Kαρκίνος. Ο όρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει τις κακοήθεις μορφές νεοπλασίαςπαθολογικής

Transcript

1 Kαρκίνος Ο όρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει τις κακοήθεις μορφές νεοπλασίαςπαθολογικής διαδικασίας που χαρακτηρίζεται από ανεξέλεγκτο κυτταρικό πολλαπλασιασμό και οδηγεί στο σχηματισμό κυτταρικής μάζας ή όγκου (νεόπλασμα)

2 Αποτέλεσμα μεταλλάξεων σε 1 ή περισσότερα γονίδια που ρυθμίζουν την κυτταρική αύξηση και τον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο Ογκογένεση

3 1. Σποραδικοί(sporadic) (οι περισσότεροι) μετάλλαξη σε 1 σωματικό κύτταρο. Και μόνο από τα λάθη κατά την αντιγραφή του DNA προκύπτουν χιλιάδες νέες μεταλλάξεις (γονιδιωματικές και χρωμοσωμικές) 2. Οικογενειακό ιστορικό(familial) μεγαλύτερη πιθανότητα από τον γενικό πληθυσμό(~10-15%) αλληλεπίδραση γονιδίων με χαμηλή διεισδυτικότητα, αλληλεπιδράσεις γονιδίων-περιβάλλοντος. 3. Κληρονομικοί (Hereditary)(5-10%). Η αρχική μετάλλαξη κληρονομήθηκε -μέσω της γαμετικής σειράς

4 Γονίδια των οποίων οι μεταλλάξεις οδηγούν σε Ca Ογκογονίδια Ογκοκατασταλτικά γονίδια

5 Πρωτο-ογκογονίδια Γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες του κυττάρου που επάγουν τη φυσιολογική κυτταρική αύξηση και διαίρεση / ελέγχουν το ρυθμό κυτταρικού πολλαπλασιασμού(γονιδίωμα ανθρώπου και ζώων).

6 Μεταλλαγμένα αλληλόμορφα πρωτοογκογονιδίων Ογκογονίδια Κωδικοποιούν πρωτεΐνες όπως: -που συμμετέχουν στα σηματοδοτικά μονοπάτια που ενεργοποιούν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό -μεταγραφικούς παράγοντες που ελέγχουν την έκφραση γονιδίων που προάγουν την αύξηση -αναστολείς του μηχανισμού του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου

7 Ογκογονίδια-ενίσχυση λειτουργίας (gain-offunction) Παραδείγματα HER-2/neu HER-2/neu επιφανειακός κυτταρικός υποδοχέας- προκαλεί κυτταρική διαίρεση. Ενίσχυση HER-2/neu - 30% σε Ca μαστού. RAS έλεγχος μεταγραφής και ρύθμιση κυτταρικής αύξησης και διαφοροποίησης. MYC Πρωτεΐνη Myc είναι μεταγραφικός παράγοντας και ελέγχει την έκφραση άλλων γονιδίων. htert htert κωδικοποιεί ένζυμο (τελομεράση) -άκρα των χρωμοσωμάτων.

8 Συνήθως οι μεταλλάξεις Ενίσχυσης λειτουργίας* (Gain of function) Επικρατείς *μετάλλαξη που σχετίζεται με αύξηση μιας ή περισσοτέρων φυσιολογικών λειτουργιών μιας πρωτεΐνης

9 Ογκοκατασταλτικά γονίδια - γονίδια φρουροί(gatekeepers) Eλέγχουν την κυτταρική διαίρεση και επιβίωση. Ρυθμίζουν την κυτταρική αύξηση, δεν επιτρέπουν την ανάπτυξη όγκων ελέγχοντας τον κυτταρικό κύκλο (σημεία ελέγχου) ή επάγοντας τον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο Κωδικοποιούν για: -ρυθμιστές διαφόρων σημείων ελέγχου του κυτταρικού κύκλου -Διαμεσολαβητές του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου Μεταλλάξεις που οδηγούν σε απώλεια λειτουργίας οδηγούν σε ανεξέλεγκτη αύξηση του αριθμού των κυττάρων

