MOLEKULARNA PATOFIZIOLOGIJA TUMORSKOG PREOBRAŽAJA SOMATSKIH STANICA

MOLEKULARNA PATOFIZIOLOGIJA TUMORSKOG PREOBRAŽAJA SOMATSKIH STANICA
Prof. dr. sc. Nada Oršolić Zavod za animalnu fiziologiju

HOMEOSTAZA MASENE TKIVNE RAVNOTEŽE
Fiziološka tkivna masena ravnoteža se održava usklađenom: kontroliranom diobom kontroliranim odumiranjem stanica. U tumorskim bolestima zbog povećanja mase dolazi do poremećaja masene ravnoteže.

Molekulska patogeneza tumorskog rasta i nastanka raščlanjena u četiri koraka:
1. nestabilnost genoma, 2. stjecanje diobotvorne neovisnosti stanice, 3. preživljavanje u nepovoljnom unutarnjem okolišu 4. metastaziranje tumora

Tumorski preobražaj uzrokuju
strukturnim i funkcijskim promjenama gena koji mogu uzrokovati tumorski preobražaj stanice. 1.Mikrosatelitska nestabilnost, koja se očituje promjenom dužine mikrosatelita. 2. Kromosomska nestabilnost koja uključuje, strukturne promjene u kromosomu kao i promjene u broju kromosoma. Nestabilnost genoma uzrokuje sklonost Aktiviranjem protoonkogena, disfunkcijom protuonkogena, kočenjem apoptotskih mehanizama, ili kombinacijom nekoliko tih uzročnika. Stečena ili/i naslijeđena nestabilnost genoma preduvjet je pokretanja diobotvornih nekontroliranih mehanizama koji nastaju interferencijom s dioboupravnim molekulskim procesima uzrokovati tumorski preobražaj. virusni proteini

Stanice koje su stekle diobotvornu neovisnost prolaze treći korak preživljavanja u nepovoljnom okolišu, pri čemu moraju svladati: genomsku, imunonadzornu i energijsku barijeru Na tom se selektivnom koraku gubi velika masa novostvorenih stanica, što određuje relativno sporu kinetiku tumorskog rasta.

Bitni čimbenici za rast tumora:
Angiogeneza Proliferacija Metastaziranje Tumor Apoptozu Starenje Imunosni odgovor

Preživljavanje složenog višestaničnog organizma ovisi o:
DIOBOUPRAVNI I SAMOUBOJSTVENI MEHANIZMI SOMATSKIH STANICA ODREĐUJU HOMEOSTAZU MASENE TKIVNE RAVNOTEŽE Preživljavanje složenog višestaničnog organizma ovisi o: funkciji posebno diferenciranih somatskih stanica koje oblikuju tkiva, o energijskoj i informacijskoj homeostazi. Fiziološka se homeostaza tkiva i tkivnih funkcija održava ravnotežom između strogo nadzirane diobe stanica i njihove kontrolirane smrti.

SIGNALI POBUDE I SIGNALI KOČENJA- Funkcijska i strukturna homeostaza
Stanice primaju i odašilju komunikacijske signale pobude: autostimulatornim, parastimulatornim i jukstastimulatornim mehanizmima. Istodobno, stanice primaju i odašilju signale kočenja. Trenutni se zbir pobuda i kočenja integrira i to određuje fiziološko ponašanje stanice. Na molekulskoj se razini signali pobude u stanicama očituju: lučenjem molekula, pokretanjem staničnog ciklusa u smislu diobe, promjenom izražaja dijelova genoma te pokretanjem programirane smrti stanica. Funkcijska i strukturna homeostaza fizioloških tkiva se odražava u selektivnim prilagodbama koje se očituju na tkivnoj, staničnoj te molekulskoj razini.

Prijenos informacija Prijenos informacija se ostvaruje:
proteinsko-proteinskim međudjelovanjima fosforilacijama proteina, proteinsko-DNA-interakcijama, lipidnim signalima, lipidacijom proteina te ionskim prijenosom signala. Prijenosi signala u citoplazmi se sastaju na nekim križnim točkama različitih putova, koje time postaju integracijske točke na kojima se zbrajaju negativni i pozitivni signali. Takve točke fizioloških križanja putova signala su potencijalna mjesta za nastanak aberantne pobude stanice.

Prijenos informacija-Proces signalizacije

Prijenos signala -signalizacija
Prijenos signala evoluirao u cilju da pojedine stanice mogu odgovoriti na njihov izvanstanični okoliš. Važna u komunikaciji između stanica unutar tkiva i između tkiva: održavanje morfologije tkiva zacjeljivanje rana, prepoznavanje i uklanjanje mikroba, održavanje homeostaze.

