p16 - p21- p27- p53 - p63
Dako Szimpózium, 2010 december 3
Szentirmay Zoltán Országos Onkológiai Intézet Sebészi és Molekuláris Daganatpatológiai Centrum Budapest
A sejtciklus szabályozása
Ink4 CDKI család
Cyklin-Dependens Kináz (CDK, CDC) Inhibitorok
p15
p21
p16 p18
p27
p19
p14
p57
Cip/Kip CDKI család
A sejtciklus azon periódusa amikor még reagál a külső stimuláló vagy gátló ingerekre (GF-ok, TGF-β). A Restrikciós pontnál dől el, hogy a sejtciklus tovább folytatódik, vagy a sejt kilép a G0 fázisba.
A sejtciklus R-pont átmenet befolyásolása tumorokban
PI3K Wnt
PTEN Mitózis stimmulálás
Stimulálás Gátlás
TGF R-β
Mitózis stimmulálás
Akt/PKB APC
Tyrozin kináz receptor
Tyrozin kináz receptor
Smad 4 β-Catenin
RAS
NFКB
Skp2-Cul1
Myc
Akt/PKB RAF
E7
p15 Ink4A
p27Kip1
Id1 D1 Cyklinek D2 Bcr-Abl
Cyclin-D CDK4/6 Myc
p16 Ink4A
pRb R-pont átmenet
Cyclin-E CDK2
p21Cip1
p53
A sejtciklus szabályozása
Sejtciklus progresszió
G1 M
G1
Sejtciklus G2
S S
Extracelluláris szignál által befolyásolt program
p16
p16Ink4A
Autonom sejt program
p21- p27
p21- p27
D
CDK4/6
p16
p16
Extracelluláris szignálok erősen hatnak a D-típusú cyclinek szintjére. A többi cyclin pontosan szabályozza a további sejtciklus folyamatokat. Először a cyclin E – CDK2 komplex aktiválódik, majd minden sejtciklus fázist más-más Cyclin-CDK komplex szabályoz függetlenül a fiziológiás extracelluláris szignáltól. A négy Ink4 fehérje a korai és középső G1-fázisban hat és specifikusan gátolja a cyclin D – CDK4/6 kompexet, mert szorosan kötődik a CDK-hoz és elfordítja az ATP-kötő helyet, megszüntetve annak katalitikus aktivitását.
D
Ink4 p15, p18, p19
CDK4/6
Rb E2F
G1
Sejtciklus gátlás
S
G1 M
R pont Sejtciklus G2
S
p16ink4a • Cyclin-dependens kináz inhibitor 2A (CDKN2A). Tumor supressor. • Fontos szerepet játszik a sejtciklus szabályozásában, gátolja a CDK4/6 és cyclin-D komplex kialakulását. • A CDKN2A gén mutáció erősen hajlamosít különféle tumorok kialakulására: (a) familiaris melanoma, (b) pancreas adenoca., (c) nyelőcső ca., (d) gyomor ca. • Fokozott expressio: – – – –
HPV+ méhnyak rákmegelőző állapotokban Cervicalis adenocarcinomában HPV+ (?) szájüregi és gége laphámrákokban Gyomor adenocarcinomában
Cervix uteri, CIN 3
p16
Nyelv, basaloid laphám carcinoma (HPV+)
p16
p21cip1 • Cyclin-dependens kináz inhibitor 1A • Stimulálja a sejtciklust a CDK4/6 - cyclin-D komplexen keresztül • Gátolja a CDK2 - cyclin-E/cyclin-A komplexek kialakulását és ezzel meggátolja a sejtciklus átlépését S-fázisba. • A p53 mutáció meggátolja a p21 expressiot. • p21 mutációt mutattak ki MEN1 szindrómában. • p21 csökkent expressio fokozza a sejtosztódást a vastagbél nyálkahártyában és elősegíti a CrC kialakulását. • A HPV+ dysplasiás laphám bazalis-parabazális proliferáló zónájában nincs nuclearis p21, a magasabb hámréteg p21+
p27kip1 • Cyclin-dependens kináz inhibitor 1B enzim (Gén: CDKN1B) • Stimulálja a sejtciklust a CDK4/6-cyclin-D komplexen keresztül. • Gátolja a CDK2 - cyclin-E / cyclin-A komplexek kialakulását és ezzel meggátolja a sejtciklus átlépését S-fázisba. • MSS és MSI-H CrC-ben a p21 és p27 fehérje szintje különböző mértékben lecsökken. • A HNPCC-ben viszonylag sok a p21+ és p27+ tumor sejt. • A p27 expressio hiánya a II. stádiumú distalis vastagbél ca.-ban az alacsony differenciáltság és a rossz prognózis jele. • A HPV+ enyhe dysplasiás laphám bazális-parabazális proliferáló zónájában nincs nuclearis p21 festődés, a súlyos dysplasia bazális sejtsora p27+, ami microinvasiv ca-ban megszűnik.
