igenetics Mια Μεντελική προσέγγιση

Κεφάλαιο 22 (+κεφ. 17 Hartwell) Γενετική του καρκίνου Η πρωτεΐνη p53 προσδένεται στο DNA. 2

ΕΙΚΟΝΑ 22.1 Μαστογραφία που απεικονίζει έναν όγκο. Όγκος 3

Κύρια σημεία: Καρκίνος Είναι ασθένεια των γονιδίων (γενετικές βλάβες μεταλλαγές) στα σωματικά κύτταρα Ο καρκίνος αφορά στην ανεξέλεγκτη κυτταρική διαίρεση. Η διαίρεση και διαφοροποίηση των καρκινικών κυττάρων αποκλίνει από το φυσιολογικό δημιουργώντας μάζες, τα νεοπλάσματα. Μετασχηματισμός: Η διαδικασία με την οποία ένα κύτταρο χάνει την ικανότητα του να περιορίζει την ανάπτυξή του. Κακοήθης όγκος: αν τα κύτταρα εισβάλλουν και διαταράσσουν τους γειτονικούς ιστούς. Αν όχι: καλοήθης. Μετάσταση: αποκόλληση καρκινικών κυττάρων και μετακίνησή τους μέσω του αίματος ή της λέμφου για να ιδρύσουν όγκους σε άλλους ιστούς. Μετάσταση: μεταβολικά προβήματα, αιμορραγία, μολύνσεις, θάνατος. 4

ΕΙΚΟΝΑ 22.3 Ρυθμιστικοί μηχανισμοί που ελέγχουν την κυτταρική διαίρεση σε φυσιολογικά κύτταρα. igenetics Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 7

Πως γνωρίζουν τα κύτταρα πότε πρέπει να διαιρεθούν; 8

Γενωμική αστάθεια 9

Καρυοτυπική αστάθεια 10

Διαφορές σε κυτταρικό επίπεδο μεταξύ φυσιολογικών και καρκινικών κυττάρων 11

Το κύτταρο πρώτα αντιγράφει το DNA του και μετά διαρείται. Μίτωση: μόνο όταν χρειάζεται! 13

Κυκλίνες: τα επίπεδα τους αυξομειώνονται περιοδικά ΕΙΚΟΝΑ 22.2 Ορισμένα από τα μοριακά γεγονότα που ελέγχουν τον κυτταρικό κύκλο. Κυκλ/εξαρτώμενες κινάσες: καταλύουν τη φωσφορυλίωση πολλών πρωτεινών που ελέγχουν το κυτταρικό κύκλο 2 σημεία ελέγχου: G1 S G2 M Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 igenetics 14

Κυκλίνες και Κυκλινοεξαρτώμενες κινάσες Cyclins: τα επίπεδα τους ρυθμίζονται σε μεταγραφικό επίπεδο αλλά και μια ρυθμιζόμενης πρωτεινικής αποδόμησης. CDKs Ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν Πρωτείνες-στόχους. 15

Ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου: G1 S 16

Ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου: G2 M 17

Γονίδια και καρκίνος Τρείς κατηγορίες γονιδίων συμβάλλουν στην καρκινογένεση: 1. Πρωτο-ογκογονίδια: διεγείρουν το πολλαπλασιασμό μεταλλαγές ογκογονίδια 2. Ογκοκατασταλτικά γονίδια: παρεμποδίζουν το κυτταρικό πολλαπλασιασμό. 3. Γονίδια-μεταλλάκτες: συνήθως αφορούν στην επιδιόρθωση γενετικών βλαβών μεταλλαγές πρωτο-ογκογονίδια ή ογκοκατασταλτικά γονίδια 18

Γονίδια και καρκίνος 19

Oγκογονίδια Κύρια σημεία: -Ογκογονίδιο θεωρείται ένα γονίδιο του οποίου η δράση επάγει ανεξέλεγκτο κυτταρικό πολλαπλασιασμό. -Ο μετασχηματισμός φυσιολογικών κυττάρων σε νεοπλασματικά μπορεί να προκύψει από ογκογόνους ιούς. -Οι ογκογόνοι ιοί μπορεί να έχουν RNA ή DNA γονιδιώματα -Ολοι οι ογκογόνοι RNA ιοί είναι ρετροιοί - και προκαλούν μετασχηματισμό επειδή φέρουν στο γονιδίωμα τους ένα ή περισσότερα ιικά ογκογονίδια. 20

