Genetica dei tumori Corso di Genetica Medica Corsi di Laurea in Fisioterapia, Logopedia, Ortott. Ass. Oft, T.N.P.E. Facoltà di Medicina e Chirurgia Alberto Piazza
Insorgenza tumorale Processo patologico multiplo a più stadi (neoplasia) Crescita cellulare anomala -> perdita dei meccanismi di controllo responsabile della divisione e del differenziamento cellulare Alcune mutazioni aumentano la proliferazione cellulare, creando una popolazione espansa di cellule nella quale si verifica la mutazione successiva; Le mutazioni successive intervengono sulla stabilità del genoma, favorendo a loro volta l insorgenza di successive mutazioni. A B C
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Ciclo vitale cellulare Spesso le mutazioni tumorali interessano geni che controllano la proliferazione (ciclo cellulare) o la morte (apoptosi) della cellula o la riparazione del DNA: Oncogeni Geni soppressori del tumore Geni mutatori
Gli oncogeni virali DNA virus Geni virali per l antigene T di SV40; Geni virali per E1A o E1B di adenovirus; Retrovirus I loro genomi contengono un oncogene che solitamente sostituisce i geni virali essenziali
Gli oncogeni virali DNA virus Geni virali per l antigene T di SV40 ; Geni virali per E1A o E1B di adenovirus; È noto dal 1960 che SV40 (simian virus) fu trasferito dalla scimmia all'uomo mediante le vaccinazioni anti-polio (vaccini Salk e Sabin) eseguite su scala planetaria durante il periodo 1955-63.
Gli scienziati hanno scoperto da tempo che i tumori indotti da SV40 negli animali sono provocati da una sua proteina, denominata antigene T grande (agt), in grado di legare e di inattivare due importanti proteine della cellula, p53 e prb, che agiscono come controllori della moltiplicazione cellulare. Di recente, la rivista Nature Medicine ha pubblicato due lavori del Prof. Michele Carbone della Loyola University di Chicago dove si forniscono le prove, nei mesoteliomi della pleura dell'uomo, che queste proteine della cellula sono sequestrate dalla proteina virale agt di SV40
Retrovirus Integrazione nella cellula del genoma virale [A] : penetrazione nella cellula. [B] : isolamento dell RNA [C] : reazione di trascrittasi inversa. [D] : incorporazione del DNA trascritto. [E]: sintesi di nuovo RNA virale. [F]: sintesi della capsula e degli antigeni di superficie. [G] : uscita dei retrovirus senza distruzione della cellula
Gli oncogeni Gli oncogeni derivano quasi sempre da proto-oncogeni in seguito a sostituzioni o tagli aminoacidici Proto-oncogeni: Fattori di crescita secreti (es. SIS); Recettori di superficie cellulare (es. ERBb, FMS); Componenti del sistema di trasduzione del segnale (es. fam. RAS); Proteine nucleari che si legano al DNA (es. MYC); Elementi che governano la progressione del ciclo cellulare (es. MDM2).
Proto-oncogeni oncogeni e oncogeni I proto-oncogeni sono normali geni cellulari implicati nel controllo della crescita cellulare. Le mutazioni possono convertire i proto-oncogeni in oncogeni attivati che sovraintendono la crescita delle cellule tumorali. Il loro bersaglio è localizzato in differenti compartimenti e funzioni della cellula, come nei recettori per la crescita cellulare, nei fattori di crescita cellulare, nel sistema di trasduzione intracellulare, nelle proteine che regolano il ciclo cellulare e nei fattori di trascrizione.
Mutazioni del proto- oncogene e insorgenza tumorale
Caratteristiche peculiari dei tumori benigni e maligni.1 Nella disseminazione metastatica, l organizzazione del tessuto di origine è alterata, cellule maligne invadono il parenchima circostante, si staccano dalla massa primaria per penetrare in vasi linfatici o sanguigni. La conseguenza di tali stravolgimenti è la distruzione del parenchima sano e la disseminazione della neoplasia. La perdita della organizzazione del tessuto in sede tumorale è legata anche alla modificazione delle interazioni tra cellule trasformate, tra queste e le cellule normali circostanti e con la matrice extracellulare.
