Co víme o dědičnosti rakoviny

Co víme o dědičnosti rakoviny Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno, Přírodovědecká a lékařská fakulta MU Brno

Brno, 12.9.2011

Osnova přednášky • základní pojmy, obecné rysy kancerogeneze • dědičné formy nádorů, vrozené dispozice k nádorům: obecné principy • vybrané nádorové syndromy a geny nádorových supresorů: (1) retinoblastom - RB, (2) Li-Fraumeniho syndrom - p53, (3) dědičná forma nádoru prsu – BRCA1 a BRCA2, (4) adenomatózní polypóza coli – APC


Nádor, tumor, neoplazma, novotvar - geneticky podmíněný abnormální přírůstek buněčné tkáňové hmoty klonálního charakteru. Jeho růst není v koordinaci s růstem okolních tkání a rovnovážným stavem organismu

Kancerogeneze - proces vzniku a vývoje nádoru - vícestupňový proces - podstatou kancerogeneze je postupné hromadění genetických (a epigenetických) změn

Neoplastická transformace - přeměna somatické buňky v buňku nádorovou

⇒ nádor nevzniká jedním krokem!

Kolik a které geny jsou změněny během kancerogeneze?

• Odhaduje se, že pro vývoj nádoru je nezbytných 4-7 událostí (zásahů). • Konkrétních genů, které mohou být během kancerogeneze změněny, jsou stovky. • Obecně existuje šest/sedm základních vlastností plně maligního nádoru:

Šest získaných vlastností maligního nádoru získaná schopnost

příklad

soběstačnost v produkci růstových signálů aktivace H-ras necitlivost k signálům zastavujícím b.c.

ztráta RB

poškození apoptózy

produkce IGF

neomezený replikační potenciál posílení angiogeneze tvorba metastáz

aktivace telomerázy produkce VEGF inaktivace E-Kadherinu

nestabilita genomu jako podmínka akumulace všech nutných změn

Kancerogeneze má obecné rysy

Poškození regulace buněčného cyklu 1, 2

bod restrikce: klíčový regulační / rozhodovací bod buněčného cyklu

Poškození apoptózy (programované buněčné smrti) 3

• Apoptotický program je latentně přítomen ve všech buňkách. • Buňky jsou neustále připraveny odumřít apoptózou, je-li to v zájmu celého organismu. • Signály indukující apoptózu: poškození DNA, aktivace onkogenů, hypoxie, ztráta kontaktu s okolními strukturami (buňkami, ECM), nepřítomnost signálů přežití, signály smrti,…

Získání neomezeného replikačního potenciálu 4

Většina buněk lidského těla se nemůže dělit do nekonečna, ale naopak má naprogramovaný (tzn. určený vnitřními faktory) konečný počet buněčných dělení, kterými může projít. To souvisí s existencí a funkcí telomer, struktur na koncích chromozomů.

Funkce telomer a telomerázy Telomery jsou repetitivní sekvence na koncích lineárních chromozomů, na které se váží proteinové komplexy. Jejich hlavní funkcí je ochrana konců lineárních chromozomů. Telomeráza je enzym, který je nutný pro kompletní replikaci konců DNA, tj. pro udržování stabilní délky telomer. Většina buněk neexprimuje telomerázu a telomery se proto progresivně zkracují při každém buněčném dělení.

chromozomální DNA

telomerická DNA

KRIZE

Indukce angiogeneze 5

Schopnost nádorů přesáhnout svou velikostí masu o průměru větší než 1 mm závisí na jejich schopnosti zajistit přístup ke krevnímu systému.

karcinom in situ

angiogenní klon

neovaskularizace a expanze nádoru

metastázy

Tvorba metastáz 6

• Metastázy jsou nejzhoubnějším jevem při nádorovém onemocnění a jsou příčinou asi 90 % úmrtí pacientů s nádorovým onemocněním. • Méně častou příčinou je bezprostřední působení primárního nádoru: nádory mozku, nádory žlaznatých buněk, leukémie, lymfomy

Metastatická kaskáda 1. Uvolnění nádorové buňky z primárního nádoru. 2. Prostoupení ECM a bazální membrány, vstup do cirkulačního systému. 3. Migrace cirkulačním systémem. 4. Vystoupení z cirkulačního systému, prostoupení bazální membrány a ECM. 5. Tvorba sekundárního nádoru (metastázy). Invazi nádorových buněk lze chápat jako pohyb buněk spojený s regulovanou adhezí a uvolňováním adheze (od ECM, mezi buňkami navzájem) a proteolýzou ECM.