Mehanizam signalizacije
Ligand Receptor P Aktivna fosforilacija/defosforilacija Transkrpcija gena Transkripcija

Adaptor protein nukleus MAP kinaze, • čimbenici transkripcije - Vezanje na konsenzus slijed promotora - Može stvoriti komplekse - Može se sama transkribirati i izazvati staničnu aktivaciju Efektorni enzim

Tipovi signala Fiziološki signali iz vanjskog mikrookoliša
Susjedne stanice, izvanstanični matriks, citokini i faktori rasta, hormoni, glukoza, amino kiseline, ioni itd Patološki signali iz vanjskog mikrookoliša molekularnih uzoraci vezani za opasnost (DAMPs) Patogeni molekularni uzorci (PAMPs) Upala i imunološke stanice Interni homeostatski signali Odgovor na DNA i mitohondrijska oštećenja, ROS, hipoksija, metabolizam, itd Većina signali se prenosi putem vezanja liganda za specifične receptore na površini stanice, čime se mnogi vanstanični podražaji mogu razlikovati

Više signalnih puteva sudjeluje u stvaranju odgovora
Growth Factors Cytokines Hormones Peptide hormones Odorants Chemoattractants Neurotransmitters Taste Ligands Nucleus Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs) CytokineR Toll-likeR Cadherins Integrins Extracellular matrix G-proteinR Protein kinase R Steroid R GlucoseR/ Ion channels Tumor necrosis Factor family TNFR family Lipid kinases Damage Associated Molecular Patterns (DAMPs) GTP GDP Više signala integrirano za generiranje odgovarajućeg biološkog odgovora, bilo da je to smrt stanica / opstanak, zastoj staničnog ciklusa / progresija, glikoliza / aerobik metabolizam, popravak DNA / stabilnost

Početni korak je aktivacija receptora ligandom izazvanih pomoću oligomerizacije
Aktivirani receptori Inaktivni receptori RTK (EGFR, PDGFR) Cytokine Receptor P ATP ADP autophosphorylation dovodi do aktivacije receptora kinaza ili konformacijskih promjena koje omogućuju vezanje na adapter proteine te aktivaciju kaskadne reakcije Receptor se može povezivati s drugima -sinergizam npr erbB1 i 3 - može biti važnan u izbjegavanju odgovora na terapiju

Čimbenici rasta Čimbenici rasta Tirozin kinaze Fosfolipaza C Ras/G
PI3 kinaze Aktivacija MAP kinazne kskade (Ser/treonin kinaze) Aktivacija transkripcijski čimbenika Geni odgovorni za rast

Glavni igrači kinaze Fosfataza Tirozin kinaze (100 gena)
Receptori faktora rasta (RTK, 60 gena) Citoplazmatski (35-40 geni) Jak, Src, Fak, Tec ... Serin / treonin kinaze (400) gen MAP kinaze, TGF-βR, PKC, ATM Kinaze dvojne specifičnosti MEK (dvostruke treonin i tirozin kinaze) Fosfataza PTEN, Cdc25- kontrola fosforilacije.

Serine treonine (PKC, Plk,Rho Kinases)
Tirozin kinaze, Serine treonine (PKC, Plk,Rho Kinases) Receptorske (EGFR,FGFR,PDGFR) Ne- receptorske (JAK,src,Abl,MAPK)

Nekoliko primjera receptora TK
Epidermal Growth Factor Receptor family erbB1 (c-erbB) erbB2 (neu) erbB3 erbB4 Fibroblast Growth Factor Receptor family FGFR-1(fig) FGFR-2(K-sam) Platelet Derived Growth Factor Receptor family CSF-1R (c-fms) SLF R (c-kit) Insulin Growth Factor Receptor Family IGFR-1 (c-ros) Neurotrophins NGFR (trk-A) BDNFR (trk-B) NT3 R (trk-C)

RTK Aktivirani receptor tirozin kinaza (RTK) 1. vezanje liganda
2. Dimerizacija 3. Autofosforilacija

Fosforilacija Promjena aktivnosti enzima iniciranjem kaskadne reakcije
npr MAP kinazni put iniciran aktivacijom EGFR pomoću auto-fosforilacije. Indukcija vezanja DNA STAT i c-jun transkripcijski aktivnosti Promjena substanične lokalizacije proteina primjerice, regrutiranjenje adaptera na aktivirane receptore, nuklearna lokalizacija hormonskih receptora Promjena stabilnosti proteina fosforilacija dovodi do degradacije ili stabilizacije - p27, IkBα, p53, itd.

Prijenos signala u stanici
DNA specifičnost i afinitet vezanja Transaktivacijska aktivnost Faktori rasta i /ili faktori inhibicije Izvanstanične komponente Stanica-stanica adhezijske interakcijske molekule Transkrpcijski čimbenici Protein-protein interakcija Fosforilacija i defosforilacija Lokalizacija -Normalne stanice primaju signale iz okoline koja ih okružuje -poremećaj stanične signalizacije je ključan u nastajanja tumorskih stanica - stanica - stanica komunikacija je presudna za koordinirano djelovanje pojedinih stanica u višestaničnom organizmu

Čimbenici rasta – biološki učinci
- proliferacija stanica - stanična diferencijacija - apoptoza - lokalna upalna reakcija - angiogeneza - stvaranje međustaničnog matriksa - progresija staničnog ciklusa

Faktori rasta i stanični ciklus
Čimbenici rasta Transkripcija gena Receptors + S Priming G1 G0 G2 Stanični ciklus M

