1.12.2009
Maligní nádory Nádorová onemocnění NÁDORY BENIGNÍ •
rostou v původním loţisku, zachovávají charakter tkáně, ze které vznikly
- zvýšená proliferační aktivita, nereaguje na fyziologické regulační podněty - invazivně prorůstá do okolní tkáně, indukuje vlastní angiogenezu (krevní zásobení), metastazuje
NÁDORY MALIGNÍ •
invazivní růst, poškozují strukturu a funkci tkáně, indukují vlastní angiogenezu, metastazují
Maligní nádorová onemocnění MALIGNÍ PROCES – VÍCESTUPŇOVÝ •
několik na sobě nezávislých změn v genomu jedné buňky
•
premaligní stadium / maligní stadium
•
mutace v protoonkogenech, tumor-supresorových genech, mutátorových genech
FAKTORY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ • • •
Chemické látky – polycyklické a aromatické uhlovodíky, nitrosaminy, těţké kovy, mykotoxiny, azbest ….. Fyzikální vlivy – ionizující záření, UV záření Biologické vlivy – DNA viry (adenoviry, herpes viry, hepdnaviry, papovaviry), retroviry (HIV, HTVL-1)
VROZENÉ DISPOSICE • vrozené defekty reparace DNA
Protoonkogeny PROTOONKOGENY – geny se skrytým onkogenním potenciálem • REGULACE BUNĚČNÉHO MNOŢENÍ NA VŠECH ÚROVNÍCH SIGNÁLNÍCH DRAH • většinou somatické mutace – dominantní charakter MUTACE • bodové – substituce, delece, adice • chromosomální přestavby – translokace, amplifikace • inserce virového genomu
EPIGENETICKÉ FAKTORY •
genomický imprinting - souvislost s metylací bazí genů
Protoonkogeny - amplifikace sekvence DNA Protoonkogeny PROTOONKOGENY – úloha v regulaci buněčného dělení •
Růstové faktory: sis (virus opičího sarkomu) - PDGF, hst (heparin-binding secretory transforming gene) – FGF
•
Receptory růstových faktorů: proteiny s tyrosinkinázovou aktivitou - erb-B (virus ptačí erytroblastózy) – receptor pro EGF
•
Proteiny vázající GTP (G-proteiny): genová rodina ras
•
Tyrosinkinázy plasmatické membrány: fosforylace tyrosinu – abl (virus Abelsonovy myší leukemie), src (virus Rousova sarkomu)
•
Cytoplasmatické proteiny: MAP-kinázy Raf, MEK, MAP (signál cytoplasma jádro)
•
Transkripční faktory: protoonkogen fos, jun, erb-A
•
Kontrola buněčného cyklu: protoonkogen myc, myb stimulují přechod z G1 do S fáze
Protoonkogen Her-2/neu (erbB2) Human epidermal growth factor receptor-2
• kóduje receptor pro epidermální růstový faktor s tyrosinkinázovou aktivitou • amplifikace Her-2/neu Prognostický a diagnostický marker u karcinomů prsu i dalších nádorů (např. nádory močového měchýře) Rodina protoonkogenů myc (virus myeloblastózy kuřat) • N-myc – neuroblastom • L-myc – malobuněčné karcinomy plic • regulace buněčného cyklu - geny časné odpovědi • aktivace např. růstovými faktory nebo amplifikace genu
1
1.12.2009
Výskyt nádorových onemocnění v populaci / v rodině
Protoonkogeny
Protoonkogen K-ras •
produkt je protein, který váţe nukleotid nesoucí guanin
•
asociace s receptorem, který se váţe s různými růstovými faktory
•
po aktivaci receptoru je uvolněn GDP vázaný ke K-ras a naváţe se GTP
•
GTP aktivuje K-ras, ten předá signál fosforylací Raf – první v kaskádě MAP-kináz
•