Caratteristiche peculiari dei tumori benigni e maligni.2
L attivazione dei proto-oncogeni oncogeni Amplificazione: la cellula contiene copie in soprannumero di un oncogene strutturalmente normale (es. ERBB2); Mutazioni puntiformi: sostituzione di un nucleotide con un altro (es.gene H-RAS); Modificazione del promotore: es inserzione retrovirus Traslocazione: inserimento di sequenze enhancer, proteine di fusione
Il cromosoma Philadelphia Il gene di fusione ABL-BCR produce una proteine che non risponde più ai normali controlli. LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA
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Geni soppressori del tumore Spesso le mutazioni tumorali interessano geni che controllano la proliferazione (ciclo cellulare) o la morte (apoptosi) della cellula o la riparazione del DNA: Oncogeni Geni soppressori del tumore Geni mutatori
Gene APC BRCA1 BRCA2 DPC4 INK4 Type of cancer Colon/rectum carcinoma Breast and ovarian carcinomas Breast carcinoma Pancreatic carcinoma Melanoma, lung carcinoma, brain tumors, leukemias, lymphomas MADR2 Colon/rectum carcinoma NF1 NF2 p53 PTC PTEN Rb VHL WT1 Neurofibrosarcoma Meningioma Brain tumors; breast, colon/rectum, esophageal, liver, and lung carcinomas; Basal cell carcinoma i Brain tumors; melanoma; prostate, endometrial, kidney, and lung carcinomas Retinoblastoma; sarcomas; bladder, breast, and lung carcinomas Renal cell carcinoma Wilms' tumor Geni oncosoppressori Gene oncosoppressore: Un gene oncosoppressore è un gene la cui presenza contrasta l insorgenza di tumori. Quando una cellula non è in grado di quanto entrambi gli alleli che lo codificano trasformazione tumorale, e cresce senza produrre un gene oncosoppressore, in sono alterati, va incontro alla controlli. Le funzioni di questi geni vanno in genere ricercate nella capacità di impedire a una cellula con delle anomalie acquisite nel codice genetico di riprodursi. Tra gli esempi più noti di geni oncosoppressori si ritrovano i geni Rb e BRCA1, implicati rispettivamente nello sviluppo del retinoblastoma e del tumore della mammella.
Il retinoblastoma (MIM 180200) Tumore aggressivo infantile che colpisce la retina; 60% casi sporadici; 40% casi ereditari (autosomico dominante, penetranza incompleta, bilateralità comune); Cromosoma 13q14;
Ipotesi dei due stadi di Knudson Il retinoblastoma
Il retinoblastoma Perdita dell allele wild-type del gene oncosoppressore e crescita cellulare incontrollata.
Effetti delle mutazioni di Rb
Controllo del ciclo cellulare Alcuni punti di controllo (checkpoints) funzionano per assicurare che il genoma intatto venga trasmesso alle cellule figlie.
Il danno del DNA induce la sintesi di un maggior quantitativo di proteina p53, la quale induce la cellula ad arrestarsi al checkpoint della fase G1
Il gene RB e il controllo del ciclo cellulare Il gene RB codifica per una proteina nucleare (prb), che è in grado di inattivare il fattore di trascrizione cellulare E2F1, bloccando così la progressione della cellula verso la fase S.