Čimbenici staničnog rasta
čimbenik struktura učinak receptor ___________________________________________________________________ EGF kDa (prekursor) mitogen EGFR, RTK 6 kDa (fragment) (epitelne stanice) TGFα 25 kDa (prekursor) mitogen EGFR, RTK 6kDa (epitelne stanice) Amfiregulin kDa mitogen EGFR, RTK HB-EGF kDa mitogen EGFR/Erb4 kemoatraktant RTK Betacelulin 32 kDa mitogen EGFR/ErB4 (stanice dojke) RTK

Čimbenik struktura učinak receptor ____________________________________________________________________ Heregulin kDa diferencijacija ErB3-4, RTK maturacija PDGF-A/B 30 kDa kemotaksija PDGFRα 16-18 kDa (PDGF-A) mitogeneza PDGFRβ 12 kDa (PDGF-B) FGF kDa mitogeneza FGFR1-4, RTK angiogeneza IGF , 5 kDa proliferacija IGF-IR, RTK IGF-II diferencijacija INS-R, RTK preživljenje

Čimbenik struktura učinak receptor _____________________________________________________________________ NGF kDa mitogen trkA, RTK BDNF prekursor diferencijacija trkB, RTK (neuroni) NT trkC, RTK NT trkB, RTK GDNF 20kDa preživljenje ret, RTK VEGF kDa mitogen Flt-1/FlK-1, RTK (endotel)

Čimbenik struktura učinak receptor _______________________________________________________________ CSF kDa proliferacija c-fms, RTK (makrofagi) SCF kDa proliferacija c-kit, RTK diferencijacija migracija hemotopoetskih stanica Flt-3L kDa proliferacija flt-3 RTK hemotopoetskih progenitora _____________________________________________________________

Čimbenik struktura učinak receptor _____________________________________________________________________ HGF kDa i 30 kDa pokretljivost met RTK morfologija epitelnih i endotelnih stanica MSP 47kDa i 22 kDa pokretljivost ron RTK makrofaga efrinA kDa mitogen EphA1-8 efrinB kDa EphB1-6 Gas kDa mitogen Axl RTK Sky RTK

Čimbenik struktura učinak receptor ____________________________________________________________________ Porodica TGF-β TGF- β kDa organizacija TβR-II, TβR-1 BMP mezenhima BMPR-II, ActR-1 Aktivin/inhibin indukcija ActR-II, ActR-I mezoderma Porodica TNF TNF-α 17 kDa mitogen p55 TNFR citotoksičnost p75 TNFR angiogeneza apoptoza stanična athezija

Tumor EGFR ekspresija Dojka 14 % - 91 % Kolon 25 % - 77 %
Plućni karcinom % - 80 % (ne malih stanica) Glava i vrat % - 95 % Ovarian % - 70 % Gušterača % - 50 %

Percentage of Human Tumors Overexpressing EGFR
Tumor type Percentage of tumors Bladder Breast Cervix/uterus Colon Esophageal Gastric Glioma Head and neck Ovarian Pancreatic Renal cell Non-small-cell-lung 31-48 14-91 90 25-77 43-89 4-33 40-63 80-100 35-70 30-89 50-90 40-80

Obitelj receptora epidermalnog čimbenika rasta u ljudi
No specific ligands - often acts as dimer partner NRG2 NRG3 Heregulins β-cellulin EGF, TGFa , b Cellulin Amphiregulin, HB-EGF Heregulins TK TK TK erbB1 HER1 EGFR erbB2 HER2 neu erbB3 HER3 erbB4 HER4

EGFR struktura TK Izvanstanična domena Transmembranska domena
Unutarstanična domena

EGF receptor EGF receptor-funkcionira kao tirozin kinaza
Citoplazmatska domena ima slijed sličan src proteinu, sugerira da EGF djeluje kao tirozin kinaza Promjena EGF može funkcionirati kao onkoprotein EGFsadrži slijed kao onkoprotein koji kodira erbB onkogen od (AEV virusa, avian erythroblastosis virus ) Onkogeni transmembranski receptor neovisan o ligandu (točkasta mutacija ili truncation-isjecanje, skraćenje) Fuzioniranje gena uzrokuje konstitutivnu dimerizaciju receptora-ligand neovisnu

EGFR Stimulation & dimerisation
TK TK TK TK EGFR Stimulation & dimerisation EGFR Homo dimerizacija erbB1 HER1 EGFR erbB2 HER2 neu erbB3 HER3 erbB4 HER4

Rizik za rak TK TK TK Hetero Dimerizacija erbB1 HER1 EGFR erbB2 HER2
EGFR stimulation cont… Hetero Dimerizacija erbB1 HER1 EGFR erbB2 HER2 neu erbB3 HER3 erbB4 HER4 Rizik za rak

Progresija staničnog ciklusa
EGFR- Funkcija u normalnim stanicama TK TK ATP ATP + Genska transkripcija Progresija staničnog ciklusa Antiapoptoza Stanična proliferacija Angiogeneneza

EGFR signalni prijenos u stanicama tumora
TK TK PI3-K GRB2 pY pY SOS pY STAT3 RAS RAF PTEN AKT MEK Genska transkripcija MAPK G1 M S Proliferacijko/ sazrijevanje Preživljavanje (anti-apoptoza) G2 kemoterapija / radioterapija rezistancija Metastaze Angiogeneza