ΕΙΚΟΝΑ 22.4 Σχεδιάγραμμα της δομής ενός ρετροϊού. Μόνο ο θετικός RNA κλώνος εκφράζεται. 21

ΕΙΚΟΝΑ 22.5 To γονιδίωμα RNA του ιού του σαρκώματος του Rous (RSV) και ένα μοντέλο του μηχανισμού ενσωμάτωσης του προϊικού DNA στο χρωμόσωμα του ξενιστή (κύτταρα κότας). (α) To γονιδίωμα RNA του ιού του σαρκώματος του Rous. (β) Το προϊικό DNA του RSV συντίθεται από την αντίστροφη μεταγραφάση. (γ) Κυκλοποίηση του προϊικού DNA. (δ) Ασυμπτωτικές εγκοπές στο κυτταρικό DNA και κοπή του ιικού γονιδιώματος. 22

Pol: αντίστροφη μεταγραφάση. Το ρετροιικό RNA φέρει αλληλουχίες R και U5 Αριστερά και R και U3 δεξιά. Κατά την αντίστροφη μεταγραφή οι αλληλουχίες αυτές διπλασιάζονται σχηματίζοντας long terminal repeats = U3-R-U5. οι οποίες ρυθμίζουν τη μεταγραφή γονιδίων του ιού Τα δύο άκρα του προιικού DNA συνενώνονται και σχηματίζουν κυκλικό μόριο DNA ώστε οι οι δύο LTR R-U3 και R-U5 βρίσκονται η μία δίπλα στην άλλη. 23

ΕΙΚΟΝΑ 22.5 To γονιδίωμα RNA του ιού του σαρκώματος του Rous (RSV) και ένα μοντέλο του μηχανισμού ενσωμάτωσης του προϊικού DNA στο χρωμόσωμα του ξενιστή (κύτταρα κότας). (ε) Με ανασυνδυασμό, τα άκρα του ιικού DNA συνδέονται με τα άκρα του χρωμοσωμικού DNA του κυττάρου. (στ) Οι μονόκλωνες περιοχές συμπληρώνονται και προκύπτει ένας πλήρης, δίκλωνος, ενσωματωμένος προϊός RSV. 24

Αφού το ιικό DNA ενσωματωθεί, το ιικό DNA μεταγράφεται από την RNAPII του ξενιστή. Στη συνέχεια ακολουθεί εναλλακτικό μάτισμα και παράγονται τα ιικά mrna και οι ιικές πρωτείνες Γονίδια του ιού: Γονίδιο GAG: πρόδρομη πρωτείνη που παράγει τις πρωτείνες του ιικού φακέλλου Γονίδιο Pol: πρόδρομη πρωτείνη που παράγει την αντίστροφ μεταγραφάση και πρωτείνες για την ενσωμάτωση Γονίδιο env: πρόδρομη πρωτείνη που παράγει τη γλυκοπρωτείνη του φακέλλου. Μετά τη μεταγραφή: συσκευασία των αντιγράφων του ιού σε νέα ιικά σωμάτια, η λύση του κυτταρου-ξενιστή και η μόλυνση άλλων κυττάρων. -Ορισμένοι ρετροιοί φέρουν επιπλέον ογκογονίδια τα οποία τους βοηθούν να μετασχηματίζουν κύτταρα-ξενιστές. -Δεν είναι απαραίτητα για το βιολογικό κύκλο του ιού. -Ο Rous sarcoma virus φέρει το ογκογονίδιο v-src (ογκογόνος ιός). -O ιός AIDS δεν φέρει ογκογονίδιο (μη ογκογόνος ιός). 25

Eικόνα 22.6 Ο βιολογικός κύκλος ενός μη ογκογόνου ρετροιού. Γιατί κάποιοι ιοί φέρουν ογκογονίδια? Ωστόσο κατά τη μεταγραφή του ιού τυγχάνει να μεταγράφονται και γειτονικά γονίδια του ξενιστή. Αν έχουμε ταυτόχρονα και ελλείματα γονιδίων gag, pol ή env τότε στα ιικά RNA περιλαμβάνονται και κυτταρικά γονίδια. τα οποία μπορεί να είναι πρωτο-ογκογονίδια. Των οποίων η μεταγραφή δεν ρυθμίζεται πλέον από το κύτταρο-ξενιστή αλλά από τον ογκογόνο ιό.