10 Ογκοκατασταλτικά γονίδια -κυτταρικής φροντίδας (caretakers) Προστατεύουν την ακεραιότητα του γονιδιώματος Κωδικοποιούν για: -πρωτεΐνες υπεύθυνες για την ανίχνευση και επιδιόρθωση μεταλλάξεων -πρωτεΐνες που συμμετέχουν στο φυσιολογικό διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων κατά τη μίτωση -συστατικά στοιχεία του μηχανισμού προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου Μεταλλάξεις απώλειας λειτουργίας (lossof-function) Απώλεια λειτουργίας τους επιτρέπει τη συσσώρευση μεταλλάξεων σε ογκογονίδια και ογκοκατασταλτικά γονίδια- φρουρούς

11

12 Δημιουργία όγκου Πολλοί διαφορετικοί τύποι γενετικών αλλοιώσεων Μεταλλάξεις που οδηγούν σε ενεργοποίηση ή απώλεια λειτουργίας (γονιδιακή ενίσχυση, σημειακές μεταλλάξεις, μεταλλάξεις στον υποκινητή που μετατρέπουν αλληλόμορφο πρωτο-ογκογονιδίου σε ογκογονίδιο κ.λ.π. Χρωμοσωμικές δομικές (μεταθέσεις, ελλείμματα, ενθέσεις) και αριθμητικές ανωμαλίες (ανευπλοειδία) που οδηγούν σε διαταραχή της έκφρασης γονιδίων ή στη δημιουργία χιμαιρικών γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες με νέες ιδιότητες. Μεταλλάξεις που οδηγούν σε απώλεια λειτουργίας και των δύο αλληλομόρφων ογκοκατασταλτικού γονιδίου ή αρνητικώς επικρατή μετάλλαξη του ενός αλληλομόρφου.

13 Ενεργοποίηση ογκογονιδίου σε κληρονομικό καρκινικό σύνδρομο- Πολλαπλή ενδοκρινική αδενωμάτωση τύπου 2 Αυτοσωματική επικρατής διαταραχή Υψηλή συχνότητα εμφάνισης μυελώδους καρκινώματος θυρεοειδούς (+/- φαιοκυτόχρωμα ή/και καλόηθες αδένωμα του παραθυρεοειδούς) ΜΕΝ2Β +ανάπτυξη καλοήθως όγκων στο νευρικό σύστημα Γονίδιο RET- σημειακές μεταλλάξεις

14 Χρωμοσωμικές ανακατατάξεις σε λευχαιμίες, λεμφώματα, σ.ο. Οι κυτταρογενετικές αυτές ανακατατάξεις συνδυάζονται με διαφορετικούς τύπους καρκίνου αντιπροσωπεύουν γενετικούς μηχανισμούς -ενεργοποίησης ογκογονιδίων (oncogenes) και -αδρανοποίησης ογκοπροστατευτικών (tumor suppressor genes) γονιδίων

15 Παθολογική ενεργοποίηση ογκογονιδίων Χρωμοσωμική ανακατάταξη (μετάθεση) - μπορεί να φέρει 2 γονίδια (ή εξόνια 2 γονιδίων) κοντά ->χιμαιρικά γονίδια ή μπορεί να οδηγήσει σε μειο- ή πλειο- ρύθμιση της έκφρασης ογκονιδίων ( μεταφορά σε περιοχή πολύ ενεργή μεταγραφικά). Ενίσχυση (ογκογονίδιο MYC) Σημειακή μετάλλαξη (π.χ.hras πρωτογκογονίδιο)-> μετάλλαξη p.gly12val->καρκίνος κύστης

16 1 Σε περιπτώσεις όπου τα σημεία θραύσης των μεταθέσεων βρίσκονται μέσα στα ιντρόνια των γονιδίων οδηγούν σε σύντηξη και δημιουργία «νέου» γονιδίου που κωδικοποιεί χιμαιρική πρωτεΐνη με νέες ογκογενετικές ιδιότητες Παράδειγμα ΧΜΛ-t(9;22)

17 Παράδειγμα- χιμαιρικό γονίδιοπρωτείνη Ph-ΧΜΛ t(9;22)(q34.1;q11.2) χρωμόσωμα Philadelphia (Ph)-ΧΜΛ

18 ΒCR-ABL Το πρωτο-ογκογονίδιο ΑΒL * (από τον ιό Abelson που προκαλεί λευχαιμία και φέρει παρόμοιο γονίδιο) μετατοπίζεται από το χρωμόσωμα 9 στο γονίδιο BCR -χρ.22q (breakpoint cluster region ) Το προϊόν του είναι μια κινάση τυροσίνης που συμμετέχει στο σύστημα σηματοδότησης που ελέγχει την κυτταρική αύξηση. Η ενεργότητα της κινάσης ελέγχεται πολύ πιθανόν από την περιοχή που κωδικοποιεί για το εξόνιο 1.