+ + + Ca++ Steroidni hormon MMP α P P G protein Transcription
Drugi mehanizmi stimulacije EGFR MMP + HB-EGF + Heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF) α β γ P P G protein + Ras Src Ca++ Pyk2 MAPK erbB Ligand Gene Transcription Steroid hormone receptor

Kako se EGFR varianta razlikuje od divljeg tipa
EGFR - Varianta III EGFR –divlji tip Nema izvanstanične domene nazočna Ligand ne može vezati Može vezati TK konstitutivno aktivna TK aktivirana vezanjem liganda Ne može stvarati dimere može stvarati dimere Nije nazočna u normalnim stanicama nazočna u normalnim stanicama Prekomjerna ekspresija vodi raku Veća sklonost za rak

Progresija staničnog ciklusa
EGFR variant TK ATP Genska transkripcija Progresija staničnog ciklusa Stanična proliferacija Metastaze Anti Apoptosis Rak

Posljedica proliferacije EGFR receptora
Mutacija Normalna stanica Stanica raka Poremećaj regulacije

EGFR-dobar cilj za karcinom pluća
Visoka razina ekspresije receptora u usporedbi sa zdravim tkivom. EGFR - ključnu ulogu u rastu i funkcije tumorskih stanica. EGFR inhibicija može spriječiti nizvodno aktivnosti. EGFR inhibitori nemaju tešku toksičnost.

Obrazloženje za inhibitore EGFR u karcinomu glave i vrta
EGFR izražen u > 90% slučajeva raka glave i vrata. Prekomjerna ekspresija EGFR povezana sa smanjenim preživljavanjem. povećanje EGFR je rani događaj u karcinogenezi i prisutan je još u premalignim lezijama. Inhibicija EGFR - TK usporava rast tumorskih ksenograft modela glave i vrata.

- - - - Strategija inhibicije EGFR signalizacije Anti-ligand mAbs
EGFR tyrosine kinase inhibitors Bispecific Abs Immune effector cell Anti-EGFR mAbs TK TK TK TK ATP - - - -

Dostupni lijekovi Gefitinib Erlotinib
Visoko selektivan, potentni i reverzibilan EGFR tirozin kinaze inhibitor Cetuximab – Monoklonalna Anti EGFR protutijela H 447 MDX 210 Bispecifična Anti EGFR protutijela Povezana sa anti CD 64

Indikacije Gefitinib & Erlotinib: Cetuximab Doze
Monoterapija u uznapredovalom stadiju NSCLC Cetuximab Metastatski rak debelog crijeva s / bez irinotekana Doze Gefitinib mg O.D. oral Erlotinib mg O.D. oral Cetuximab 400 mg/ m2 i.v.→ 200 mg / m2 i.v. wkly

Popratni učinci osip kože Proljev (EGFR - TKI s) Groznica (EGFR - mAb) Intersticijska bolest pluća - 1% (samo za gefitinib) Prekidi zbog nuspojava su vrlo niski za razliku od kemoterapije

Međureakcija lijeka EGFR - TK inhibitori metaboliziraju se preko CYP3A4. Inhibitori / induktori CYP3A4 mogu promijeniti razinu lijeka. Varfarin interakcije su se dogodile u kliničkim ispitivanjima s gefitinib. Istovremena primjena s varfarinom zahtijeva praćenje PV, INR.

Prednosti inhibitora EGFR
oralno učinkoviti Bolja kvaliteta života. Može se koristiti kao monoterapija. Nema potrebe za premedikacijama ili praćenja doze. Nema hematološke toksičnosti. Potencijal za dugotrajno liječenje. Smanjena otpornost na zračenje ili hormonsku terapiju

Molekularne značajke raka
samodostatnosti čimbenika rasta (ligandi ili receptori) Gubitak odgovor na anti-proliferativne signale Izbjegavanje programirane smrti stanica Povećanje replikativnog potencijala (telomere) Promocija tkivne invazije i metastaziranja Trajna angiogeneza Pojačan abnormalnosti u DNA popravaku i genomskoj nestabilnosti Mutacije u molekularnim signalnim putovima vode do:

Onkogeni Onkogenu funkciju dobivaju
Mutacije onkogena su „pokretač" nastanka tumora Receptor / citoplazmatski tirozin-kinaze (EGFR, PDGFR, Ras / MAPK) Ser / Thr kinaze (AKT, mTOR) Lipidne kinaze (PI-3K) Transkripcijski faktori (c-myc, statistika, c-Jun, c-FOS) Ciklini / CDKs (Ciklin D) Regulatori stabilnosti proteina (MDM2) Antiapoptotski faktori (bcl-2, bcl-XL) Onkogeni Onkogenu funkciju dobivaju Delecijom domene (EGFRvIII, HER2 Točka mutacija (ras) Translokacija (BCR-ABL, Myc) Izmijenjena substaničnog položaja (BCR-ABL) Genska amplifikacija (Myc, EGFR, Her2)

Onkogene mutacije u karcinomu
H-Ras K-Ras N-Ras Neu EGFR Increased expression int-1 int-2 mos Altered protein Myc K-Ras Myb RelA EGFR Amplification Point mutation Insertion Protooncogene Translocation Deletion Normal protein Altered protein EGFR, (ERB-B1), NF-B Altered Protein Abl, Trk Increased expression C-Myc, Bcl-2