Vývoj nádorů trvá roky

Vývoj nádorů trvá roky

Navýšení genetické nestability 7

Z výpočtu, který vycházel ze známé mutační rychlosti v somatických buňkách (10-6 na gen na generaci buněk), se zdálo, že k takové akumulaci mutací nemůže během lidského života dojít. Jakým mechanismem dochází k této akumulaci? Nádory jsou geneticky nestabilní, tj. je u nich vyšší rychlost, s jakou dochází k mutacím.

„The hallmarks of cancer“ (Hanahan D. and Weinberg R.A. 2000, Cell 100: 57-70) Hallmarks (1) Produkce vlastních proliferačních signálů (2) Necitlivost k signálům zastavujícím b.c. (3) Odolnost k buněčné smrti (4) Neomezený replikační potenciál (5) Indukce angiogenese (6) Aktivace invasivity a metastázování Enabling hallmarks (3) (7) Genetická nestabilita a mutace

(1) (2)

(6)

(5)

(4)

Hallmarks of Cancer: The Next Generation (Hanahan D. and Weinberg R.A. 2011, Cell 144: 646-674) Hallmarks (1) Produkce vlastních proliferačních signálů (2) Necitlivost k signálům zastavujícím b.c. (3) Odolnost k buněčné smrti (4) Neomezený replikační potenciál (5) Indukce angiogenese (6) Aktivace invasivity a metastázování Enabling hallmarks • Genetická nestabilita a mutace (7) • Přítomnost zánětu podporující nádor (8) Emerging hallmarks • Přeprogramování energetického metabolismu (9) • Schopnost vyhnout se destrukci imunitním systémem (10) Tumor microenvironment (11?)

(8) Přítomnost zánětu podporující nádor • Téměř všechny nádory obsahují buňky imunitního systému, odpovídající chronickému zánětu. • Zánět může přispívat vývoji nádoru tím, že zajišťuje přísun bioaktivních molekul do nádorového mikroprostředí a tím: zvyšovat přežití a proliferaci, tlumit buněčnou smrt, stimulovat angiogenezi, přestavbu ECM, stimulovat EMT. • Buňky zánětu produkují látky (např. molekuly reaktivního kyslíku a další), které jsou mutagenní a stimulují genetickou nestabilitu a tím zrychlují celý proces kancerogeneze. • Centrální molekulou ovlivňující všechny fáze zánětlivého procesu je transkripční faktor NF-κB.

(9) Přeprogramování energetického metabolismu • Normální buňky v aerobních podmínkách metabolizují glukózu glykolýzou na pyruvát v cytosolu a pak na CO2 oxidativní fosforylací v mitochondriích; v anaerobních podmínkách probíhá glykolýza. • Nádorové buňky i v aerobních podmínkách přeprogramují svůj metabolismus a upřednostňují glykolýzu, stav, který se označuje jako „aerobní glykolýza“ (Warburgův efekt). To je méně efektivní (asi 18x) způsob získávání energie a je kompenzován zvýšenou expresí transportérů glukózy (GLUT1) a importem glukózy do buněk. • • •

Tento stav může být dále prohlubován hypoxií, která stimuluje expresi transportérů glukózy a také enzymy glykolytické dráhy. Zvýšená glykolýza vede k produkci glykolytických intermediátů – substrátů biosyntézy nukleosidů a aminokyselin. Warburgův efekt pozorovatelný i v dalších rychle se dělících, např. embryonálních, buňkách. Možná obecněji spojeno s rychle proliferujícími buňkami.

Hallmarks of Cancer: The Next Generation (Hanahan D. and Weinberg RA. 2011, Cell 144: 646-674) (1)

(2)

(9)

(10)

(4)

(3)

(8) (7) (5)

(6)

Komplexní proces kancerogeneze • Nádor vzniká akumulací genetických změn. Některé mohou být vrozené, jiné mohou vznikat jako výsledek expozice kancerogenům nebo onkogenním virům. • Častá expozice kancerogenům nemusí okamžitě vést k vývoji nádoru. • Modulátory kancerogeneze zahrnují hormony, dietu, a další faktory hostitele. Dopad expozice kancerogenům stejně jako vliv modulátorů (geneticky) „filtrovány“ individuálními variantami genů, které eliminují, redukují nebo posilují dopad přispěvatelů tohoto procesu.

