero di individui in cui potrebee manifestarsi una seconda, terza mutazione * mutazioni che intaccano la stabilita del genoma aumentando il livello di mutazioni nel loro insieme 9

10 riarrangiamenti multipli 10

11 riarrangiamenti multipli 11

12 percorsi che portano alla cancerogenesi possiamo ridurre a due i percorsi che sviando, portano al tumore: percorsi che controllano la nascita di nuove cellule (geni del ciclo cellulare) e percorsi che portano alla morte (geni che controllano l apoptosi) al primo percorso appartengono quei geni (protoncogeni) che nella forma wt promuovono la proliferazione. Quando l effetto della mutazione provoca un gain of function il risultato e un prodotto inappropriato nella sua attivita o nello spazio o nel tempo.vista la loro funzione wt basta la mutazione di un allele vi ricordo che non e la mutazione in se, ma l effetto che la mutazione ha sulla funzione. il cancro e un fenotipo come gli altri, viene meno una funzione dell individuo cellula. 12

13 percorsi che portano alla cancerogenesi al secondo appartengono quei geni che nella versione wt impediscono la progressione del ciclo cellulare (definiti TS tumor suppressor), stimolano l apoptosi, controllano la stabilita del genoma, garantiscono l accuratezza della replicazione, del riparo e della segregazione. Il fenotipo mutante compare quando tutti e due gli alleli sono mutati nella stessa cellula. Il nostro organismo e come un auto in cui i protooncogeni sono l accelleratore e i TS i freni. 13

14 & & M I I proto-oncogeni Già negli anni 80 ben venti diversi retrovirus erano risultati portatori di un oncogene: sono indicati con abbreviazioni di tre lettere, solitamente derivanti dal tumore provocato (es. erbb per eritroblastosi ) gli oncogeni virali sono omologhi a normali geni eucariotici (es. il gene virale v-src è omologo al gene cellulare c-src ) cioe nella cellula sono presenti geni che hanno la funzione di stimolare la riproduzione cellulare Questi geni cellulari sono definiti PROTO-ONCOGENI Quando si sovraesprimono diventano oncogeni e trasformano la cellula: quindi il fenotipo tumore in questo caso si puo definire dominante... Perche?

15 L I proto-oncogeni Perche la cellula e eterozigote : ha un allele wildtype e uno mutato e per questo non e piu in grado di svolgere correttamente il controllo sul proprio ciclo cellulare M L le mutazioni dei proto-oncogeni danno un vantaggio selettivo alla cellula perche permettono di crescere indiscriminatamente. i proto-oncogeni sono geni che codificano per molecole che regolano il differenziamento e la proliferazione cellulare: fattori di crescita, recettori, proteine associate alla membrana cellulare per la trasmissione dei segnali, proteine che controllano la trascrizione...

16 Oncogeni Era noto che alcuni tumori animali originassero da infezioni virali, questa informazione derivava da esperimenti in vivo ed in vitro. Nell uomo sono pochi quelli dimostrati ad eziologia esogena 16

17 Oncogeni Quello che ci interessa e che geni portati da virus possono trasformre le cellule ospite. lo studio di questi geni ha permesso di capire cosa sono gli oncogeni. Test in vitro come il NIH-3T3 hanno permesso di chiarire che in tumori di origine non virale sono presenti oncogeni endogeni attivati 17

18 Oncogeni Il primo oncogene virale identificato (1983) e stato v-sis che corrisponde al gene PDGFB fattore di crescita delle piastrine. La sua espressione incontrollata e concordante con l idea che l eccesso di un grow factor porti ad un iperproliferazione. L analisi di altri oncogeni ha confermato che la loro funzione e indispensabile per la cellula e che la loro alterata espressione e all origine dei tumori. Grossolanamente possiamo suddividere gli oncogeni in 5 classi: * * * * * fattori di crescita secreti recettori di membrana componenti dei sistemi di trasduzione del segnale intracellulare proteine DNA-binding compresi i fattori di trascrizione componenti del network delle cicline, delle chinasi-ciclino dipendenti e degli inibitori delle kinasi. Tutti componenti che controllano il normale svolgimento del ciclo cellulare 18

19 Es.: c- sys Schema delle classi di proto-oncogeni Es.: c- erbb MI proto-oncogeni diventano oncogeni quando vengano attivati in maniera difforme dal loro schema fisiologico.