Philadelphia Chromosome
Bcr (160KDa) (Breakpoint cluster region) OLI OLI S/TK DH Rac GAP NTS Abl (140KDa) SH3 SH2 TK DB AB Bcr-Abl ALL (190KDa) CML (210KDa/230 KDa) OLI S/TK SH3 SH2 TK DB AB JAK1/2 Crk-L Grb2 Nowell and Hungerford (1960) t(9;22)(q34;q11) CML - 95% ALL, 25-30% in adult and 2-10% in pediatrics Abnormal signaling and localization PI-3 kinase STAT3 STAT5 Sos Akt Ras Cyclin D1,D2,D3 Bcl-xL ERK1/2

Imatinib/Gleevec/STI571
Dasatinib Dasatinib je oralni lijek, inhibitor BCR / ABL i src tirozin kinaze obitelji kod kronične mijeloične leukemije (CML) i Philadelphia kromosoma-pozitivni akutne limfoblastične leukemije (Ph + ALL) a procjenjuje se za upotrebu u brojnim drugim vrstama raka, uključujući i uznapredovali rak prostate. Druker, Sawyers i Talpaz pokazali da Gleevec inhibira proliferaciju CML Inhibiraju Abl vezanjem na ATP-vezno mjesto u domeni kinaza Recidiv kao rezultat leukemijskih subklonova s rezistentnim BCR-ABL mutacijama - tretiranje sa dasatinib

Myc-inducirana onkogeneza
1 434 143 Transactivation Domains MB I MB II DNA Binding and oligomerization LZ HLH 413 407 366 355 Max 151 Myc MB= Myc Boxes BR= Basic Region HLH= Helix-Loop-Helix LZ= Leucine Zipper Mehanizmi onkogene aktivacije 70% karcinoma ima promjene u Myc Kromosomske translokacije -povećavaju c-myc transkripciju (Burkittov limfom, mišji plazmocitom i drugi limfoidnih malignih bolesti) Amplifikacije gena (AML, pluća, dojke, debelog crijeva, mozga, prostate) Točkaste mutacije povećanje transaktivacije funkcije (karcinom dojke, jajnika, debelog crijeva) Aktivacija virusnim promotorom -B stanični limfom ptica-inducirani ptičjim leukemogenim virusom (engl.Avian leukemia virus, ALV)

C-myc Translocations in Cancer
P1 P2 J Cm Ca1 MAR Ei Ck Cl El C-Myc gene k,l,m loci Translocation Translokacije gen c-myc u području transkripcijski aktivne DNA To povećava c-myc ekspresijsku razinu i uzrokuje neprirodnu proliferaciju Za razliku bcr-abl, c-myc translokacije ne mijenjaju strukturu proteina; povećava razinu ekspresije gena i proteina WT

C-Myc translokacije i bolesti
Translocation Genes Disease t(8;14)(q24;q32) t(8;22)(q24;q11) t(8;14)(q24;q11) t(2;8)(p12;q24) c-myc/IgH Igk/c-myc c-myc/Igl c-myc/TCRa,b Burkitt’s lymphoma Diffuse large cell lymphoma T-cell acute lymphoblastic leukemia Multiple myeloma

Ras Oncogenic Mutations
EGFR P sos Tethers Ras to membrane Grb2 GDP P Farnesyl Transferase Inhibitors sos x GTP Ras G12V 1 192 ED Q61L 32 CAAX Box (prenylation) HVR 40 GTPase GTP binding ERK1 ERK2 MEK Src P Raf-1 ERK1 ERK2 MEK Jedan od najčešće mutiranih gena G12V i Q61L su uključeni u GTP vezivanje Obadvije mutacije stabiliziraju GTP-vezu stvarajući Ras Oboje resultira u konstitutivnoj aktivaciji MAPK signala

Ras Mutations in Human Tumors
*K=Kirsten; H=Harvey; N=neuroblastoma Mutation frequency % Predominant Ras isoform* Cancer or site of tumor Non-small-cell lung cancer (adenocarcinoma) 33 K K Colorectal 44 K Pancreas 90 Thyroid H,K,N 53 Follicular H,K,N 60 Undifferentiated papillary Papillary Seminoma 43 K,N Melanoma 13 N Bladder 10 H Liver 30 N Kidney 10 H Myelodyplastic syndrome 40 N,K Acute myelogenous leukemia 30 N

Tumor supresor geni Tumor supresorski geni su "kočnice" koji štite stanice od karcinogeneze -A.G. Knudson prvi dao pretpostavke za Retinoblastoma (Rb) koji loss of both alleles is required for loss of function. This is true for most but not all Ts genes. nasljedan -Maksimum 6 mjeseci starosti -Oba oka -heterozigotna +/- -Drugi rak 36% kumulativnog rizika na 50 god starosti Ne-nasljedan -Maksimumima na 2 godine - Jedno oko pogođen -homozigot + / + -Drugi rak 6% kumulativnog rizika na 50 god starosti