19 Η σύντηξη των αλληλουχιών ABL και BCR οδηγεί στη σύνθεση χιμαιρικής πρωτεΐνης, μιας με ισχυρότερη ενεργότητα κινάση της τυροσίνης που οδηγεί σε αυξημένο πολλαπλασιασμό και ελαττωμένη απόπτωση.

20

21 φαρμακο Αναστολέας της κινάσης BCR-ABL.

22 2. Η μετάθεση μπορεί όμως να ενεργοποιήσει ένα ογκογονίδιο μέσω της τοποθέτησής του υπό ισχυρό συνεχώς ενεργό υποκινητή που ανήκει σε άλλο γονίδιο. Παραδείγματα: t(8;14)-λέμφωμα Burkitt και μετάθεση που περιλαμβάνει το χρωμόσωμα 18 στο λέμφωμα των κυττάρων Β.

23 Παράδειγμα Υπερέκφραση - Λέμφωμα Burkitt Iσοζυγισμένη t(8;14)(q24;q32) Μεταφορά του ογκογονιδίου MYC από το χρ. 8q24 στην περιοχή του γονιδίου της βαριάς αλυσίδας των ανοσοσφαιρινών IGH στο χρωμόσωμα 14q32. Δεν δημιουργείται χιμαιρικό γονίδιο αλλά στα λεμφοκύτταρα το MYC υπερεκφράζεται.

24 Σύνδεση πρωτοογκογονιδίου MYC με ένα από τα γονίδια των ανοσοσφαιρινών. Πιθανότατα η μετάθεση έχει σαν αποτέλεσμα να βρεθούν ενισχυτές ή άλλα στοιχεία ενεργοποίησης της μεταγραφής που σχετίζονται με τα γονίδια των ανοσοσφαιρινών κοντά στη νέα θέση του MYC που οδηγεί σε ανεξέλεγκτη κυτταρική αύξηση. Πρωτείνη Myc: μεταγραφικός παράγοντας με ισχυρή επίδραση στην έκφραση σειράς γονιδίων που σχετίζονται με τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και την έκφρεαση του γονιδίου της τελομεράσης.

25 Ογκοκατασταλτικά γονίδια Άλλοι τύποι γονιδιακών ανακατατάξεων περιλαμβάνουν ογκοκατασταλτικά γονίδια των οποίων ο φυσιολογικός ρόλος είναι ο έλεγχος της κυτταρικής αύξησης και του πολλαπλασιασμού. Αδρανοποίηση ογκοκατασταλτικού γονιδίου οδηγεί στην απώλεια του ελέγχου της κυτταρικής αύξησης και του πολλαπλασιασμού και την μειορύθμιση της απόπτωσης.

26

27 Μηχανισμοί αδρανοποίησης Έλλειμμα του ογκοκατασταλτικού γονιδίου Μετάλλαξη που οδηγεί σε αδρανοποίηση όπως π.χ. del(13)(q14) στο ρετινοβλάστωμα, del(11)(p13) στον όγκο Wilms Επιγενετικές τροποποιήσεις (μεθυλίωση CpG νησίδων στις περιοχές των υποκινητών των ογκοκατασταλτικών γονιδίων

