molekularna osnova malignih bolesti -...

Molekularna osnova malignih

bolesti

Tumori

• Tumor je naziv za svaki nenormalni skup tkiva.

• Dele se na benigne (dobroćudne) i maligne (zloćudne).

Maligni tumori

• Ivnazija u okolno tkivo.

• Neovaskularizacija ili angiogeneza.

• Metastaziranje.

Maligne ćelije

• Uvećanje potencijala rasta

• Izmene na ćelijskim membranama

• Kariotipske abnormalnosti

• Morfološke i biohemijske izmene

• Izmene drugih ćelijskih atributa

NEKONTROLISANA

DEOBE ĆELIJA

Neoplastična transformacija

• Maligne bolesti nastaju neoplastičnom transformacijom

ćelija i tkiva.

• Neoplastična transformacija je proces narušavanja

tkivne homeostaze u pravcu nekontrolisane proliferacije

ćelija i inhibicije ćelijskog umiranja po tipu apoptoze.

Istorijske perspektive

• Otac medicine - Hipokrat (460 - 370 pre n.e.) maligne

bolesti nazvao karcinomi jer je maligni tumor koji je

opisao ličio na morskog raka (sg. karkinoma).

• Claudius Galenus od Pergamum (131-201) izrazom

„oncos“ objedinio je sve tada poznate tumore.

• Renesansni naučnici na osnovu autopsijskih analiza predlagali hirurško lečenje malignih bolesti.

• Rudolf Virchow (1821-1902), osnivač ćelijske patologije, prvi je kliničke karakteristike bolesti ljudi doveo u vezu sa patološkim promenama na nivou ćelija i tkiva.

Dijagnostika malignih bolesti

• Najčešće se dijagnostikuju putem biopsije.

• Biopsija je hirurškim ili drugim putem dobijen uzorak

tkiva ili organa radi mikroskopske analize od strane

lekara patologa.

Lečenje malignih bolesti

• Konvencionalno lečenje je hirurško, medikamentozno (hemioterapija antineoplastičnim agensima, hormonska terapija, lečenje bola...) i zračenjem (radioterapija).

• Ukoliko se ne leči, maligne bolesti imaju smrtni ishod.

• Danas, većina malignih bolesti su izlečive ako se otkriju “na vreme”.

Epidemiologija

• Pored kardiovaskularnih bolesti, maligne bolesti su

vodeći uzročnik smrti u savremenom svetu.

• Svaki četvrti muškarac i svaka peta žena umiru od

maligne bolesti.

Incidenca i moratalitet

• Svaki četvrti muškarac i svaka peta žena umiru od neke

maligne bolesti.

Geografska distribucija

Hepatocelilarni karcinom i daleki istok Ca pluća u trećem svetu

Faktori rizika

• Pušenje

• Alkoholizam

• Gojaznost

• Kalorična ishrana

• Rana seksualna aktivnost

• Promiskuitet

• Starosna dob

• Zagađenje radne sredine

• Zagađenje životne sredine

• Zračenje

• Infektivni agensi

• Drugi faktori spolj. sredine

Klasifikacija malignih tumora

• Epitelni tumori nastali od epitelnih ćelija – karcinomi

• Mezenhimalni tumori ili tumore vezivnog tkiva (sarkomi)

• Tumori komponovani od epitelnih i mezenhimalnih ćelija – karcinom dojke

• Hematološke neoplazme - Limfomi i leukemije

• Tumori nervnih ćelija i Tumori glijalnih ćelija i drugih ćelija nervnog tkiva – gliomi

• Embrionalni tumori – blastomi; germ cell tumori poreklom od germinativnih ćelija; horiokarcinomi – maligne tumore poreklom od placente, teratomi

• KANCER na srpskom jeziku predstavlja loš prevod engleske reci cancer.

Kancerogeni

• Kancerogen je svaka supstanca ili agens koji indukuje

razvoj maligne bolesti.

• Kancerogeni su često ali ne i obavezno i mutageni i

teratogeni.

• Hemijski, fizički i biološki kancerogeni.