Tumor supresor geni Gubitaak funkcije vodi
Gubitak funkcije mutacijama uključuje gene koji kodiraju: Fosfataze (npr. PTEN) Faktori transkripcije / represori (p53) Popravak gena (BRCA1 / 2, MSH) Inhibitori staničnog ciklusa (Rb) Regulatori stabilnosti proteina (c-CBL) Induktore apoptoze (Bax, Bad) Gubitaak funkcije vodi Nedostatak u zastoju staničnog ciklusa smanjenju apoptoze povećanju metastaza

PTEN tumor supresor gen
Genske mutacije Glioblastoma % Gastric % Melanoma % NHL % Breast % Prostate 30% Endometrium % Ovary % Lung % Bladder 10% Genska metilacija Glioblastoma % Colorectal % Invasive Breast % Melanoma % Thyroid % Endometrium % Prostate % PTEN mutacije su povezane: • Rak (npr COWDEN sindrom), invazivnost, metastaze • otpornost na Herceptina, vinkristin, adriamicin, 5-fluourouracil cisplatina

PTEN PTEN protein je fosfataza koja djeluje na fosfatidilinozitol 3,4,5 trifosfat (PIP3), ključnu komponenta kontrole rasta koja stimulira proliferaciju a suprimira apoptozu; PTEN negativno regulira unutarstaničnu razinu fosfatidilinozitol-3,4,5-trifosfata u stanici i djeluje kao tumor supresor negativno regulirajući AKT / PKB signalni put. Prekomjerna ekspresija PTEN inhibira staničnu migraciju, širenje, fokalnu adheziju.

cell cycle arrest/progression
EGFR Glucose Amino acids GLUT1 PIP2 PIP3 P P sos SH3 Mutant Ras PH Glucose Glucose-6-P Glycolysis Akt Grb2 PI-3K P PTEN PKA GDP P P SH2 sos x SH2 PIP2 PIP3 LKB1 GTP Ras P110 P Raf-1 Src AMPK MEK ERK1 ERK2 MAPK/ERK signaling P P P P P P MDM2 NF-kB BAD FKHD GSK3 mTOR rapamycin p27 FasL p53 SH3 binds proline-rich sequences PH binds lipid ligands (products of PI-3K) SH2 binds phosphotyrosine residues cell death/survival cell cycle arrest/progression DNA repair/misrepair cell metabolism

Retinoblastoma Gene Mutations in Cancer
Small Cell Lung Carcinoma 80% Non-Small Cell Lung Carcinoma 20-30% Osteosarcoma >50% Multiple Myeloma % Mitogens Sherr (2000) Cancer Research 60: Cyclin D CDK 4/6 E2F Rb P E2F P + Rb P S phase entry CDK 2 Cyclin E E2F Cyclin E Cyclin E gene

transcriptional activation
TP53 (p53) Transkripcjski faktor koji se veže na DNA DSBs Degradiran vezivanjem mdm2 Mutatiran u >50% karcinoma ljudi u DNA veznoj domeni Aktivira se preko IR kroz ATM, DNA-PK, etc. povećanje p21 (zastoj staničnog ciklusa) i Bax (apoptoza) ekspresije TP53 -/- miševi su osjetljivi na oštećenja DNA i imaju visoku pojavnost tumora TP53 mutirani tumori su više agresivni i više radiorezistentni P53 protein 1 50 102 292 323 356 363 393 TAD MDM2 DNA binding TET CTR Ser15 Ser33 Ser376 ATM ATR Ser20 Ser37 Ser392 DNA-PK ATR ATM ATR Chk1 Chk2 Phosphorylation sites Decreased MDM2 binding Increased transcriptional activation MDM2 1 108 nls 237 260 289 333 489 p53 binding I II III Ser395 IV ATM (inhibition of p53 nuclear export)

Više mutacija potrebno za onkogenezu
Prijenos jednog onkogen na normalne stanice obično nije dovoljna da ga preobrazi Gubitak jednog alela TS gena nedovoljan Rak učestalost raste s dobi, što ukazuje da je transformaciju stanica zahtijeva nakupljanje višestrukih mutacija Većina onkogena mogu izazvati i rast i apoptozu, što ukazuje da je transformacija zahtijeva jednu mutaciju koja povećava rast stanica, a drugi da inhibira staničnu smrt (onkogen "suradnje"). Primjeri "dva hit" gena parova u tumorima: Ras / P16 BRCA1 / p53 p27 / RB Myc / P53 Myc / Ras

(valjanost "dva pogotka" hipoteze)
Onkogena kooperacija (valjanost "dva pogotka" hipoteze) Ekspresija samo c-myc ili ras nedostatna za transformaciju stanice C-myc Ras P16 P19 Arf p53 Apoptosis Senescence Transformed focus Ekspresija c-myc i ras zajedno vodi transformaciji

Normal Epithelium Small Adenoma Large Adenoma Carcinoma Metastasis
A Multi-step Process in Colorectal Cancer Normal Epithelium APC(adenomatous polyposis coli)-catenin Small Adenoma Increasing Genetic Instability K-Ras/BRAF Large Adenoma SMAD4/TGF-RII PI3K3CA/PTEN TP53/BAX Carcinoma ? Metastasis

