Nádorová onemocnění NÁDORY BENIGNÍ

Nádorová onemocnění NÁDORY BENIGNÍ •

rostou v původním ložisku, zachovávají charakter tkáně, ze které vznikly

NÁDORY MALIGNÍ •

invazivní růst, poškozují strukturu a funkci tkáně, indukují vlastní angiogenezu, metastazují

Maligní nádory - zvýšená proliferační aktivita, nereaguje na fyziologické regulační podněty -

invazivně prorůstá do okolní tkáně, indukuje vlastní angiogenezu (krevní zásobení), metastazuje

MALIGNÍ PROCES – VÍCESTUPŇOVÝ

- několik na sobě nezávislých změn v genomu jedné buňky premaligní stadium / maligní stadium - mutace v protoonkogenech, tumor-supresorových genech, mutátorových genech

Maligní nádorová onemocnění FAKTORY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ

•

Chemické látky – polycyklické a aromatické uhlovodíky, nitrosaminy, těžké 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

EPIGENETICKÉ FAKTORY •

genomický imprinting - souvislost s metylací bazí genů

Epidemiologie nádorových onemocnění • 10 milionů nových onemocnění ročně • S prodlužováním lidského věku výskyt nádorových onemocnění narůstá • V České republice – druhé nejčastější onemocnění po kardiovaskulárních chorobách (výskyt i úmrtnost) • Nejzávažnější nádorové choroby v naší populaci: bronchogenní karcinom karcinom prsu karcinomy tlustého střeva karcinomy rekta karcinomy žaludku • 40% všech vznikajících onemocnění jsou nádory, 60% všech úmrtí je na nádorové onemocnění

Výskyt nádorových onemocnění – závislost na věku • Pravděpodobnost onemocnění nádorem ve věku 75 let – 100x vyšší než v dětském věku • Pravděpodobnost úmrtí na nádorové onemocnění  od dětství do stáří – zvýšení více než 200x • Muži i ženy – obdobná pravděpodobnost výskytu maligního nádoru • Vyšší úmrtnost mužů  častější výskyt bronchogenního karcinomu - vyšší úmrtnost než na nejčastěji se vyskytující karcinom prsu u žen

Pravděpodobnost vzniku nádoru a úmrtí podle věku Vysoký nárůst různých nádorových onemocnění u stárnoucích osob: a) zvýšeným výskytem a kumulací mutací v somatických buňkách b) snížením funkce imunitního systému – imunosenescence Po osmdesátém roce stagnace výskytu s výjimkou nádoru prostaty

Věk a biologie nádorového onemocnění Dlouhodobé působení kancerogenů ze životního prostředí Kumulativní účinek kancerogenních faktorů Kumulativní účinek endogenních procesů Důsledek → tvorba aduktů DNA, hypometylace DNA, genetická nestabilita DNA Adukty DNA vznikají působením elektrofilních organických látek, které vstupují do organismu z prostředí nebo vznikají in vivo jako reaktivní metabolické intermediáty → alkylují dusíkaté base nukleotidů – ty pak nejsou schopny správného párování s příslušnými komplementárními basemi → vznik mutací

Biologické chování některých nádorů se mění s věkem Zhoršující se prognóza s postupujícím věkem např. : •akutní myeloidní leukemie (zvýšená resistence k terapii – vyšší exprese genu MDR-1), •lymfom non-Hodginova typu (výšená koncentrace sérového IL-6) •epitelové nádory vaječníků Pomalejší vývoj nádoru: karcinom prsu u diferencovaných karcinomů bohatých na hormonální receptory

Vznik, růst a šíření nádoru Buňka neodpovídá na fyziologické regulační podněty Klonální proliferace, invazivní růst, metastazování Doba od vzniku první nádorové buňky do vzniku klinicky prokazatelného nádoru bývá dlouhá – měsíce, roky Vývoj od primárního ložiska do diseminovaného maligního procesu – týdny, maximálně několik měsíců 1012