Hemijski kancerogeni

• 1775. godine

• Britanski hirurg Percivall Pott (1714-1788)

• Skrotalni tumori dimnjičara

Fizički kancerogeni

• od 1902 . godine, pioniri radiologije

• atomska bomba, nuklearne elektrane, nuklearne probe

Biološki kancerogeni

• Francis Peyton Rous (1879-1970)

• Rous sarcoma virus izaziva

sarkome kod kokošaka

• Nobelova nagrada 1966. godine

• NK virusa izazivaju maligni tumor

(15% svih malignih tumora)

Biološki kancerogeni

Virus Maligna bolest

Hepatitis B i C Hepatocelularni karicnom

Epstein-Barr virus Limfomi

Humani papiloma virus Karcinomi genitalnog trakta

Herpes simplex virus tip 8 Kapoši sarkom

Antikancerogeni

Neoplastična transformacija

• Neoplastična transformacija je višestepeni proces i svaki

stepen reflektuje genetičke izmene koje dovode do

transformacije normalne ćelije u malignu.

Promene u ćelijskoj strukturi

Maligne bolesti su bolesti gena

• Progresivna akumulacija genetičkih i epigenetičkih

izmena dovodi do neoplastične transformacije i razvoja

maligne bolesti.

Na koji način su geni uključeni u proces

neoplastične transformacije?

• Michael Bishop (r.1936) i Harold Varmus (r.1939)

• Otkrili ćelijsku osnovu retroviralne onkogeneze

• Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu 1989. godine

Retroviralna onkogeneza

• Retrovirusi se mogu podeliti na – proste retroviruse, kompleksne retroviruse i onkogene retroviruse.

• Onkogeni retorovirusi naziv su dobili po genima koje sadrže i koji se nazivaju onkogeni.

v-onc i c-onc

• Virusni onkogeni (v-onc) pokazuju visok stepen (80-99%) homologije sa ćelijskim genima proto-onkogenima.

Retrovirusi V-onc Ćelijski proto-onkogeni

Rous sarcoma virus v-src c-src

Simian sarcoma v-sis c-sis

Harvey murine sarcoma v-H-ras c-H-rar

Kirsten murine sarcoma v-K-ras c-K-ras

FBJ murine osteosarcoma v-fos c-fos

Avian myelocytomatosis v-myc c-myc

Abelson leukemia virus v-abl c-abl

Avian erythroblastotis v-erb B c-erb B

Proto - onkogeni

• Proto-onkogeni imaju vremenski i prostorno strogo kontrolisanu ulogu u eukariotskim ćelijama, najčešće tokom embrionalnog razvića.

• Do sada otkriveno preko 100 proto-onkogena u genomu čoveka.

onkogeni - c-onc

• Mutacijom, proto-onkogeni prelaze u formu onkogena

koji nekontrolisano eksprimiraju svoje proteinske

produkte.

Mutacije proto-onkogena

Genske mutacije Amplifikacije gena Hromozomski

rearanžmani

Mutacije gena

• Tačkaste mutacije i pomereni okviri čitanja

Amplifikacija gena

• Rezultat amplifikacije gena je ekspresija neizmenjenog

proteina u količini koja je veća od normalne.

• Fokalne Copy Number Alternations (CNAs)

(amplifikacije i delecije).

• Terminalne delecije

• Delecije

• Insercije

• Duplikacije

• Inverzije

• Recipročne

translokacije

• Robertsonove

translokacije

• Ring

hromozomi

• Izohromozomi

Hromozomski rearanžmani

Translokacije

a. “Prebacivanje” gena u blizini nekog pojačivača -

prekomerna produkcija neizmenjenog proteina

Translokacije

b. Fuzija sa genom koji ima intezivnu ekspresiju -

prekomerna ekspresija fuzionisanog proteina ili

fuzionisani protein dobija novu funkciju

Onkogeni

• Onkogeni imaju dominantnu funkciju u odnosu na

malignitet, tj. dovoljna je jedna kopija aktiviranog

onkogena pa da se eksprimira njihov negativan efekat.

• Mutacije proto-onkogena u somatskim ćelijama stečene

su osobine i kao takve se ne prenose na potomstvo.

Onkogeni - c-onc

• Faktori rasta (c-sis)

• Receptori faktora rasta (c-erbB)

• Prenosioci signala (G proteini c-H-ras i c-K-ras)

• Regulatorni proteini transkripcije (DNK vezujući

proteini - c-myc)

c-erb B 2 (sinonimi HER 2; NEU)

• Član familije tirozin - kinaznih receptora HER od 4 člana

• Eksprimira se u velikom broju organa i tkiva čoveka a posebno je značajna njegova uloga u razvoju i funkciji muskulature srca.