Mmultiformni glioblastom
Normal loss of 17p, TP53; PDGF-aR overexpression Grade II Loss of RB, 18q, 9p/IFN/p16; CDK4, MDM2 amplification Grade III EGFR amplification/mutation PDGF-a/b overexpression, loss of PTEN phosphatase on chr. 10 Grade IV GBM Oko 40% glioblastoma pokazuju amplifikaciju genskog lokusa EGFR i oko polovine eksprimiraju mutantni EGFRvIII receptor koji je konstitutivno aktivan zbog skraćivanja izvanstanične ligand-vezujuće domene. EGFRvIII povećava rezistenciju na zračenje 15-20% glioblastoma pacijenata reagira na niskomolekularne inhibitore EGFR kinaza, ali samo ako su netaknute PTEN fosfataze. Inihibicija aktivnosti mTOR rapamicinom pomaže..

Ciklini i kinaze ovisne o ciklinima- skupine dioboupravnih bjelančevina

Ciklini i kinaze ovisne o ciklinima- skupine dioboupravnih bjelančevina
Ciklini i kinaze ovisne o ciklinima (engl. Cvcline Dependent Kinase, CDK) su važne skupine dioboupravnih bjelančevina čiji izražaj i trenutna koncentracija upravlja umnažanjem DNA i diobom stanice. CDK su molekule relativne molekulske mase kD, ciklini oko 60 kD

Regulacija staničnog ciklusa
Trajanje staničnog ciklusa Sat koji određuje vrijeme trajanja staničnog ciklusa Svaka faza se događa samo jednom i mora biti završena do kraja Susstav mora biti prilagodljiv Zaustavljanje staničnog ciklusa -ako predhodna faza nije dovršena -zbog oštećenja DNA ili -signala iz okoline

M G2 G1 G0 S KONTROLA STANIČNOG CIKLUSA G2/M kontrolna točka
G1/S kontrolna točka

Kontrolne Kontrolne točke

Ciklin ovisne kinaze i ciklini
Cdk (engl. cyclin depedent kinases) Proteini odgovorni za redosljed pojedinih faza staničnog ciklusa Osiguravaju da se svaka faza dogodi samo jednom Imaju kinaznu aktivnost samo u kompleksu s ciklinima Imaju kinaznu aktivnost samo u kompleksu s ciklinima Fosforilraju (aktiviraju/inaktiviraju) ciljne proteine na serinu i treoninu što rezultira pokretanjem određene faze staničnog ciklusa Koncentracija u stanici konstantna ali se periodično mjenja tijekom staničnog ciklusa

Kontrolni sustav staničnog ciklusa-proteinske kinaze ovisne o ciklinima i ciklini
Ciklini vežu se za Cdk molekule i kontroliraju njihovu sposobnost da fosfoliraju ciljne proteine Tijekom staničnog ciklusa ciklički se sintetiziraju i degradiraju Postoje: G1 ciklini i mitotički ciklini Fosforilliraju ciljne proteine na serinu i treoninu

Maturacijski promocijski faktor (MPF) –faktor poticanja sazrijevanja
Kontrolira točku G2; regulira ulazak stanice u mitozu Kompleks mitotičkog ciklina i Cdk molekule Aktivirani MPF potiče: Kondezaciju kromosoma Raspad jezgrine ovojnice Reorganizaciju mikrotubula u diobeno vreteno Za završetak mitotičke diobe potrebne fosfataze (uklanjaju fosforilizirana mjesta)

Srž staničnog kontrolnog sustava
Cdk se vezuju s različitim ciklinima kako bi pokrenuli napredovanje staničnog ciklusa Aktivnost Cdk prestaje degradacijom ciklina

Ključni procesi koji potiču napredovanje staničnog ciklusa
Cikličko nastajanje ciklina i Cdk, aktivacija, razgradnja kompleksa ciklina i Cdk Fosforilizacija ciljnih prfoteina

Aktivacija i inaktivacija ciklina
Fizičkim vezivanjem ciklina i CDK molekulski sklop stječe enzimsku aktivnost, a disocijacijom sklopa CDK postaje inaktivna. inhibitorne molekule CDK - ciklinskog sklopa, autofosforilacija, te dinamika sinteze i razgradnje ciklina i CDK putem ubikvitinizacije i proteasomske degradacije, određuju aktivnost tih dioboupravnih sklopova u staničnom ciklusu. Aktivne kinaze, sklopovi CDK-ciklini fosforiliraju supstrate među kojima protein RB (pRB) predstavlja ključnu molekulsko-molekulsku sponu prema izravnim transkripcijskim čimbenicima u jezgri. Stanični mehanizmi su ugođeni na neprestanu diobu a citoplazmatski čimbenici mogu modificirati ciklus

neaktivni E2F aktivni E2F STANICA U DIOBI
aktivni Rb P neaktivni fosforilirani Rb neaktivni E2F aktivni E2F transkripcija ciljni gen STANICA U DIOBI Go Mutacija proteina RB, nema regulacije prelaza stanice iz G1 u S fazu (Retinoblastom)

pRB pRB je bjelančevina relativne molekulske mase 105 kD čiji gen je kod čovjeka smješten na 13q kromosomu. U nefosforiliranom obliku pRB molekula čvrsto veže E2F transkripcijski čimbenik zbog čega on nedostaje u DNA-vezivnim transkripcijskim sklopovima. E2F prijepisni čimbenik se pojavljuje kod čovjeka kao skupina molekula E2F1, E2F2, E2F3, E2F4 i E2F5 koje djeluju u obliku heterodimera s partnerskom molekulom DP 1. Vezno mjesto E2F molekule za pRB čine 18 aminokiselina na karboksi kraju proteina. S druge strane, E2F prijepisni čimbenici izravno se vežu na DNA i to na specifični oktanukleotidni slijed TTTCGCGC, odnosno konsenzualni slijed.