Komplexní proces kancerogeneze


⇒ nádor nevzniká jedním krokem!

nádor není monogenní onemocnění X vrozené dispozice k nádorům!!??

Individuální dispozice k nádorům 1. Rozdíly v metabolismu kancerogenů (např. cytochrom P-450, CYP2D6, CYP1A1, Nacetyltransferáza - NAT, glutathion-S-transferáza M1 – GSTM1,…) 2. Mutace nádorových supresorů (a onkogenů*) 3. Rozdíly v DNA reparačních mechanismech - RB, p53, WT1, APC, … - RET * - BRCA1 a BRCA2, ATM, … Penetrance: podíl jedinců určitého genotypu, u nichž se daný specifický genotyp fenotypicky projeví (pravděpodobnost výskytu daného nádoru v určitém věku).

Které geny jsou změněny během kancerogeneze? Mutace protoonkogenů jsou: - aktivující - dominantní - vyskytují se v somatických buňkách a jen výjimečně v zárodečných * buňkách

Mutace nádorových supresorů jsou: - inaktivující - recesivní (spojeno s LOH; haploinsuficience) - vyskytují se v somatických a také v zárodečných buňkách

Dědičné formy nádorů • Dědičné formy obvykle představují zhruba 5 až 10% daného typu nádoru (vrozená mutace jedné alely +/- ztráta heterozygotnosti - LOH), ostatní jsou sporadické. • Dědičné formy nádorů se objevují spíše v mladším věku než sporadické, často oboustranně nebo jako vícečetná ložiska • Sporadické nádory spíše ve vyšším věku a jednostranně • „Gatekeepers“ - geny, které přímo regulují (limitují) růst nádorů buď inhibicí jejich růstu nebo indukcí jejich smrti • „Caretakers“ - jejich inaktivace navozuje genetickou nestabilitu a ta pouze nepřímo indukuje růst nádorů zvyšováním mutační rychlosti. Proto somatické mutace těchto genů jsou jen vzácně iniciátory kancerogeneze.

Příklady dědičných nádorových syndromů „Caretakers“ • NER, xeroderma

pigmentosa

• • • •

ataxia telangiectasia Bloomův syndrom Fanconiho anemie Lynchův syndrom (dědičný nepolypozní kolorektální nádor) • Wernerův syndrom • Li-Fraumeniho syndrom • nádory prsu

„Gatekeepers“ • • • • • • • • • • •

retinoblastom Li-Fraumeniho syndrom Wilmsům tumor neurofibromatóza typu 1 a 2 renální karcinom MEN typu 1 a 2 maligní melanom Cowdenův syndrom Gorlinův syndrom nádor prsu kolorektální karcinom

Některé nádorové supresory jsou zároveň caretakers i gatekeepers!

Nádorové syndromy Peutz-Jeghersův syndrom (LKB1, p53)

syndrom von Hippel-Lindau (VHL)

familiální adenomatózní polypóza (APC)

retinoblastom (RB)

dědičný difúzní nádor žaludku (CDH1)

dyskeratosis congenita (TERC) Lynchův syndrom, dědičná forma nádoru prsu, Li-Fraumeniho syndrom,… (MSH2, MLH1, BRCA1 a 2, p53)


(1) Retinoblastom Je vzácné, ale velmi dobře známé nádorové onemocnění dětí. Incidence 1 na 25.000 až 30.000 narozených dětí. Je prototypickým příkladem vrozené dispozice k nádorům: Na základě studia epidemiologie retinoblastomu byla vytvořena Knudsonova hypotéza → Knudsonův model. RB byl prvním příkladem nádorového supresoru a první naklonovaný gen pro nádorový supresor. Mutace RB jsou recesivní (na úrovni buňky) a zároveň dominantní (na úrovni celého organismu)!!! Vrozená mutace RB (13q14) predisponuje nositele k vývoji retinoblastomu (maligní tumor, který vzniká ve vyvíjející se retině) v nízkém věku a přináší 500x zvýšené riziko vývoje osteosarkomu během adolescence.