28 Έλλειμμα του ογκοκατασταλτικού γονιδίου

29 Μεταλλάξεις Απώλεια λειτουργίας και των δύο αλληλομόρφων Ετερογένεια: 1. γονίδια φρουροί ρυθμίζουν άμεσα την κυτταρική αύξηση (καταστέλλουν άμεσα τους όγκους ρυθμίζοντας τον κυτταρικό κύκλο ή αναστέλλοντας την αύξηση μέσω κυτταρικών αλληλεπιδράσεων). 2. Γονίδια κυτταρικής επιμέλειας συμμετέχουν στην επιδιόρθωση των βλαβών DNA Και τη διατήρηση της ακεραιότητας του γονιδιώματος (έμμεσα οδηγούν σε Ca επιτρέποντας δευτερογενώς τη συσσώρευση μεταλλάξεων σε πρωτο-ογκογονίδια ή άλλα ογκοκατασταλτικά γονίδια). υπολειπόμενες

30 Μετάλλαξη που οδηγεί σε Γεννητικές (germline) π.χ. RB1 σχετίζεται με κληρονομική προδιάθεση. Το φάσμα των προδιαθεσικών μεταλλάξεων περιλαμβάνει μεγάλα και μικρά ελλείμματα (~ 20% και 30%), αλλαγές μιας βάσης (~ 50%). αδρανοποίηση Σωματικές και τα δύο αλληλόμορφα RB1 εμφανίζουν μετάλλαξη Μοντέλο των δύο χτυπημάτων (The "two hit" hypothesis)

31 Υπόθεση Knudson-δύο χτυπημάτων

32 Επιγενετικές αλλαγές Μεταγραφική αποσιώπηση λόγω επιγενετικών αλλαγών είναι ένας εναλλακτικός μοριακός μηχανισμός απώλειας λειτουργίας ογκοκατασταλτικού γονιδίου.

33 Στα πρόδρομα γεννητικά κύτταρα τα επιγενετικά σημάδια σβήνονται (γενικά). Μετά κατά τη γαμετογένεση επανεγκαθίστανται με τρόπο ειδικό του φύλου του γονέα και διατηρούνται μετά τη γονιμοποίηση Γονίδιο που εκφράζεται Γονίδιο που δεν εκφράζεται

34 Παράδειγμα

35 Ca Μεθυλίωση (αδρανοποίηση-σιώπηση) των υποκινητών των ογκοκατασταλτικών γονιδίων βρίσκεται συχνά σε καρκινικά κύτταρα) Όγκος Wilms : 2 αντίγραφα του γονιδίου IGF2 εκφράζονται ενώ θα έπρεπε να εκφράζεται μόνο ένα, το πατρικό

36 Τοπική υπερμεθυλίωση-> ελαττωμένη έκφραση ογκοκατασταλτικών γονιδίων

37 Ελαττωμένη μεθυλίωση -> υπερέκφραση πρωτο-ογκογονιδίων

38 Υπομεθυλίωση του γονιδιώματος-> αστάθεια και έκφραση ογκογονιδίων

39 Διάγνωση + πρόγνωση Επιγενετικοί δείκτες στον καρκίνο Αναστολείς μεθυλίωσης Αναστολείς αποακετυλίωσης

40 Απώλεια ετεροζυγωτίας

41

42 Γονίδια επιδιόρθωσης Ο καρκίνος συνδυάζεται με αστάθεια του γονιδιώματος. Εκατοντάδες πρωτεΐνες συμμετέχουν στην διατήρηση της σταθερότητας του γονιδιώματος (επιδιόρθωση DNA, αναδιπλασιασμός DNA, διαχωρισμός των χρωμοσωμάτων και κυτταρικός κύκλος-κρίσιμα σημεία). Ορισμένα γενετικά νοσήματα συνδυάζονται με έκπτωση των μηχανισμών αυτών και με αυξημένη προδιάθεση για καρκίνο π.χ. Αναιμία Fanconi, σύνδρομο Bloom Τα γονιδιακά προϊόντα των BS, AF συνεργάζονται στην επιδιόρθωση DNA

43

44 Κυτταρογενετικές αλλαγές Χαρακτηριστικό γνώρισμα του καρκίνου ιδιαίτερα τα τελευταία πιο κακοήθη και διηθητικά στάδια της ανάπτυξης του όγκου Βλάβες γονιδίων που σχετίζονται με την χρωμοσωμική σταθερότητα και ακεραιότητα και τη διασφάλιση του σωστού διαχωρισμού των χρωμοσωμάτων κατά τη μίτωση. Ανευπλοειδία

45 Γιατί μελετάμε τον καρυότυπο Διάγνωση- Κατάταξη (ιδιαίτερα μεταθέσεις) λευχαιμιών, λεμφωμάτων συμπαγών όγκων Αναγνώριση των γονιδίων που επηρεάζονται από τις ανακατατάξεις αυτές Πρόγνωση και παρακολούθηση της πορείας ( follow up). Πιθανές νέες κυτταρογενετικές αλλαγές δείχνουν επιθετικότερη νόσο.