Tato signální dráha vede v jádře k aktivaci transkripčních faktorů nebo genů časné odpovědi jako např. c-myc
• Výskyt sporadický • mutace v somatických buňkách • výskyt v rodokmenu odpovídá frekvenci onemocnění v populaci
• mutace zárodečná (recesivní) (APC, BRCA1, BRCA2, WT, Rb1) • 2. mutace postnatální (somatická, recesivní)
K-ras se normálně inaktivuje hydrolýzou GTP na GDP Některé mutace v K-ras znemoţní inaktivaci nebo vedou k aktivitě K-ras bez vazby k GTP
Tumor-supresorové geny MUTACE V TUMOR-SUPRESOROVÝCH GENECH - RECESIVNÍ CHARAKTER JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA AUTOSOMÁLNĚ DOMINATNÍ TYP DĚDIČNOSTI DĚDÍ SE DISPOSICE • Sporadický výskyt nádorového onemocnění: dvě somatické mutace, výskyt odpovídá frekvenci onemocnění v populaci • Familiární výskyt: 1. mutace zárodečná, 2. somatická • predisposice, časný vznik nádorů, multifokální nedo bilaterální výskyt, více členů rodiny má stejný typ nádoru • Hypotéza dvou zásahů (Knudson) • Ztráta vrozené heterozygozyty (LOH) – vazebná analýza • například gen pro esterázu D (marker) je ve vazbě s genem Rb1
Tumor-supresorové geny – příčiny ztráty funkce
• Familiární výskyt (5-10%) děděná predisposice • časnější vznik nádoru, multifokální / bilaterální výskyt, více členů v rodokmenu postiženo shodným typem nádoru • Mendelovský typ dědičnosti – dědičnost AD
Tumor-supresorové geny – vybrané příklady Mechanismus působení
Lokalizace nádoru
Gen
Chromosom
oči (retinoblastom), kosti, prsa, plíce, močový měchýř, prostata
Rb
13q14
Regulace buněčného cyklu
ledviny a další orgány (WAGR syndrom)
WT1/WT2
11p13
Regulace buněčného cyklu
různé typy nádorů (cca 50% všech mutace TP53)
TP53
17p13
Pozastavení cyklu v G1 fázi, transkripční faktor
tlusté střevo (familiární adenomatózní polypóza, sporadické kolorektální karcinomy) a nádory dalších orgánů
APC
5q21
Regulace hladiny beta kateninu (složka cytoskeletu), buněčné proliferace a adheze
prsa, ovaria, prostata, larynx, zažívací trakt, pankreas
BRCA1 BRCA2
17p21 13q12-q13
Chybný repair dvouvláknových zlomů DNA
Tumor-supresorové geny –příklad Rb1 (nejčastěji mikrodelece)
• Delece – mohou postihnout různé části genu • Mitotická nondisjunkce • Mitotická rekombinace • Uniparentální disomie (oba chromosomy jsou původem od jednoho z rodičů) • Bodová mutace • Inaktivace produktu (vyvázání virovým antigenem)
MUTACE V SUPRESOROVÝCH GENECH MAJÍ RECESIVNÍ CHARAKTER JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŢE BÝT ZDĚDĚNA Hypotéza dvou zásahů (Knudson)
2
1.12.2009
Vazebná analýza: marker gen (alela 1 a 2) a gen BRCA1
TUMOR-SUPRESOROVÝ GEN Rb
Výsledek elektroforézy; u matky opakovaně diagnostikován a odoperován nádor prsu (30 a 45 let) u dcery nádor prsu diagnostikován ve 28 letech Stanovení, zda jde o sporadický nebo familiární výskyt nádoru prsu - marker gen v těsné vazbě s genem BRCA1
Matka
Alely
Otec
Dcera
Rb gen reguluje buněčnou proliferaci
nádor prsu dcery
• produkt – jaderný protein p105 • fosforylovaná / defosforylovaná forma
1
Delece, mitotická BRCA1+ nondisjunkce ...