Regulace buněčného cyklu - bod restrikce - regulace fosforylace RB

bod restrikce: klíčový regulační / rozhodovací bod buněčného cyklu

Regulace buněčného cyklu - bod restrikce - regulace fosforylace RB

Co je poškozeno při transformaci? • nádorový supresor pRB (retinoblastom, ..) • nádorový supresor p16INK4A (melanom, ..) • cykliny D (lymfomy, ..) • „periferní hráči“ - součásti mitogenních a antimitogenních drah (růstové faktory, receptory růstových faktorů a proteiny Ras, cytoplasmatické přenašeče, transkripční faktory)

Struktura signální dráhy • růstové faktory • receptory růstových faktorů a proteiny Ras • cytoplazmatické přenašeče • transkripční faktory

Knudsonův model dvou zásahů 40% případů: • • • •

průměrný věk při diagnóze - 14 měsíců bilaterálně v obou očích - v průměru 3 nezávislé nádory v případě časného odstranění retinoblastomu vysoký výskyt osteosarkomů mezi 20. a 30. rokem života často rodinná anamnéza

60% případů: • • •

bez rodinné anamnézy průměrný věk při diagnóze - 30 měsíců unilaterální výskyt

Knudson (1971): 1. skupina: 1 mutovaná alela genu RB je zděděná (v zárodečné linii), druhá mutace somatická 2. skupina: nezbytnost dvou nezávislých mutací obou alel RB ⇒ jedna hypotéza vysvětlila dva epidemiologicky odlišné typy onemocnění

Knudsonův model dvou zásahů

penetrance 95%

Ztráta heterozygotnosti LOH („loss of heterozygosity“) • Buňky, které nesou jednu mutovanou alelu nádorového supresoru, ztrácejí velkou část (delece) chromozomu, který nese funkční alelu. Předpokládá se, že v oblastech s vysokou frekvencí LOH leží geny nádorových supresorů. • Buňky, které nesou jednu mutovanou alelu nádorového supresoru, ztrácejí jedním z více možných způsobů funkční alelu.

Retinoblastom, mutační rychlost a matematika… • Mutační rychlost: 10-6 na gen na generaci buněk • Počet retinoblastů (buněk, které tvoří embryonální sítnici) v každém oku: 2 miliony (2 x 106)

⇒ Vysoká penetrance vrozené mutace (95%). ⇒ Asi u 5% nosičů s vrozenou mutací RB nevyvine retinoblastom (rezistence hostitele?) ⇒ Nelze očekávat, že sporadické případy retinoblastomu budou vícečetné ⇒ Mnoho - možná většina - lidí má v retině „one-hit“ klony. ⇒…

Riziko RB u členů rodiny • Sporadický unilaterální: sourozenci 1%; potomci 2-6% • Sporadický bilaterální: sourozenci 2%; potomci téměř 50% • Dědičný bilaterální: sourozenci téměř 50%; potomci 50% • Dědičný, neúplná penetrance: sourozenci < 40%; potomci < 40%

Pravděpodobnost vývoje dalšího nádoru u člověka v dětství postiženého retinoblastomem

• u unilaterálního onemocnění je zvýšený výskyt dalších nádorů důsledkem léčby zářením • u bilaterálního onemocnění vrozená dispozice

(2) Li-Fraumeniho syndrom • Vzácné autozomálně dominantní dědičné onemocnění (dominantní na úrovni celého organismu, recesivní na úrovni buňky). • Rodinný syndrom charakteristický častým a časným výskytem malignit různého typu včetně sarkomu, nádoru prsu, nádoru mozku, leukémií, adrenokortikálního nádoru (kůra nadledvin). • Nádory u LFS mají tendenci se objevovat u dětí a mladých dospělých, často jako násobné primární nádory. • Syndrom spojen s mutací genu pro nádorový supresor p53 (17p13).

Li-Fraumeniho syndrom • Proband se sarkomem do 45. roku života, příbuzný 1. stupně s nádorem do 45. roku života, příbuzný 1. nebo 2. stupně s jakýmkoliv nádorem do 45. roku života nebo se sarkomem v kterémkoliv věku. • Až 80% případů spojeno s vrozenou mutací p53.