46 Παραδείγματα -Πρόγνωση Αρχέγονος νευροεκτοδερμικός όγκος (PNET) Καλή πρόγνωση (με t(11;22)(q24;q12) (FLII-EWSRI fusion gene) ή t(21;22)(q22;q12) (EWSRI- ERG fusion gene) Συνοβιακό σάρκωμα Κακή πρόγνωση t(x;18)(p11.2;q11.2) (SSXI-SS18 ή SSX2-SS18 fusion genes)

47 Οι κυτταρογενετικές ανωμαλίες στη Λ έχουν αξία για την πρόγνωση και την αντιμετώπιση Η παρουσία ορισμένων συνδέεται με καλή ή κακή πρόγνωση Αν και οι περισσότερες χρ. αλλαγές επιβεβαιώνονται μοριακά η παρουσία ορισμένων δείχνει την ανάγκη να γίνει ολοκληρωμένος καρυότυπος για να εκτιμηθούν και άλλες αλλαγές. Π.χ. το 2 ο χρωμόσωμα Ph, i(17q) και +8 δείχνουν πρόοδο της νόσου στη ΧΜΛ.

48 Ορισμένοι καρκίνοι συνδυάζονται με συγκεκριμένες χρωμοσωμικές ανωμαλίες Π.χ. ΧΜΛ, Λέμφωμα Burkitt t(9;22)(q34;q11) t(8;14)(q24;q32)

49 Χρωμοσωμικές ανακατατάξεις σε λευχαιμίες και λεμφώματα που οδηγούν στην δημιουργία χιμαιρικών γονιδίων που κωδικοποιούν για χιμαιρική ή μη φυσιολογική πρωτεΐνη

50 Κυτταρογενετικά ευρήματα και υπεύθυνα γονίδια σε λευχαιμίες και λεμφώματα

51 Μεταθέσεις χρωμοσωμάτων και υπεύθυνα γονίδια σε όγκους

52 Κυτταρογενετικά ευρήματα σε συμπαγείς όγκους

53 Η φύση, o αριθμός και η ειδικότητα των χρωμοσωμικών αλλαγών στον καρκίνο πιθανόν καθορίζονται εν μέρει από 1. κυτταρική προέλευση και τύπος (λειτουργία) 2. κυτταρική ηλικία και διαφοροποίηση

54 Οξείες λευχαιμίες- υποτύποι- μεταθέσεις Τα κύτταρα στις ΟΛ έχουν την ίδια προέλευση (μυελός) αλλά διαφορετική ηλικία και λειτουργία. Π.χ. στην AML με διαφοροποιημένα κύτταρα συχνά υπάρχει t(8;21)(q22;q22) που δεν ανευρίσκεται στους νεώτερους μυελοβλάστες, χαρακτηριστικό των μη ή ελάχιστα διαφοροποιημένων AML Eπίσης κύτταρα ίδιας προέλευσης αλλά διαφορετικής ηλικίας ή/και λειτουργίας δείχνουν την ατομικότητά τους με τις διαφορετικές χρωμοσωμικές αλλαγές που εμφανίζονται σε κάθε υποτύπο οξείας λευχαιμίας. Η κυτταρική προέλευση μπορεί να είναι η εξήγηση για τις διαφορετικές κυτταρογενετικές αλλαγές που παρατηρούνται σε όγκους του ίδιου οργάνου