Sejtciklus stimulálás D
CDK4/6
D
p21 – p27
Cyclin D1, carcinoma
CDK4/6
p21
p27
CDK lebontja
p21 D CDK4/6
P
p27 D CDK4/6
61éves ffi. Rectum, Ca. in polypo
P P
Rb
Rb E2F
p27kip1
E2F Sejtciklus progresszió
G1 M
G1 Sejtciklus
G2
S S
Mitogén stimulusra a D-CDK4/6 komplex mennyisége megnő, a p21 és p27 szintje lecsökken mert a CDK lebontja. A sejtciklus átlép az Rponton, a sejt osztódik. Dr. Péter Ilona szívességéből
Adenoma dysplasiával enyhe súlyos
p21 – p27
Sejtciklus gátlás Késői G1-fázis
E CDK2
Korai S-fázis
E CDK2
A CDK2
p21
E
CDK2 p21
p21
p27
E
A
CDK2
A CDK2
p27
p27
A
CDK2 p21
CDK2 p27
Rb E2F
p27kip1
G1
Sejtciklus gátlás
S
G1 M
R pont Sejtciklus G2
S
Nyugvó sejtekben a CDK inhibitor (p27) koncentrációja magas, a C-CDK komplex szintje alacsony. A sejt nyugvó fázisban van.
p21
35 éves ffi. HNPCC
p27
p27
p21
Cervix uteri. CIN 1
p27
p21
Cervix uteri. CIN 3
p27
Microinvasiv ca. Cervix uteri, CIN3
CIN3, p27
Microinvasiv ca., p27
p53 1. A szervezet p53 fehérje segítségével képes a rák kialakulását blokkolni. 2. A p53 fehérje a sejtciklus szabályozásán keresztül a sejteket nyugalomba tudja helyezni vagy apoptosisba küldeni, ha a sejt károsodik. 3. A p53 mint transcriptios faktor sejtciklus stopot okoz a p21Cip1 fehérje indukciójával, beindítva ezzel a DNS javítást vagy az apoptosis szignált. 4. A p53 fehérje lebontása nagyon gyors, de ez azonnal blokkolva van, ha a sejtet fiziológiás stressz vagy DNS károsodás éri. 5. A p53 funkció máris aktiválódik, ha a lebontás blokkolódik. 6. Emberi daganatokban a p53 mutáció aminosav cserével jár. A mutáns allélok által kódolt fehérje alegységek tetramer komplexet képeznek az ép fehérje alegységekkel és ezzel megakadályozzák az egész p53 fehérje normális funkcióját. 7. Az emberi genomban eddig több mint 120 olyan gént ismertek fel, amelyet a p53 szabályoz.
p53 indukció
Nucleotid hiány
UV/ ionizáló sugárzás
Hypoxia
p53
Onkogén szignál
Transzkripció blokk
Mdm2
p21 Mutáció gátolja a normál funkciót
Angiogenesis blokk
Apoptosis
Sejtciklus stop
Sejthalál, a károsodott sejtek eltávolítása
DNS javítás
Genetikai és sejt stabilitás
Visszakapcsolás a proliferációra
Sejt öregedés
Ovarium: Cystadenoca. mucinosum
p53
DNS károsodás
Mdm2
p53
p21
Sejtciklus stop p21
p53 1. p53 mutáció mutatható ki számos daganat (pl. húgyhólyag, emlő, tüdő colon) rákmegelőző állapotaiban. 2. p53 mutáció a vastagbélrák kialakulásakor az adenoma – carcinoma szekvenciában késői jelenség; colitis ulcerosa talaján kialakult rák esetén már a dysplasia korai fázisában kimutatható. 3. p53 mutáció különféle tumorokban a magasabb súlyossági fokozat (grading), illetve a várhatóan kedvezőtlen kórlefolyás jele. 4. Gyomorrákban a p53 negativitás ás p21 pozitivitás jó prognózisra utal. 5. Sugár- és kemoterápia hatásosabb p53 negativ tumorokban és kevésbé hatásos p53 pozitív tumorokban az apoptosis szignál kiesése miatt. 6. Sugárterápia után bizonyos ideig a nyugvó ép sejtek is p53 pozitívak a beindult DNS javítás miatt.
p53 fehérje
A p53 gén több mint 15000 mutáns allélját szekvenálták meg humán tumorokban. A mutációk döntő többsége pontmutáció és 95.1% a DNS kötő domainban található. (Vousden K H and Lu X: Nat. Rev. Cancer, 2:594-604, 2002)
Mutáns p53 fehérje expressio 347 malignus tumorban Saját adat Tumor csoportok
p53 Mutáns/Összes
%
Kissejtes tüdőrák
14/15
90
Laphámrák
Szájüreg & nyelv Nyelőcső Adenocarcinoma Gyomor Colon & rectum nem-mucinosus Colon & recrum mucinosus
37/46 25/42 11/33 33/78 0/25
82 59 33 42 0
Pajzsmirigy ca.