Li-Fraumeniho-like syndrom • Proband s jakýmkoliv nádorem v dětství nebo sarkomem, nádorem mozku nebo adrenokortikálním nádorem do 45. roku života, příbuzný 1. nebo 2. stupně s kterýmkoliv typickým LFS nádorem v jakémkoliv věku, další příbuzný 1. nebo 2. stupně s jakýmkoliv nádorem do 60. roku života. • Asi 50% případů spojeno s vrozenou mutací p53.

Spektrum nádorů v rodině s mutací p53 v zárodečné linii

nádory prsu glioblastomy

nádor plic sarkom karcinom pankreatu

leukémie Wilmsův tumor

Frederick Pei Li

Historie LFS

Joseph Fraumeni

1969: Li a Fraumeni retrospektivně porovnávali data a anamnézy dětí, které zemřely na rabdomyosarkom v USA mezi lety 1960 a 1964. Našli několik rodin, kde onemocněním byli postiženi sourozenci nebo bratranci/sestřenice a v jejich anamnéze zjistili, že v jedné rodičovské linii je vysoký výskyt nádorů širokého spektra, především sarkomů a nádorů prsu v mladém věku, a dalších. SBLA syndrom: Sarcoma, Breast and Brain cancer, Leukemia, Lung and Laryngeal cancer, Adrenocortical carcinoma (1978). 1988: první verze definice LFS na základě prospektivní analýzy 24 rodin (dnes v databázi IARC přes 500 rodin) 1995: vedle „klasického“ LFS volněji definován LFLS (LFS-L)

Epidemiologie LFS • Frekvence výskytu 1 : 50.000. • Penetrance 50% ve 30 letech, 90% v 60 letech. Penetrance vyšší u žen - celoživotně téměř 100% (spojeno s výskytem nádoru prsu), zatímco u mužů asi 75%. • Anticipace – stále časnější a závažnější výskyt onemocnění (? v důsledku navyšování genetických změn?) • Mutace v genu p53 patří k nejčastějším genetickým (somatickým) změnám detekovaným v solidních nádorech X extrémně vzácný syndrom LFS.

Cílové orgány maligní transformace u pacientů s LFS

nádory prsu: 25.8 % sarkomy měkkých tkání: 14 % nádory mozku: 12.4 % adrenokortikální nádory: 11.9 % sarkomy kostí: 8.2 % neznámá lokalizace: 3.9 % nádory kůže.: 2.7 % nádory plic: 2.5 % hematologické malignity: 4.3 % nádory střeva: 2.4 %

Signální síť p53

„The hallmarks of cancer“ (Hanahan D. and Weinberg R.A. 2000, Cell 100: 57-70) Hallmarks (1) Produkce vlastních proliferačních signálů (2) Necitlivost k signálům zastavujícím b.c. (3) Odolnost k buněčné smrti (4) Neomezený replikační potenciál (5) Indukce angiogenese (6) Aktivace invasivity a metastázování Enabling hallmarks (3) (7) Genetická nestabilita a mutace

(1) (2)

(6)

(5)

(4)

(7) (4)

Funkce p53

(2)

(7)

(1)

(5) (6)

(3)

Hallmarks of Cancer: The Next Generation (Hanahan D. and Weinberg R.A. 2011, Cell 144: 646-674) Hallmarks (1) Produkce vlastních proliferačních signálů (2) Necitlivost k signálům zastavujícím b.c. (3) Odolnost k buněčné smrti (4) Neomezený replikační potenciál (5) Indukce angiogenese (6) Aktivace invasivity a metastázování Enabling hallmarks • Genetická nestabilita a mutace (7) • Přítomnost zánětu podporující nádor (8) Emerging hallmarks • Přeprogramování energetického metabolismu (9) • Schopnost vyhnout se destrukci imunitním systémem (10) Tumor microenvironment (11?)

(8) p53 a zánět • p53 a NF-κB jsou dvě klíčové dráhy zajišťující v buňce adekvátní reakci na stres. • V jejich funkci a regulaci je (mechanisticky) několik významných podobností. • Naproti tomu fenotypický dopad aktivace těchto drah je téměř protichůdný. • Nezbytnost koordinace činnosti těchto dvou drah: dochází k ní na mnoha úrovních.