Generalizace

109 106 103 1

Klinická detekce Subklinický růst

měsíce

Kancerogenní faktory • fyzikální: ionizující záření (gama, rtg, částice) - 82% ionizujícího záření – přírodní zdroje: radon, kosmické záření a záření z půdního podloží, záření uvnitř organismu vznikající při metabolických procesech - člověkem tvořené záření – rtg přístroje, isotopy v lékařské diagnostice, minimální dopad - radiační spad (0.3%), recyklace jaderného odpadu (0.1%) • chemické: polycyklické aromatické uhlovodíky, nitrosaminy a aromatické aminy, chlorované uhlovodíky, mykotoxiny, těžké kovy (kadmium, chrom, nikl, arsen, rtuť) chemické kancerogeny - významný podíl přirozených chemických kancerogenů z metabolických procesů (nitrosoaminy, nitrosoamidy), kouření, nevhodná skladba a příprava stravy -ze znečištěného životního prostředí – menší než z metabolitů • virové: RNA a DNA transformující viry • spontánní mutace: frekvence spontánních mutací nízká, ale stálá, nezávislá na změnách vnějšího prostředí - reparační mechanismy - schopnost reparovat mutace s věkem klesá – vzrůstající výskyt nádorů ve stáří - vrozená neschopnost reparovat mutace

Protoonkogeny PROTOONKOGENY – geny se skrytým onkogenním potenciálem • REGULACE BUNĚČNÉHO MNOŽENÍ NA VŠECH ÚROVNÍCH SIGNÁLNÍCH DRAH • většinou somatické mutace – dominantní charakter MUTACE • bodové – substituce, delece, adice • chromosomální přestavby – translokace, amplifikace

• inserce virového genomu

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, cykliny, cdk → stimulují přechod z G1 do S fáze

Protoonkogeny – příklad G-protein ras Protoonkogen ras •Produkt je protein, který váže nukleotid nesoucí guanin (GDP/GTP) •Vazba s aktivovanými membránovými receptory (mnoha různých růstových faktorů) v cytosolu •Po aktivaci receptoru je uvolněn GDP vázaný k ras proteinu a naváže se GTP •GTP aktivuje protein ras, ten předá signál fosforylací první v kaskádě MAP-kináz

•Tato signální dráha vede v jádře k aktivaci transkripčních faktorů nebo genů časné odpovědi jako např. myc Protein ras se normálně inaktivuje hydrolýzou GTP na GDP Některé mutace v genu ras znemožní inaktivaci nebo vedou k aktivitě proteinu ras bez vazby k GTP

Protoonkogeny Neaktivní receptor s tyrosinkinasovou aktivitou

Ras/GDP

Neaktivní Raf-kinasa

GDP

Aktivní receptor s tyrosinkinasovou aktivitou buněčná membrána Ras /GTP Aktivní Raf-kinasa

GTP ATP ADP

MAP-kinasa 2

Fosforylace

P

Src-proteinkinasa

P

proteinkinasa C

P

proteinkinasa A

ATP ADP

MAP-kinasa 3

jaderná membrána

Regulace transkripce genů:

cyklin D1, jun,c- myc, fos a dalších

Výskyt nádorových onemocnění v populaci / v rodině • Výskyt sporadický • mutace v somatických buňkách • výskyt v rodokmenu odpovídá frekvenci onemocnění v populaci

• Hereditární výskyt (5-10%) – • děděná predisposice • časnější vznik nádoru, multifokální / bilaterální výskyt, více členů v rodokmenu postiženo shodným typem nádoru • Mendelovský typ dědičnosti – (50% pravděpodobnost) • 1. mutace zárodečná (recesivní) (marker-geny: APC, BRCA1, BRCA2, WT, Rb1) • 2. mutace postnatální (somatická, recesivní)

Tumor-supresorové geny MUTACE V TUMOR-SUPRESOROVÝCH GENECH - RECESIVNÍ CHARAKTER JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA s 50% pravděpodobností (AUTOSOMÁLNĚ DOMINATNÍ TYP DĚDIČNOSTI)

DĚDÍ SE DISPOSICE • Sporadický výskyt nádorového onemocnění: dvě somatické mutace, výskyt odpovídá frekvenci onemocnění v populaci • Hereditární výskyt: 1. mutace zárodečná, 2. somatická • predisposice, časný vznik nádorů, multifokální nebo bilaterální výskyt, více členů rodiny má stejný typ nádoru

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/WT 2

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 – příčiny ztráty funkce • Delece – mohou postihnout různé části genu • Mitotická nondisjunkce • Mitotická rekombinace

• Uniparentální disomie (oba chromosomy jsou původem od jednoho z rodičů) • Bodová mutace • Inaktivace produktu (např. vyvázání virovým antigenem)

Tumor-supresorové geny –příklad Rb1 (nejčastěji mikrodelece)

