Geni che regolano la divisione cellulare

Geni che regolano la divisione cellulare!geni il cui prodotto proteico promuove un aumento del numero di cellule (oncogeni) Oncogeni = acceleratori!geni il cui prodotto proteico induce una riduzione del numero di cellule (oncosoppressori). Oncosoppressori = freni

Oncosoppressori: definizione Geni che, attraverso alterazioni genetiche, subiscono una perdita di funzione. Agiscono quindi in maniera recessiva (un singolo allele non e capace di produrre l effetto oncogenico). La maggior parte di questi geni codifica per proteine coinvolte in vari meccanismi di controllo della crescita e della sopravvivenza cellulare

Oncosoppressori: classi funzionali I. Gatekeepers: regolano negativamente la crescita cellulare o inibendo la proliferazione o inducendo la morte. La loro inattivazione induce direttamente un aumento della crescita cellulare. II. Caretakers: regolano la integrita genomica. La loro inattivazione non causa un aumento della crescita cellulare, ma un aumento del rate di mutazione dovuta ad instabilita genetica.

Oncosoppressori: Definizione Oncosoppressori: Scoperta Oncosoppressori: Meccanismi di inattivazione

Oncosoppressori: Scoperta I. Esperimenti con ibridi somatici II. Retinoblastoma: ipotesi di Knudson III. Citogenetica Analisi di linkage Perdita di eterozigosi IV. Saggi funzionali di reversione del fenotipo

Ibridi somatici

Retinoblastoma Sporadico Ereditario

Retinoblastoma familiare Individuo affetto Individuo non affetto

Ipotesi di Knudson - I tipici geni oncosoppressori sono recessivi -C e bisogno dell inattivazione dei due alleli ( two hits, Knudson 1971) Inattivazione del gene RB secondo il modello di Knudson Frecce=mutazione; Geni in blu=inattivazione

Alterazioni citogenetiche In circa il 5% di retinoblastomi ereditari, era evidente una tipica alterazione citogenetica, una delezione interstiziale della banda q14 del cromosoma 13

Perdita di eterozigosi (LOH) L inattivazione del secondo allele del gene oncosoppressore puo essere evidenziata come perdita di eterozigosi di un marcatore polimorfico che e in linkage con il locus del gene oncosoppressore Cellula normale Mutazione in un allele Cellula pre-tumorale Normal Tumor Perdita del secondo allele (puo avvenire anche per conversione genica o ricombinazione mitotica) Cellula tumorale Ellettroforesi su gel di prodotti di PCR di marcatori polimorfici che si trovano in vicinanza dell oncosoppressore

Saggi Funzionali Huang et al., 1988 Ricostituzione di Rb in una linea tumorale RB-/- (WERI-Rb27) Rb XX Tumore + Tumore - Cellule tumorali Cellule revertite

Oncosoppressori: Definizione Oncosoppressori: Scoperta Oncosoppressori: Meccanismo di inattivazione

Oncosoppressori: meccanismi di inattivazione Meccanismi di inattivazione del secondo allele Inattivazione del secondo allele Non disgiunzione mitotica Non disgiunzione e duplicazione Inattivazione di un allele Ricombinazione mitotica Conversione genica Cellula normale Cellula pre-tumorale X Mutazione puntiforme Delezione Cellula tumorale Silenziamento (meccanismi epigenetici)

Oncosoppressori: classi funzionali I. Gatekeepers: regolano negativamente la crescita cellulare o inibendo la proliferazione o inducendo la morte. La loro inattivazione induce direttamente un aumento della crescita cellulare. II. Caretakers: regolano la integrita genomica. La loro inattivazione non causa un aumento della crescita cellulare, ma un aumento del rate di mutazione dovuta ad instabilita genetica.