(9) p53 a metabolismus p53 je antagonistou Warburgova efektu, inhibuje glykolýzu snížením importu glukózy (Glut1, Glut4, Glut3, PGM, TIGAR) a stimulací mitochondriální respirace prostřednictvím SCO2.

Za určitých okolností ale může p53 naopak glykolýzu stimulovat.

Mutace p53 a nádory • Mutace nádorového supresoru p53 v zárodečné linii jsou příčinou asi 80% případů Li-Fraumeniho syndromu (LFS) a asi 50% případů Li-Fraumeni-like syndromu (LFLS). • Asi u 50% všech lidských nádorů lze detekovat somatickou mutaci/aberaci nádorového supresoru p53.

Typy mutací nádorového supresoru p53 Typické mutace nádorových supresorů: inaktivující – recesivní → rozsáhlé delece, posun čtecího rámce, nesmyslné….

Typické mutace p53: jednobodové záměny měnící smysl kodonu (missense) – 75 až 80%

Distribuce somatických mutací p53 • • • • • •

databáze IARC: 27 tisíc mutací – 1300 variant (R15; 11/2010) distribuce není pravidelná: především centrální DNA vazebná doména - „hot spots“ oligomerizační doména introny (v místech sestřihu) krátké delece a inzerce (více v okrajových částech genu)

Distribuce vrozených mutací p53 • IARC: R15 – 11/2010: 597 vrozených mutací • mutační spektrum velmi podobné spektru somatických mutací p53 u sporadických nádorů: predominance jednobodových záměn (77%) v DNA vazebné doméně; častější sestřihové mutace

Síť proteinů, které opravují dvouřetězcové zlomy DNA homologní rekombinací modré šipky: fosforylace

Tyto proteiny udržují integritu genomu, jejich mutace predisponují k vývoji nádorů.

(3) Dědičná forma nádoru prsu Příčinou dominantně dědičné formy nádoru prsu jsou vrozené mutace v genech BRCA1 a BRCA2. BRCA1 (17q21): 85 (80)% pravděpodobnost vývoje nádoru prsu do 70 let věku a 63 (55)% pravděpodobnost vývoje nádoru vaječníků. 3-4x zvýšené riziko vývoje nádoru žaludku, ledvin, střeva a prostaty. BRCA2 (13q12-13): je spojena s 80% pravděpodobností vývoje nádoru prsu jako u BRCA1 a 25-27% pravděpodobností vývoje nádoru vaječníků. (Nádory se objevují v průměru v o něco vyšším věku než u BRCA1.) Zvýšené riziko dalších typů nádorů: nádory střeva, pankreatu, prostaty, leukémií a thyroidního nádoru. Penetrance mutací BRCA je modifikována dalšími genetickými faktory.

Dědičná forma nádoru prsu Rodiny s nádory prsu mužů mají v 76% mutaci BRCA2 a v 16% mutaci BRCA1. Asi 10% žen s nádorem prsu do 36. roku života má vrozenou mutaci BRCA1 nebo BRCA2. Asi 10% nádorů prsu je dědičných, z nich asi 50% souvisí s mutacemi BRCA1 a 2. Podíl vrozeného zvýšeného rizika nádoru prsu způsobena jinými zárodečnými mutacemi: p53, PTEN, LKB1 (5-10%) a zřejmě ještě dalších, neznámých genů (40%). Mutace BRCA téměř vůbec nevznikají de novo! Somatické mutace genů BRCA jsou vzácné u sporadických nádorů!

(4) Familiální adenomatózní polypóza - FAP • Autozomálně dominantní dědičné onemocnění. • U pacientů s FAP se vyvíjejí stovky až tisíce benigních kolorektálních nádorů, z nichž některé progredují do karcinomů, nejčastěji během druhé a třetí dekády života. Průměrný věk detekce nádoru u FAP pacientů je 40 let.

Polypy, které se objevují u pacientů s FAP, jsou totožné s polypy sporadickými a také nemají větší riziko maligní progrese než sporadické polypy. Ale jejich velký počet „zajišťuje“, že některé se s jistotou v maligní vyvinou.