MUTACE V SUPRESOROVÝCH GENECH MAJÍ RECESIVNÍ CHARAKTER JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA

TUMOR-SUPRESOROVÝ GEN Rb Rb gen reguluje buněčnou proliferaci • Produkt – jaderný protein p105 • Fosforylovaná / defosforylovaná forma • Defosforylovaná forma Rb proteinu se váže k transkripčnímu faktoru E2F • Inaktivace E2F ovlivní expresi DNA-polymerázy alfa a PCNA, který interaguje s DNA-polymerázou delta blokáda přechodu z G1 do S fáze • Fosforylovaný Rb je neaktivní, komplex E2F - Rb se oddělí a uvolní E2F  nastane přechod z G1 do S fáze

Tumor-supresorové geny – vybrané příklady: RB1 Retinoblastom – nádor očí Většinou výskyt u dětí Výskyt sporadický – unilaterální, 60% pacientů Hereditární výskyt – 40% pacientů zárodečná mutace, bilaterální onemocnění Mutace v obou genech jsou nezbytné pro iniciaci a manifestaci nádoru

Tumor-supresorový gen WT1 a WT2 (chromosom 11) • • • • • • •

WT1 kóduje zink-finger protein - transkripční aktivátor nebo represor mnoha genů (EGR1, PDGFA, CSF-1, TGF-ß, Pax2 …) Formace genitourinárního systému a mesenchymálních tkání Ztráta funkce genu WT  nádory vznikají již během embryonálního vývoje Wilmsův tumor (1 : 10 000), komplex nádorů (Wilmsův tumor – aniridia – genitourinární anomálie – mentální retardace) Wilmsův tumor sporadicky – 95 % případů Hereditární onemocnění dětí - 5% případů Ztráta funkce genu  rychlý vývoj tubulů ledvin, v ledvinách dítěte zůstávají shluky buněk, které se dělí stejně rychle jako během embryogeneze  vznik nádoru

Tumor-supresorový gen TP53 • Regulace průběhu interfáze • Protein p53  transkripční faktor mnoha genů • Kontrolní bod mezi G1/S (velký repair), S/G2 (post-replikační kontrolní bod) • Pozastavení buněčného cyklu; koordinace apoptózy • Mutovaný TP53 u více než 50% lidských nádorů (jak sporadických, tak hereditárních); bodové mutace v kritických oblastech genu

Tumor-supresorový gen TP53

Poškození DNA → exprese genu TP53 • p53 se váže k místu poškození • tetramer p53 působí jako transkripční faktor • aktivuje geny brzdící replikaci (produkt p21 inhibuje cdk); • při nemožnosti reparace mutací → zahájení apoptózy

V buňkách s mutovaným genem TP53 se akumuluje vyšší počet mutací v dalších genech, mutace nejsou reparovány, v průběhu doby může nastat maligní transformace buňky

Tumor-supresorový gen APC (adenomatous polyposis coli) • Nádory tlustého střeva, kdy maligní transformaci předchází stadium adenomatosní polyposy (FAP) • Sporadický výskyt nebo děděná dispozice onemocnění • 1 / 5000 – 7000 lidí; 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 Mutace v APC startují vznik nádoru tlustého střeva – marker gen Např. bodová mutace záměna tyminu za adenin vede k posunu čtecího rámečku a ke zkrácení proteinu, to destabilizuje replikační enzymy Mutace v genu APC narušují integritu cytoskeletu a adhesi epiteliálních buněk Mutovaný APC + další proteiny zvyšují migraci buněk, navyšují mitotickou aktivitu a neschopnost zániku buněk apoptózou

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-supresorové geny BRCA1, BRCA2 Při hereditárnímárním výskytu nádoru prsu nebo prsu a ovarií jsou v genetickém poradenství využívány dva tumor-supresorové geny BRCA1 (breast cancer 1) a BRCA2 (breast cancer 2) • Produkty obou genů BRCA tvoří komplexy s produkty dalších genů (polygenní model nádorového onemocnění) • Podíl na regulaci průběhu buněčného cyklu a při repairu DNA

• Děděná mutace BRCA1 v rodinách s hereditárním výskytem nádoru prsu, ovarií anebo prsu a ovarií žen • Zárodečná mutace genu BRCA2 je asociována s výskytem nádoru prsu žen i mužů nádoru prostaty, pankreatu a s Fanconiho anemií

Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2 • Gen BRCA1 (17q21) inhibuje růst buněk mléčných žláz (reguluje buněčný cyklus) • Uplatňuje se při reparaci poškozené DNA, interakce s produktem genu RAD51 (15q15.1) • Oprava zlomů v DNA (zlomy po záření nebo výměně genetického materiálu při meióze) • Gen BRCA2 (13q12.3) – obdobná funkce jako gen BRCA1 → 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

Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2

Sporadický a hereditární výskyt nádoru prsu - ženy Kumulativní riziko (%) - ženy

Dispozice (hereditární)

100 Populace (sporadický výskyt) 80

60

40

20

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

Věk

Hereditární výskyt nádoru prsu I. Br + 50

+ 70

II. L + 55

+ 65

Br Br

III. Br 50

Br + 35

Br 42

45

Celoživotní riziko vzniku nádoru prsu u žen v naší populaci Hereditární: 80% (jedna mutovaná alela zděděna) Populační (sporadický výskyt): cca 10%

Mutátorové geny (geny mismatch repairu) • • • • • • • •

hMSH2, hMLH1, hPMS1, hPMS2, hMSH6, hMSH3 Kontrola stability buněčného genomu Opravy chybného párování basí (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 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, (má metylované některé báze) Oprava na novém vláknu

Diagnostika a prevence nádorových onemocnění Osobní anamnéza –rizikové faktory • Vrozené malformace (např. Downův syndrom) • Poruchy imunity, dlouhodobá imunosupresivní léčba (leukemie, lymfomy) • Chronická nenádorová onemocnění (ulcerózní kolitida, polycystóza ledvin, chronická hepatitida B …) • Dlouhodobé podávání některých léků – např. estrogenů, steroidních anabolik, imunosupresiv … • Rodinná anamnéza - rodinný výskyt nádorů stejného typu • • • • •

kouření alkohol skladba stravy, příjem tekutin, stolice profesionální exposice kancerogenům gynekologická anamnéza u žen – riziko karcinomu prsu, endometria, ovarií

Léčba nádorových onemocnění • chirurgická léčba – nejčastější základní přístup při léčbě solidních nádorů - uzlinových metastáz - léčba není systémová • radioterapie -určována citlivostí, velikostí a lokalizací nádoru -zevní záření / brachyterapie (zavedení zářiče přímo do nádorového ložiska) -celotělové ozáření – u pacientů s hematologickými malignitami (paliativní účel nebo imunosuprese před transplantací) -léčba není systémová • hormonální léčba -nádorové buňky neničí, zastavuje jen proliferaci -dlouhodobá -závislá na přítomnosti hormonálních receptorů (nádory prsu, endometria, prostaty) -u hematologických malignit kortikosteroidy -složitost vzájemných vztahů – nežádoucí účinky

Léčba nádorových onemocnění Cytostatika Hormonální léčba -nádorové buňky neničí, zastavuje jen proliferaci -dlouhodobá -závislá na přítomnosti hormonálních receptorů (nádory prsu, endometria, prostaty) -u hematologických malignit kortikosteroidy -složitost vzájemných vztahů – nežádoucí účinky Imunoterapie

Imunitní systém a nádorová onemocnění Posílení imunitního systému jedince při léčbě nádorových onemocnění je jednou z podpůrných složek terapie Jedním z rozdílů fenotypu normálních a nádorových buněk je přítomnost membránových antigenů Změny 1) kvalitativní - vznik neoantigenů - specifických nádorových transplantačních antigenů (TSTA - pro tumor specifické transplantační antigeny) 2) kvantitativní změny v expresi antigenů vyskytujících se i v normálních buňkách – zvýšení exprese určitých antigenů, podmíněné například multiplikací příslušného genu - snížená exprese až úplná ztráta exprese antigenů (například antigenů I. nebo II. třídy MHC).

Imunoterapie Imunitní odpověď jedince má vliv při vzniku a progresi maligního procesu Imunitní systém jedince může v počátečním stadiu nádorového onemocnění rozpoznat a eliminovat transformované buňky V protinádorové imunitě se zejména uplatňuje imunita transplantačního typu zprostředkovaná T lymfocyty

Významá úloha cytokinů: interleukin IL-2, interferony, tumor nekrosis faktory (TNF alfa, TNF beta) NK buňky (přirození zabíječi) a LAK buňky - aktivita NK i LAK buněk není vázána na přítomnost molekul MHC Vybraná nádorová onemocnění - aplikace IL, interferonu alfa, beta