L attività di Rb in condizioni fisiologiche
Breast Cancer La più frequente neoplasia maligna tra le donne di tutte le età; Principale causa di morte nella popolazione femminile oltre i 35 anni d età (la probabilità aumenta intorno al periodo di menopausa e cresce con l età); L età è il principale fattore di rischio, assieme ad altre circostanze come la predisposizione familiare (BRCA1/BRCA2, nel <10% casi), storia riproduttiva (età prima gravidanza), obesità, cattiva alimentazione ed esposizione a raggi X (radioterapia di tumori vicini alla mammella, no mammografie);
La prevenzione e la diagnosi precoce possono ridurre notevolmente la mortalità: l identificazione della malattia negli stadi precoci innalza la probabilità di guarigione al 90% Breast Cancer In Italia l incidenza è pari a 48 casi per 100.000 abitanti; British Medical Journal 2000 KOMEN ITALIA onlus www.komen.it/homekomenitalia.html
Breast Cancer Nel 1994-1995 sono stati identificati due geni responsabili della suscettibilità al cancro della mammella: BRCA1, sul cromosoma 17, e BRCA2 sul cromosoma 13. Gli individui portatori di mutazioni a carico di uno dei due geni hanno un rischio maggiore di insorgenza di tumore alla mammella o tumore ovarico ad un certo punto della loro vita.
Breast Cancer BRCA1 e BRCA2 sono ritenuti due geni oncosoppressori.
Breast Cancer 70-80% sporadici 15-20% familiari 5-10% ereditari
BRCA1 e BRCA2 Espressione estesa a tutti i tessuti; Interazione con proteine nel riparo del DNA e nella regolazione della trascrizione.
a. Nessuna storia familiare. b. Storia familiare (fattori genetici, ambientali o anche casuali). c. Mutazioni con alta penetranza.
BRCA1 BRCA2
Mastectomia e prevenzione del tumore, aspetti etici Soggetti giovani con precedenti familiari risultati positivi per una mutazione genica: asportazione bilaterale? Soggetti che già hanno subito mastectomi unilaterale: mastectomia totale?
Geni mutatori Spesso le mutazioni tumorali interessano geni che controllano la proliferazione (ciclo cellulare) o la morte (apoptosi) della cellula o la riparazione del DNA: Oncogeni Geni soppressori del tumore Geni mutatori
I geni mutatori Sono geni che possono causare il cancro in maniera indiretta. La loro inattivazione non consente la riparazione di danni che casualmente si verificano in diversi geni con potenziale oncogenico, come gli oncogeni. Esempio: tumore del colon non-poliposico. The MutHLS error correction system in E. coli. These genes (MutHLS complex) encode an error-correction system that checks the DNA for mismatched base pairs.
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GLOSSARIO: Mutazioni del DNA Le mutazioni si possono suddividere in mutazioni cromosomiche e geniche o puntiformi
GLOSSARIO: Mutazioni puntiformi Cambiamenti genetici che coinvolgono l alterazione di solo uno o pochi nucleotidi. Gli effetti sul DNA o sulle proteine può essere profondo. Si suddividono in: Mutazioni nonsense ; Mutazioni silenti; Mutazioni missenso; Mutazioni frameshift.
Mutazioni nonsenso Mutazioni nonsenso: il nuovo codone codifica per un segnale di stop, cosicchè la proteina risulta più corta del normale e solitamente non esplica la sua funzione.
Mutazioni silenti.1 La mutazione crea un nuovo codone che tuttavia codifica per lo stesso aminoacido codificato in partenza: non c è alcun cambiamento fenotipico (degenerazione del codice genetico).
Mutazioni silenti.2 Degenerazione del codice genetico
Mutazioni missenso.1 La sostituzione di un nucleotide con un altro può causare l inserimento di un aminoacido diverso nella proteina.l effetto sulla funzione della proteina dipende da quale aminoacido andrà a sostituire quello originario.
Mutazioni missenso.2 Sostituzioni conservative: Un aminoacido è sostituito da un altro chimicamente simile Sostituzioni non conservative: Un aminoacido è sostituito da un altro con la catena laterale (in rosso) completamente diversa La carica elettrica dell aminoacido derivato dalla mutazione è un fattore critico nel ripiegamento della proteina e perciò nella sua funzionalità.
Mutazioni frameshift La perdita o l inserzione di uno o due nucleotidi fa si che il codone interessato e tutti i codoni a valle di esso siano letti scorrettamente rispetto alla condizione wild-type. Il risultato è una proteina molto diversa dall originaria o addirittura non funzionale
Mutazioni del sito di splicing
NCBI database