BRCA1+/+
• defosforylovaná forma Rb proteinu se váţe k transkripčnímu faktoru E2F
-
2
BRCA1+ BRCA1-
BRCA1-
• inaktivace E2F ovlivní expresi polymerázy alfa a PCNA, který interaguje s polymerázou delta blokáda přechodu z G1 do S fáze
BRCA1+
• fosforylovaný Rb je neaktivní, komplex E2F - Rb se oddělí a uvolní E2F
BRCA1-, např. substituce
• nastane přechod z G1 do S fáze
Vyšetřené buňky matky, otce a dcery: fibroblasty nebo leukocyty Ztráta heterozygosity (LOH) v buňkách nádoru prsu
Tumor-supresorové geny – vybrané příklady: RB1
Tumor-supresorové geny – příčiny ztráty funkce Hybridizace (Southern blot) s DNA normálních jedinců a s DNA pacientů s jednostranným nebo oboustranným retinoblastomem
Retinoblastom – nádor očí Většinou výskyt u dětí
Velikost fragmentů (kb)
Výskyt sporadický – unilaterální, 60% pacientů
tumor
pacient sunilaterálním retinoblastomem
fibroblasty
tumor
fibroblasty
9.8 7.5
fibroblasty
• • •
5.3 restrikční mapa: velikost a pořadí HindIII restrikčních fragmentů v Rb1 genu
5,3
9,8
FIBROBLASTY
• • •
6,2
RETINOBLASTOM Somatická mutace 9,8
6,2
Germline mutace
7,5
5,3
9,8
6,2
Tumor-supresorový gen WT1 •
6.2
5,3
tumor
5,3
pacient s bilaterálním retinoblastomem
7,5
fibroblasty
6,2
Restrikční mapa
7,5
tumor
7,5
Mutace v obou genech jsou nezbytné pro manifestaci nádorové choroby
normální fibroblasty
pacient s unilaterálním retinoblastomem
pacient s bilaterálním retinoblastomem
9,8
Familiární výskyt – 40% pacientů zárodečná mutace, bilaterální onemocnění
fragment (kb)
normální fibroblasty
•
WT1 kóduje zink-finger protein - transkripční aktivátor nebo represor (podle buněčného kontextu) –EGR1, PDGFA, CSF-1, TGF-ß, Pax2 … Formace genitourinárního systému a mesenchymálních tkání Ztráta funkce genu WT komplex neoplasií, které vznikají jiţ během embryonálního vývoje, velká histologická variabilita Wilmsův tumor (1 : 10 000), WAGR (Wilms tumor – aniridia – genitourinary anomalies – mental retardation) Wilmsův tumor sporadicky - 95% případů Familiární autosomálně dominantní onemocnění dětí - 5% případů S hereditární formou jsou asociované nejméně dva lokusy na chromosomu 11p – 11p13 (WT1) a 11p15 (WT2) Ztráta funkce genu rychlý vývoj tubulů ledvin, v ledvinách dítětě pak zůstávají shluky buněk, které se dělí stejně rychle jako během embryogeneze a z nich vzniká neoplasie
6,2
6,2
Dvě odlišné somatické mutace 7,5
7,5
5,3
5,3
9,8
9,8
6,2
6,2
7,5
5,3
7,5
3
1.12.2009
Tumor-supresorový gen WT1
Genomický imprinting • Imprinting u Wilmsova tumoru – maternální chromosom • Iniciální mutace je na chromosomu paternálním
Tumor-supresorový gen TP53 • regulace průběhu interfáze • „stráţce genomu“– kontrolní bod mezi G1/S (velký repair), S/G2 (post-replikační kontrolní bod) • protein p53 – transkripční faktor mnoha genů • pozastavení buněčného cyklu • vyvolání a koordinace apoptózy • mutovaný TP53 u více neţ 50% lidských nádorů (jak sporadických, tak familiárních) • bodové mutace v kritických oblastech genu
Tumor-supresorový gen TP53
Tumor-supresorový gen TP53
TRANSKRIPČNÍ FAKTOR • bodové mutace v kritických oblastech genu (toxiny, záření, viry)
• mutace nalezeny jak u sporadických tak familiárních nádorových onemocnění
Tumor-supresorový gen APC (adenomatous polyposis coli) • nádory tlustého střeva, kdy maligní transformaci předchází stadium adenomatosní polyposy (FAP) • sporadický výskyt nebo dominantně děděné onemocnění • 1 / 5000 – 7000 lidí má prekancerosní polypy • FAP začíná v časném mládí, během let nádor tlustého střeva • několikastupňový proces, na kterém se účastní několik genů • tumor-supresorový gen APC – chromosom 5q21
V buňkách s mutovaným genem TP53 se akumuluje vyšší počet mutací v dalších genech, mutace nejsou reparovány, v průběhu doby můţe nastat maligní transformace buňky.