• Funkcija ovog proteina je u regulaciji procesa rasta, diferencijacije, ćelijskog umiranja po tipu apoptoze, itd.

c-erb B 2 (sinonimi HER 2; NEU)

• Prekomerna ekspresija proteina HER2, kao posledica amplifikacije gena, detektovana je u brojnim malignim bolestima.

• U oko trećine karcinoma dojke dolazi do prekomerne ekspresije koja se povezuje sa agresivnijim tumorskim rastom i razvojem rezistencije na primenjene antitumorske tretmane.

Onkogen c-MYC

• Protein c-Myc je regulatorni protein

transkripcije koji se za molekul

DNK vezuje u formi heterodimera

sa proteinom MAX.

• Pripada klasi zavojnica – petlja –

zavojnica proteina koji poseduju i

leucinske zatvarače (b-HLH-Zip).

• Mutacija gena c-MYC najčešća je

mutacija onkogena u malignim

tumorima čoveka.

• Burkitt-ov limfom, maligna

bolest dečijeg doba, česta je u

malaričnim regionima

Centralne Afrike i Papua Nove

Gvineje.

• Translokacija t(8;14)(q24;q32)

detektovana je u 75-85%

bolesnika sa Burkitt-ovim

limfomom.

• Ovom translokacijom onkogen

c-MYC translocira se u region

blizu lokusa za teške lance

imunoglobulina koji se

konstitutivno eksprimira.

Gen RAS (eng. rat sarcoma 2 viral oncogene homolog) je drugo-otkriveni proto-onkogen čoveka.

• Kasnija istraživanja pokazala su postojanje familije Ras

proteina od tri člana: H (Harvey)-ras, K (Kirsten)-ras i N-

ras.

• Tačkasta mutacija gena RAS jedna je od najčešćih

mutacija onkogena u malignim tumorima čoveka.

• Mutacije K-RAS u karcinomima pankreasa, kolona,

bešike.

• Mutacija N-RAS u hematološkim neoplazmama.

Tumor supresorni gen

wt antionkogen Mutirani onkogen

Kontrolisana ćelijska

deoba

Nekontrolisana

Ćelijska deoba

Mutacijom antionkogena

dolazi do supresije njegove

ekspresije ili inaktivacije

proteinskog produkta

Antionkogeni su geni čiji proteinski produkti imaju sposobnost

inhibicije ili supresije neoplastične transformacije

Tumor supresorni gen

• Podela prema biološkoj ulozi koju imaju u ćeliji:

- Regulatore ćelijskog ciklusa

- Regulatore puteva prenosa signala

- Proteine uključene u ćelijsko-ćelijske interakcije i

interakcije ćelija i matriksa

- Regulatore procesa apoptoze

- Proteine citoskeleta

- Proteine bez do sada poznate funkcije u ćeliji

• Do danas je u genomu čoveka identifikovano oko 20 anti-onkogena.

Tumor supresorni gen

• Tumor-supresorni geni imaju recesivnu funkciju u

odnosu na malignitet, tj. potrebno je mutacija obe kopije

tumor-supresornog gena pa da se eksprimira negativan

efekat.

Gen retino–blastoma (RB)

• 1987. godine, prvo-otkriveni tumor supresorni gen

• Retinoblastom – maligni tumor dečjeg doba.

• 1971. godine, Knudson – retinoblastom nasledna bolest.

Protein Rb

• Protein koji maskira.

• U fosforilisanom obliku,

protein Rb gubi

sposobnost vezivanja za

regulatorni protein

transkripcije.

• Fosforilacije proteina Rb je

način regulacije nivoa

proliferacije ćelija.

• Mutacije tumor-supresornih gena mogu biti nasledne i

takve osobe se rađaju kao heterozigotne za dati tumor-

supresorni gen.

• Da bi došlo do pojave bolesti potrebno je da se dogodi

još jedna genetička izmena koja će dovesti do gubitka

heterozigotnosti – LOH (eng. loss of heterozygosity).

Knudson's two hit hipoteza

Epigenetičke izmene

• Metilacija DNK, modifikacije histonskih proteina, mikro RNK

Epigenetičke izmene

• Hipermetilacija promotora tumor-supresorskih gena.

• Globalnog smanjenja nivoa metilacije DNK.