Familiální adenomatózní polypóza • FAP je spojena s vrozenými mutacemi genu - nádorového supresoru - APC (5q21). • Během kancerogeneze musí být inaktivovány obě kopie genu APC (⇔ častý „LOH“ 5q). • Somatické mutace APC také hrají klíčovou úlohu při vývoji sporadických kolorektálních karcinomů, jsou detekovány alespoň u 80% všech CRC. • Vysoký podíl mutací, které vedou ke zkráceným proteinům.

Úloha APC: regulace hladiny βkateninu β-kateniny hrají v buňkách dvě odlišné role a obě tyto role se mohou podílet na kancerogenezi. 1. Molekuly β-kateninu jsou strukturní součástí cytoskeletonu a adhezivních komplexů (zprostředkovávají vztah mezi kadheriny a aktinovými složkami cytoskeletonu). Ztráta/změna buněčné adheze se uplatňuje při metastázování nádoru. 2. Volný β-katenin se nachází v cytoplazmě (2A), může být transportován do jádra (2B.), kde funguje jako transkripční faktor, může zapnout geny nutné k buněčné proliferaci nebo geny s antiapoptotickou funkcí (c-myc, cyklin D1).

APC udržuje hladinu volného βkateninu

Přebytek volného β-kateninu je degradován, což je zprostředkováno destrukčním komplexem. Jeho důležitou součástí – je protein APC, který zajišťuje mj. vazbu β-kateninu.

Destrukční komplex – APC, axin, GSK3β - a nádory • Mutace APC znemožňující vazbu APC na β-katenin nebo vazbu APC na axin (→ způsobují konstitutivní aktivaci β-kateninu). Mutace APC patří k nejčasnějším genetickým změnám při vývoji kolorektálního karcinomu (dědičného i sporadického), dávají buňkám růstovou výhodu. • Mutace axinu, které znemožňují vazbu axinu na β-katenin, byly nalezeny u některých hepatocelulárních nádorů. • Mutace β-kateninu, které znemožňují fosforylaci kinázou GSK3β a tedy odbourávání β-kateninu. Např. v nádorech prostaty, jater střeva, dělohy, vaječníků, melanomů. Mutace β-kateninu se vyskytují i u kolorektálního nádoru, nikdy ne zároveň s mutacemi APC (princip exkluzivity).

Mutace APC • Většina mutací APC vede ke zkráceným proteinům, které postrádají různý počet sekvencí nutných k regulaci β-kateninu. • Vrozené mutace se nacházejí v 5´polovině molekuly APC, somatické mutace potom především mezi kodóny 1286 a 1513.

Struktura proteinu APC, mutační spektrum genu APC

Závislost vrozených a somatických mutací APC Pozice a typ druhé mutace u FAP závisí na místě první mutace! Specifické genotypy jsou selektovány během časné fáze kancerogeneze CRC tak, aby zbytková hladina β-kateninu byla „optimální“, nikoli maximální (apoptóza): princip „tak akorát“.

⇒ Alespoň jedna mutace zachovává ve výsledné molekule APC alespoň jednu sekvenci pro vazbu βkateninu.

Genetický model kancerogeneze CRC

β-katenin

Rostoucí tolerance ke zvyšující se hladině ß-kateninu!

Osnova přednášky • základní pojmy, obecné rysy kancerogeneze • dědičné formy nádorů, vrozené dispozice k nádorům: obecné principy • vybrané nádorové syndromy a geny nádorových supresorů: (1) retinoblastom - RB, (2) Li-Fraumeniho syndrom - p53, (3) dědičná forma nádoru prsu – BRCA1 a BRCA2, (4) adenomatózní polypóza coli – APC • Co říci závěrem?

Proč se zabývat biologií nádorů? Praxe • diagnostika • prognostické a prediktivní markery, vývoj nových cílených terapeutik • prevence! Dnešní populace USA: • 40%: vyvine se nádor • 20% se vyléčí, 20% na nádor zemře • 1/3 úmrtí na nádor je důsledkem kouření • 10% jsou nádory konečníku, které souvisejí s dietou (příliš mnoho masa a živočišných tuků)

⇒ počet úmrtí lze snížit až o polovinu !!

Proč se zabývat biologií nádorů? Teorie • biologie nádorů ~ obecná biologie • fascinující obor • „přesahy“

Děkuji za pozornost!

Co víme o dědičnosti rakoviny

Recommend Documents