ΕΙΚΟΝΑ 22.7 Το πρωτο-ογκογονίδιο c-src της κότας και η σχέση του με το v-src του ιού του σαρκώματος του Rous. (α) Στο επάνω μέρος φαίνεται η μοριακή οργάνωση του πρωτο-ογκογονιδίου src στο γονιδίωμα της κότας. Το γονίδιο περιλαμβάνει 12 εξόνια (απεικονίζονται ως μοβ περιοχές). Στο κάτω μέρος παρουσιάζεται η μοριακή οργάνωση του γονιδιώματος RNA του ιού RSV. Είναι προφανής η σχέση του κυτταρικού πρωτο-ογκογονιδίου src με το v-src: το v-src σχηματίστηκε από την αφαίρεση των ιντρονίων από το κυτταρικό πρωτο-ογκογονίδιο src. 28

ΕΙΚΟΝΑ 22.7 Το πρωτο-ογκογονίδιο c-src της κότας και η σχέση του με το v-src του ιού του σαρκώματος του Rous. (β) Τρεία είδη mrna παράγονται από τη μεταγραφή του προϊικού γονιδιώματος DNA του RSV. 29

ΕΙΚΟΝΑ 22.8 Ο ρόλος της πρωτεΐνης Ras στην ενεργοποίηση της μεταγραφής γονιδίων-στόχων που ενέχονται στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου. αυτοφοσφωρυλίωση Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009 31

Oγκοκατασταλτικά γονίδια Κύρια σημεία: -Θεωρείται ένα γονίδιο του οποίου η δράση αναστέλλει το κυτταρικό πολλαπλασιασμό. -Ο μετασχηματισμός φυσιολογικών κυττάρων σε νεοπλασματικά μπορεί να προκύψει από ογκογόνους ιούς i.e. Simian virus 40 που αδρανοποιούν ογκοκατασταλτικές πρωτείνες. Oγκοκατασταλτικά γονίδια: 1. Γονίδια που ελέγχουν την κυτταρική διαίρεση 2. Γονίδια που προκαλούν κυτταρική απόπτωση 32

prb: το πρώτο ογκοκατασταλτικό γονίδιο που ανακαλύφθηκε Όγκος στον οφθαλμό παιδιού με ρετινοβλάστωμα. 34

prb: ένα ογκοκατασταλτικό γονίδιο ΕΙΚΟΝΑ 22.11 Ο ρόλος της prb στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου στο σημείο ελέγχου G 1 προς S. 35

ΕΙΚΟΝΑ 22.10 Το μοντέλο δύο πληγμάτων του Knudson για τις οικογενείς μορφές καρκίνου. Με βάση αυτό το μοντέλο μπορεί να εξηγηθεί: (α) το σποραδικό ρετινοβλάστωμα ως αποτέλεσμα δύο ανεξάρτητων μεταλλαγών των δύο αντιγράφων του γονιδίου του ρετινοβλαστώματος (RB) και (β) το κληρονομικό ρετινοβλάστωμα που προκύπτει όταν, σε ένα κύτταρο που έχει κληρονομήσει, μέσω της αναπαραγωγικής σειράς, ένα μεταλλαγμένο αλληλόμορφο του γονιδίου RB, συμβεί μια μεταλλαγή στο μοναδικό αλληλόμορφο άγριου τύπου. 36

p53: ένα ογκοκατασταλτικό γονίδιο ΕΙΚΟΝΑ 22.12 Η δράση της p53 κατά τον έλεγχο του κυτταρικού κύκλου. 37

ΕΙΚΟΝΑ 22.13 Μοντέλο της πολυσταδιακής φύσης της ανάπτυξης κληρονομικής αδενωματώδους πολυποδίασης (FAP), μιας μορφής καρκίνου του παχέος εντέρου. Διακρίνονται τα κρίσιμα γονίδια που μεταλλάσσονται σε κάθε στάδιο. 38