20 Oncogeni Vira l and cellu lar oncogenes Viral disease v-onc c-onc Location Functio n Sim ian sarcom a v-sis PDGFB 22q13.1 Platelet-derived growth factor B subun it v-erbb Chick en erythroleu kemi a EGFR 7p13-q2 2 Epidermal growth factor receptor McDo nough feline sarcom a 5q33 Macrophage col ony-stimulating recepto r facto r Harvey rat sarcom a v-ras HRAS1 11p15 Component of G-protein s ignal transduction Abels on mo use leukemia v-abl ABL 9q34.1 Protein tyrosine kinase Avian sarcoma 17 v-jun JUN 1p32-p3 1 AP-1 trans cription factor Avian myelocytomatosi s v-myc MYC 8q24.1 Mo use oste osarcom a v-fm s CSF1R v-fos FOS 14q24.3- q31 DNA-bi nding prot ein (transcription see Rabbitts, 1994) DNA-bi nding transcription factor factor; 20

21 Attivazione protoncogeni Un protoncogene diventa oncogene quando la mutazione provoca un aumento di funzione che puo essere : * * quantitativo di un prodotto normale qualitativo: prodotto leggermente mutato che non puo rispondere al suo controllore, prodotto chimerico originato da un riarrangiamento genomico Le mutazioni sono sempre somatiche, ci sono alcune eccezioni, ma la predisposizione alla comparsa di tumori e un aspetto di sindromi polimalformative a trasmissione auosomica dominante (RAS) Anche il protoncogene RET e particolare: le sue mutazioni con attivazione provocano la MEN2A neoplasia delle ghiandole endocrine che si puo presentare come familiare. Si ritiene che questo comportamento derivi dalla ristrettezza dell espressione del prodotto mutato di RET nello spazio e nel tempo. Da notare che mutazioni con perdita di funzione di questo gene provocano una sindrome neonatale:morbo di Hirschprung. Anche il protoncogene KIT mutato con perdita di funzione provoca una sindrome familiare con depigmentazione il piebaldismo. 21

22 Attivazione protoncogeni Amplificazione genica conseguenza di errori casuali nella replicazione del DNA Esempio: cromosomi double minutes e homogeneously staining regions (HSR) double minutes 22

23 Attivazione protoncogeni Mutazione puntiforme & Esempio: nel carcinoma della vescica, il gene ras presenta una mutazione nella sostituzione di una singola base che, a sua volta, provoca la sostituzione di un amminoacido. Tali cambiamenti avvengono in punti caratteristici del gene che conducono a trasformazione cellulare 23

24 Attivazione protoncogeni Riarrangiamento cromosomico: linfoma di Burkitt t(8;14) traslocazione c-myc gene catena pesante Ig L c-myc si viene a trovare sotto il controllo del promotore del Ig che e un promotore forte e nella serie bianca funziona ad un ritmo elevato: il proto-oncogene perde la propria regolazione e assume quella del Ig. La cellula perde il controllo M QUESTO AVVIENE SOLO SE LA TRASLOCAZIONE SI VERIFICA NEI LINFOCITI! 24

25 Attivazione protoncogeni Nel 95% dei casi di CML cromosoma non normale chr Philadelphia (1961) Indagini FISH E MOLECOLARI ABL BCR ABL/BCR BCR/ABL Traslocazione reciproca braccio lungo chr.9 e il braccio lungo chr.22: t(9;22)(q34;q11). CML, Leucemia Mieloide Cronica SI FORMANO DUE GENI DI FUSIONE: - ABL-BCR su DER9 (nessuna proteina prodotta) - BCR-ABL su Ph (proteina di fusione coinvolta nella proliferazone cellulare) 25

26 Attivazione protoncogeni 26

27 Attivazione protoncogeni Chimeric genes produced by cancer-specific chromosomal rear rangements Tumo r Rearrangement Chimeric gene Nature of chimeric produ ct CM L t(9;22)(q34;q11) BCR-ABL Tyrosine kinase Ewing sarcoma t(11;22)(q24;q12) EWS-FLI1 Transcription facto r Ewing sarcoma (variant) t(21;22)(q22;q12) EWS-ERG Transcription facto r Malignant me lanoma of soft parts Desmoplastic small round cell tumor t(12;22)(q13;q12) EWS-ATF1 Transcription facto r t(11;22)(p13;q12) EWS-W T1 Transcription facto r Liposarcom a t(12;16)(q13;p11) FUS-CHOP Transcription facto r AM L t(16;21)(p11;q22) FUS-ERG Transcription facto r Papillary thyroid carci nom a inv(1)(q21;q31) NTRK1-TPM3(TRK oncogene) Tyrosine kinase Pre-B cell ALL t(1;19)(q23;p13.3) E2A-PBX1 Transcription facto r ALL t(x;11)(q13;q23) MLL-AFX1 Transcription facto r ALL T(4;11)(q21;q23) MLL-AF4 Transcription facto r ALL t(9;11)(q21;q23) MLL-AF9 Transcription facto r ALL t(11;19)(q23;p13) MLL-ENL Transcription facto r Acute promyel ocytic leukem ia t(15;17)(q22;q12) PML-RARA Transcription factor+retinoic acid recepto r Alveolar rhabdomyosarcom a t(2;13)(q35;q14) PAX3-FKHR Transcription facto r Note how the same gene may be involved in several different rear rangements. For further details see Rabbitts (1994). CML, chronic myeloid leukemi a; A LL, acute lymphob lastoid leukemia. 27

28 Il materiale didattico e presente in rete: NON sono dispense, ma un ausilio allo studio sul libro 28