Anaplastucus Papillaris
3/10 0/16
30 0
Lágyrész sarcoma Malignus perifériás idegtumor Egyéb sarcoma
22/67 2/15
33 13
Villosus adenoma dysplasiával
p53
p53
Rectum carcinoma radio-kemoterápia után Az egyébként labilis p53 fehérje post-translatios stabilizációja a nem daganatos sejtekben
OOI 791/09 MP 137/08
p53
p53
p63 1. Transcriptios faktor, 20 évvel a p53 felfedezése után ismerték fel. Strukturális hasonlóság alapján a p53 család tagja, belőle alakult ki a p53 és a p73. 2. Sejtciklusra gyakorolt hatását ugyanúgy a p21 fehérjén keresztül fejti, minta p53 és apoptosist indukál. 3. Veleszületett mutációja számos ectodermális defektust, kéz-láb rendellenességet, nyelv, szájpadlás és orofacialis hasadékot okoz; felnőttkori mutációja felelős az „acro-dermato-ungual-lacrimal-tooth” és sok egyéb szindrómáért. 4. Expressálódik a bőr és a nyálkahártyák többrétegű laphámjának proliferáló bazális sejtekben, az emlő és prostata mirigyek basalis sejtjeiben. 5. Expressálódik a női germinalis sejtekben a meiosis alatt.
Petefészek borderline mucinosus cystadenoma
p63
p16
p21
p27
A p63 diagnosztikus immunhisztokémiai alkalmazása 1. Differenciált prosztatarák elkülönítése benignus prosztata szövettől. 2. Emlő sclerotisalo adenosis, ductus papilloma, DCIS elkülönítése invasiv carcinomától. 3. Rosszul differenciált laphámrák elkülönítése kissejtes carcinomától, vagy rosszul differenciált adenocarcinomától.
Prostata carcinoma, p63
71 éves ffi. Prostata carcinoma, p63
Microinvasiv
p63 Invasiv
Emlő carcinoma
Dr. Udvarhelyi Nóra szívességéből
A nem-kissejtes tüdőrákok elkülönítése SCC
p63
ACA Dr. Szőke János szívességéből
TTF1
p16 – p21 – p27 – p53 – p63 A gén neve
p16ink4a p21cip1 p27kip1 p53 p63
Kromoszóma
A fehérje Gén Expressio Familiáris ca. funkciója inaktiváció tumorokban szindróma D-CDK4/6 CpG metiláció különféle Familiáris 9p21 inhibitor mutáció tumorok melanoma E-A-B-CDK különféle 6p21.2 mutáció MEN1 inhibitor tumorok E-A-B- CDK Skp2 aktiváció különféle MEN1 12p13 inhibitor mutáció tumorok Familiáris CLL transcriptios különféle 17p13.1 mutáció Li-Fraumeni faktor tumorok 3q27
transcriptios faktor
mutáció
laphám myoepit. tu
p63 szindrómák
Konklúziók • A p16, p21 és p26 egyaránt cyclin dependens kináz inhibitor és közvetlenül befolyásolja a sejtciklus működését. • A p53 és p63 transcriptios faktor és a p21 fehérjén keresztül leállítja a sejtciklust DNS javítás vagy apoptosis céljából. • Az p16, p21 és p27, illetve a p53 és p63 fehérjék funkciója sok tekintetben hasonló, ugyanakkor a sejtciklus különböző fázisára hatnak és kifejeződésük szabályozása eltérő lehet. • Az említett fehérjék ép szövetek más és más sejtjeiben fejeződhetnek ki. • A legtöbb emberi daganatban expressiojuk hiányozhat vagy lehet fokozott és ez prognosztikai és diagnosztikai információt hordoz. • Veleszületett vagy szerzett mutációjuk daganatok kialakulásához vezet. A p63 mutáció többféle, nem daganatos, de súlyos betegség szindrómát okoz, daganatkeltő hatásáról nem tudok.
A p16-p21-p27-p53-p63 fehérjék immunhisztokémiai kimutatásának leggyakoribb patológiai alkalmazása 1. A p16 megjelenik HPV+ rákmegelőző állapotokban és laphámrákokban. 2. p21 és p27 expressio vastagbélrák sejtekben MSI-H-ra utal. 3. p27 pozitivitás segít elkülöníteni dysplasiát invazív carcinomától a cervixben és a gastrointestinalis traktusban. 4. Monoklonális p53 fehérje expressio különféle tumorokban magasabb súlyossági fokozatra (grading) és kedvezőtlenebb kórlefolyásra utal. 5. p53 negatív tu. sugár- és kemoterápiára érzékenyebb a p53+ tu.-nál. 6. p53 pozitivitás ép sejtekben a régió előzetes sugárkezelésére utal. 7. p63 pozitivitás felhasználható nem daganatos prosztata vagy emlőmirigy illetve DCIS elkülönítésére invazív carcinomától. 8. p53 segít elkülöníteni rosszul differenciált laphámrákot rosszul differenciált adenocarcinomától.