55 Φασματικός καρυότυποςm-fish

56 CGH Ελλείμματα και ενισχύσεις γενετικού υλικού

57 CGH Array-CGH Comparison of conventional CGH and array-cgh

58 Σύνδρομα χρωμοσωμικής αστάθειας

59 Αναιμία Fanconi FA: αυτοσωματικό νόσημα χρωμοσωμικής αστάθειας με συγγενείς ανωμαλίες (κοντό ανάστημα, σκελετικές ανωμαλίες), απλαστική αναιμία και προδιάθεση για εμφάνιση συμπαγών όγκων και λευχαιμίας ( 10% Λ, και 50χ συμπαγών όγκων) κατά την πρώιμη ενήλικη ζωή. Τα κύτταρα FA χαρακτηρίζονται από υπερευαισθησία σε ορισμένα χημικά αντιδραστήρια (π.χ. μιτομυκίνη και diepoxybutane). Τα κύτταρα δεν μπορούν να επιδιορθώσουν τις βλάβες και παρατηρούνται σε μεγάλο ποσοστό πολυσωμίες, θραύσεις,ακτινωτές δομές κ.λ.π.

60 FA-μηχανισμοί επιδιόρθωσης DNA Το μονοπάτι FA περιλαμβάνει 13 γονίδια FANC, (A, B, C, D1, D2, E, F, G, I, J, L, M, και N) που ρόλος τους είναι η διατήρηση της σταθερότητας του γονιδιώματος. 2/3 των περιπτώσεων οφείλονται σε κληρονομικές μεταλλάξεις του FANCA. Η πλειοψηφία των πρωτεϊνών FA δρουν σαν μεταγωγείς σήματος και σαν πρωτεΐνες ικριώματος που χρησιμοποιούν άλλα μονοπάτια για την επιδιόρθωση DNA. Επίσης έχουν αναγνωριστεί και FA-like γονίδια που συμμετέχουν στο ίδιο μονοπάτι και μεταλλάξεις τους οδηγούν σε παρόμοιες κλινικά διαταραχές. Schematic depiction of the Fanconi anemia DNA repair pathway. DNA damage activates the complex of Fanconi anemia associated proteins FANCA, FANCB, FANCE, FANCF, FANCG and FANCL1. FANCL5 is a ubiquitin ligase that probably causes the ubiquitination of FANCD2. This protein, together with another Fanconi anemia associated protein, BRCA2 and RAD51, is involved in the repair of DNA damage. Nature Genetics 36, (2004)

61

62 Σύνδρομο Bloom Μάρτυρας Ασθενής Γονίδιο BLM: μέλος της πρωτεϊνικής οικογένειας των ελικασων RecQ. Eλικάσες: ένζυμα που συνδέονται στο DNA και παροδικά ξετυλίγουν τη διπλή έλικα. Αυτό το ξετύλιγμα είναι απαραίτητο για την αντιγραφή του DNA. Οι RecQ ελικάσες διατηρούν την ακεραιότητα της δομής του DNA ("caretakers of the genome.«) Μετάλλαξη: αυξημένη συχνότητα χρωμοσωμικών θραύσεων και ΑΑΧ

63 Μεταλλάξεις -Bloom s Syndrome Registry

64 Αταξια τελαγκιεκτασία Γονίδιο πρωτεϊνική κινάση ΑΤΜ: επιδιορθωτική αντιγραφή DNA. Εξαιρετική ευαισθησία σε παράγοντες που προκαλούν βλάβες στο DNA.

65

66 ATM/ATR signaling is activated by DNA damage and replication stress. The cell constantly monitors the chromatin for lesions, using complex signal transduction pathways that center on the ATM and ATR kinases. The precise mechanism of response varies according to the type of DNA damage and the cell cycle stage. Double-stranded breaks (DSBs) are the most deleterious form of DNA damage. DSBs are recognized by the MRN complex that consists of Mre11, Rad50, and Nbs1. This complex recruits ATM to the site of damage. ATM phosphorylates histone H2AX, to form γh2ax, and this creates a binding platform for additional proteins that propagate the DNA damage response and activate repair. For S and G2 phase cells, but not G1 cells, ATR is also recruited to the damage site. ATR and/or ATM signal to their effector kinases CHK1 and CHK2 respectively, to influence cell cycle progression. Errors in DNA replication can also activate the DNA damage response machinery through the presence of single-stranded DNA (ssdna) that is a hallmark of the replication fork. The ssdna is coated with RPA and bound by ATR. Active ATR then recruits the DNA damage and repair machinery, including ATM, leading to the sequential activation of CHK1 and then CHK2.