Oncosoppressori: classi funzionali Normale Pathway dei gatekeeper neoplasia Pathway dei caretaker Mutazione di un allele di un caretaker Mutazione del secondo allele del caretaker: instabilita genetica Mutazione di un allele di un gatekeeper Mutazione del secondo allele del gatekeeper

Stimolo Mitogenico Antioncogèni Oncosoppressori Trasduzione del segnale dalla membrana al citoplasma e dal citoplasma al nucleo Regolazione dell espressione delle molecole del ciclo di divisione cellulare Innesco del ciclo di divisione cellulare Replicazione cellulare

Gatekeepers: RB Proteina codificata dal gene RB, responsabile di un tumore dell occhio Regolatore negativo del ciclo cellulare Repressore trascrizionale Lega ed inattiva il fattore di trascrizione E2F, che regola positivamente la trascrizione di geni necessari all entrata in fase S La sua funzione e regolata negativamente durante il ciclo cellulare da fosforilazione ad opera dei complessi CDK4-ciclina D, CDK6-ciclina D o CDK2-ciclina E.

Figure 8.1 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

Figure 8.3b The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

Le chinasi ciclina-dipendenti (CDK) Fosforilazione di una treonina Defosforilazione di una tirosina P P Presenza della ciclina La chinasi si attiva solo quando sono soddisfatti questi tre criteri

Cyclin sintesi Inattiva Cdk Cyclin Cdk Cyclin Cdk Cyclin Cdk (160)-T-P (160)-T-P CAK Wee1 15-Y-P

inattiva attiva Cyclin Cdk (160)-T-P 15-Y-P Cyclin Cdk (160)-T-P 15-Y Cdc25

Table 8.1 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

Figure 8.13a The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

TGF-beta Figure 8.14a The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

Stimolo mitogenico Sintesi cicline D Aumento di attivita di CiclineD-Cdk4,6 Superamento del restriction point G1 S

Come i complessi CDK-ciclina promuovono la progressione del ciclo cellulare Fosforilazione di specifici substrati - Componenti del ciclo cellulare stesso Es. p27 - Lamina nucleare - prb: substrato critico

Struttura di prb A/B pocket TSSTTT A SSS B SSSSS TT C-term NLS LXCXE delle proteine E2F sito di legame Ciclina/CDK

Struttura e funzione dell AB pocket " L A/B pocket e necessario per le funzioni biologiche; Regolazione della crescita e della differenziazione "L A/B pocket e necessario per le funzioni biochimiche; Regolazione trascrizionale, interazione con proteine che contengono un motivo LXCXE.

Struttura e funzione dei domini C ed N- terminali Regione C-terminale "Critica per la funzione di soppressione della crescita "Contiene un dominio di localizzazione nucleare e un sito "di legame per la ciclina (R/KXL). "Interagisce e regola l AB pocket. Il dominio N-terminale, anche lega il pocket e ne regola la funzione

Figure 8.23a The Biology of Cancer ( Garland Science 2007)

G1 S Rb Sintesi delle cicline D Cyc D1,2,3 Cdk4,6 E2F Sintesi di ciclina E Cyc E Cdk2 Stimolo Mitogenico

Geni regolati da E2F E2F/DP Cdk2 ciclina E ciclina A Altri geni Richiesti per la replicazione del DNA Geni della replicazione (DNA polimerasi!) Geni della biosintesi dei nucleotidi (timidina chinasi) Geni del riparo del DNA (RAD51) Fattori dell origine di replicazione

Gene Funzione Tumori associati a mutazioni somatiche Tumori associati a mutazioni ereditarie Rb Regolaz. ciclo cellulare Retinoblas. Osteosarc. carc. Polmone, Colon, Mamm. Retinoblas. Osteosarc Cellule retiniche normali: Proliferazione controllata Rb Retinoblastoma G1 Cicline D + Cdk4,6 S Ciclina E + Cdk2

Retinoblastoma Proliferazione Non controllata Rb Induzione costitutiva di Ciclina E + Cdk2 Proliferazione