Mutace v APC startují vznik nádoru tlustého střeva Např. bodová mutace záměna tyminu za adenin vede k posunu čtecího rámečku a k následnému zkrácení proteinu, coţ destabilizuje replikační enzymy Mutace v genu APC narušují integritu cytoskeletu a adhesi epiteliálních buněk Mutace narušuje vazbu aktinu a beta-kateninu a tím porušuje buněčnou adhezi Mutovaný APC ve spojení s dalšími proteiny zvyšuje migraci buněk, vyvolává navýšení mitotické aktivity (zvýšení hladiny betakateninu a následně zvýšená transkripce onkogenu c-myc) a neschopnost zániku buněk apoptózou
4
1.12.2009
Tumor-supresorový gen APC
FAP – geny asociované s progresí onemocnění • • • • • •
APC (5q21) - hyperplastický střevní epitel Hypometylace DNA – časné adenomy Mutace onkogenu K-ras (12p) –střední adenomatozní stadium DCC gen (18q) – pozdní stadium polypů Gen TP53 (17p) - karcinom Další změny - metastázování
Tumor-supresorový gen APC
Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2 Při familiárním výskytu nádoru prsu nebo prsu a ovarií jsou v současné době v genetickém poradenství vyuţívány dva tumor-supresorové geny BRCA1 (breast cancer 1) a BRCA2 (breast cancer 2)
• Produkty obou genů BRCA tvoří komplexy s produkty dalších genů a podílejí se tak na regulaci průběhu buněčného cyklu a při repairu DNA • Děděná mutace BRCA1 se vyskytuje v rodinách s familiárním výskytem nádoru prsu, ovarií anebo prsu a ovarií • Zárodečná mutace genu BRCA2 je asociována s výskytem nádoru prsu ţen i muţů, se vznikem nádoru prostaty, pankreatu a s Fanconiho anemií Mimo těchto dvou klíčových tumor-supresorových genů se na maligní transformaci podílejí mutace v dalších genech (polygenní model nádorového onemocnění): • tumor-supresorový gen TP53 • tumor-supresorový gen PTEN (phosphatase and tensin homolog on chromosome ten) kódující protein s fosfatázovou aktivitou - gen PTEN je mutovaný v pokročilých stadiích mnoha typů nádorů • protoonkogen H-ras1 • gen RAD51 Spolu s genotypem (genotyp se týká sekvence genů) se na maligní transformaci podílí i epigenotyp buňky (imprinting)
Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2
Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2
• Gen BRCA1 (17q21) reguluje buněčný cyklus, inhibuje růst buněk mléčných ţláz • Protein se uplatňuje při reparaci poškozené DNA, interaguje s produktem genu RAD51 (15q15.1) – oprava zlomů v DNA (zlomy indukované zářením nebo při výměně genetického materiálu mezi chromosomy při meióze) • Gen BRCA2 (13q12.3) – obdobná funkce jako gen BRCA1, i kdyţ oba geny jsou svou strukturou odlišné, téţ interakce s genem RAD51 • Protein BRCA2 transportuje protein RAD51 do místa poškození DNA • Gen RAD51 kóduje protein nezbytný pro opravu poškozené DNA • Mutace BRCA1 / BRCA2 genů– nefunkční, velmi krátký, protein • Mutace v genu RAD51
5
1.12.2009
Sporadický a familiární výskyt nádoru prsu - ţeny Kumulativní riziko (%) - ženy
Familiární výskyt nádoru prsu
Genetická dispozice (familiární)
100
I.
Populace (sporadický výskyt)
Br + 50
+ 70
80 II.
60
L + 55
40
+ 65
Br Br
III. Br 50
Br + 35
Br 42
45
20
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Věk
1
I
Familiární výskyt nádoru prsu a ovárií – str. 144 (rodokmenová studie)
2 Ov
1
J B AC LG 3
2
GH EF EG 4
5
6
II Ov 44 JG AE LE 1
2
70 BH CF GG
FH BD K F 3
4
DH BC GH 5
75 FF EE K I
JH AF LG 6
7
8
• • • • •
9
III 43
47
FG BE KE
HG DE FE
50 FG BE KE
BH CC GH
BH CC GH
HF FE GK
Br 42 Br 39 Ov 46 Ov 50 J F J F AE AE LK LK 1
IV
2
FF EE FK 3
Celoţivotní riziko dcera IV/2: 80% ( nosička mutace) dcera IV/3: populační, cca 10%
Br 31 J F AE LK
30 J F AE LF
Mutátorové geny (geny mismatch repairu) • • • •
28 FF EE KF
hMSH2, hMLH1, hPMS1, hPMS2, hMSH6, hMSH3 Kontrola stability buněčného genomu Opravy chybného párování bazí (při replikaci) Mutace MMR genů se ve fenotypu projevují nestabilitou délky mikrosatelitních lokusů (př. CAn) Mutace MMR zvyšují frekvenci mutací v genomu 100 –1000x Mutace MMR mají recesivní charakter AD dědičnost nádorového onemocnění Lynchův syndrom I –nádory tlustého střeva a rekta Lynchův syndrom II - kolorektální karcinomy, a u 30% pacientů nádory endometria, žaludku, slinivky, močového traktu
MMR geny rozpoznají původní vlákno DNA, které má methylované některé báze – oprava na novém vláknu
Prevence Zdravá hmotnost Zdravá strava (vláknina, tepelná úprava) Rodinná anamnéza - rodinný výskyt nádorů stejného typu Rizikové návyky Fyzikální vyšetření - preventivní prohlídky (névy, krční a nadklíčkové uzliny, štítná žláza, břicho, zevní genitálie, anální oblast atd. Punkční cytologie
6