• Povećanje stopa rekombinacije i aktivacije transpozona.

• Ovi procesi uzrokuju

pojavu genomske

nestabilnosti.

• Aktivacija onkogena

može biti uzrokovana

hipometilacijom DNK.

Epigenetičke izmene

• Promene u obrascu kovalentnih

posttranslacionih modifikacija histonskih

proteina (acetilacija, deacetilacija,

metilacija, demetilacija) imaju ulogu u

aktivaciji onkogena i inaktivaciji anti-

onkogena.

• Kod bolesnika sa malignim tumorima

detektovane su brojne mutacije u genima

koji kodiraju enzime za modifikaciju

histona, DNK metiltransferaze i proteine

kompleksa za remodelovanje nukleozoma

Uloga mikro RNK

• Onkogene mikro RNK

• Tumor-supresorne

mikro RNK

Klonalna teorija

• Monoklonska ili poliklonska bolesti

• Stem malignih ćelija

Klonalna teorija

• Dugogodišnji proces

Normalna ćelija Inicijacija 2-4 mutacije - Progresija Maligna ćelija

1. mutacija 2. mutacija 3. mutacija 4. muatcija

Karcinom kolona

Histološka progresija bolesti

Nasledne maligne bolesti

Maligna bolest – nasledna bolest

• Manje od 10 % bolesnika sa malignim tumorom ima naslednu mutaciju koja može biti povezana sa razvojem bolesti.

• Genetička predispozicija za maligni tumor razmatra se u tri zasebne kategorije

- Nasledni autozomno dominantni sindromi vezani za maligne bolesti

- Familijarne maligne bolesti

- Nasledni autozomno recesivni sindromi povezani sa defektima reperacionih sistema

Nasledni autozomno dominantni sindromi vezani za maligne bolesti

Maligna bolesti Gen vezan za

predispoziciju

Retinoblastom RB

Li-Fraumenov sindrom P53

FAP (familijarna

adenomatiozna polipoza) APC

Dojka, ovarijum BRCA 1,2

Neurofibromatosa 1 i 2 NF1, NF2

Melanom P15,16

Basal cell nevus PATCH

Nasledni nepolipozni

kancer kolona hMSH2, hMLH1, hMSH6

Familijarni maligni tumori

• Veća učestalost nekih vrsta

malignih bolesti u nekim

porodicama.

• Tumori ranijeg životnog doba,

često multipni ili bilateralni.

• Nejasna nasledna predispozicija

odnosno način transmisije - niska

penetrabilnost alela.

• Karcinom kolona, karcinom dojke,

maligni tumori mozga, melanom,

karcinom pankreasa.

Nasledni autozomno recesivni sindromi

povezani sa defektima DNK reper sistema

• Mutacije gena čiji proteinski produkti učestvuju u

procesima reparacije molekula DNK dovode do pojave

označene kao “nestabilnosti” DNK – genomska

nestabilnost.

• Xerodermia pigmentosum

• Ataxia- teleangiectasia

• Bloom sindrom

• Fanconi anemia

Molekularno-biološka istraživanja

malignih bolesti

• Istraživanja molekularne osnove malignih bolesti

(Molekularna biologija maligne ćelije)

• Dijagnostika malignih bolesti

(Molekularna patologija)

• Terapija malignih bolesti

(Translaciona medicina)

Lečenje malignih bolesti

Sadašnjost

• Imuno terapija monoklonskim antitelima

Imuno terapija - Glivek

• Glivek specifični inhibitor kinazne aktivnosti proteinskog produkta

Filadelfija hromozoma

Imuno terapija - Herceptin

Budućnost

• Korišćenje prirodnih puteva

utišavanja gena za blokiranje

ekspresije mutiranih gena

• RNK interferencija

Genska terapija

• Kontrolisana insercija gena u ciljnu ćeliju

• In vivo direktna insercija gena u organizam – npr.

injekcijom u krvotok

• In situ direktna insercija gena u definisano tkivo ili ćelijsku

populaciju

Idealni genski vektor

• Veličina insercije – jedan ili više gena

• Target vektora – specifične ćelije

• Imunski odgovor – odsustvo

• Produkcija – laka i reproducibilna

• Količina – visoka koncentracija stabilnog produkta

Budućnost...vakcina

A do tada ...Prevencija

• Redovne kontrole jer maligna bolest u ranoj fazi je

izlečiva bolest