Regulatorne molekule Regulatorne molekule pl5, pl6, p21, p27, p53, pl07, pl30 i RB potencijalna su mjesta poremećaja regulacije staničnog diobenog ciklusa. Odsutnost molekula, patogenetski povoljne mutacije ili kemijska modifikacija tih molekula kočenja rezultira otkočenjem staničnog ciklusa i pojavom nekontrolirane diobe. molekulske promjene koje utječu na izražaj i funkciju ovih regulacijskih sklopova mogu otkočiti sustav i dovesti do nekontrolirane diobe

Geni koji su uključeni u dioboupravne procese stanice sadrže jedan ili više oktanukleotidnih konsenzualnih slijedova za vezno mjesto E2F*

Shematski prikaz približnih vremena utjecaja pojedinih dioboupravnihmolekula u staničnom diobenom ciklusu. Gl/S i G2/M nadzorne točke (označene uspravnim isprekidanim linijama) su kritične dobe staničnog ciklusa na kojima se ciklus zaustavlja pri pojačanju signala kočenja. Pri otkočenju molekulski signali pobude nesmetano i spontano vode stanični ciklus kroz diobe: Cl:CDK=cycline dependent kinase, kinaza ovisna o ciklinima, to jest kinaza kojoj je fizičko vezivanje ciklina neophodan preduvjet za funkcioniranje.)

Shematski prikaz molekulskih putova koji određuju aktivnost staničnog ciklusa. Proteini pl5, pl6, p21 i p27 su inhibitori CDK-ciklinskih kinaznih kompleksa, čime se smanjeno fosforilira RB i pojačano veže E2F što koči stanični ciklus. Proteini pl07 i pl30 izravno koče E2F i stanični ciklus. Simbol "(—)" označava kočenje, a simbol "(+)" pobudu čimbenika iza strelice čimbenikom ispred strelice. Simbol "(+P)" označava fosforilaciju čimbenika iza strelice. Proteini pl5, pl6, p21 i p27 su inhibitori CDK-ciklinskih kinaznih kompleksa, čime se smanjeno fosforilira RB i pojačano veže E2F što koči stanični ciklus.

UČINAK NA DIOBENI STATUS STANICE REZULTAT JE ODNOSA FOSFORILIRANOG I DEFOSFORILIRANOG RB-PROTEINA:
POBUDA: Hiperfosforiliranjem RB smanjuje se nefosforilirani RB čime se oslobađa E2F, koji oblikuje s drugim jezgrinim čimbenicima ključne DNA-vezivne sklopove što pokreće diobu. KOČENJE: Smanjenom fosforilacijom RB povećava se vezivanje E2F, što uzrokuje prestanak diobe, budući da se raspadaju ključni DNA vezivni polimerni sklopovi.

Ciklin D–CDK4, ciklin D–CDK6, i ciklin E–CDK2 reguliraju prijelaz G1-do-S faze pomoću fosforilacije RB proteina (pRB). Ciklin A–CDK2 i ciklin A–CDK1 su aktivni u S fazi. Ciklin B–CDK1 je bitan za G2-do-M prijelaz. Dvije familije CDKIs mogu blokirati aktivnost CDKs i progresiju tkroz stanični ciklus. INK4 inhibitori (p16, p15, p18, i p19) djeluju na c ciklin D–CDK6. Drugi (p21, p27, i p57) mogu inhibirati sve CDKs.

Protoonkogeni Tumorsupresor geni Mutacije onkogeni Gubitak obadva alela Onkogeni proteini Protein kinaze Ciklini Stanični ciklus G1 - S faza

TP53 p21 inhibira ciklin/ciklin-ovisne kinaze
Oštećenje DNA zaustavlja stanični ciklus p53 WAF1 -P53 aktivira transkripciju p21 (inhibitor CdK-4-ciklin D), aktivira gene uključene u popravak i pokreće apoptozu -mutacija p53, vodi nagomilavanju muacija (genske i kromosomske) i nastanku tumora M p21 G2 G1 S p21 inhibira ciklin/ciklin-ovisne kinaze

MOLEKULARNA PATOFIZIOLOGIJA TUMORSKOG PREOBRAŽAJA SOMATSKIH STANICA

Similar presentations

Presentation on theme: "MOLEKULARNA PATOFIZIOLOGIJA TUMORSKOG PREOBRAŽAJA SOMATSKIH STANICA"— Presentation transcript:

Similar presentations

About project

Feedback

Log in

Auth with social network:

MOLEKULARNA PATOFIZIOLOGIJA TUMORSKOG PREOBRAŽAJA SOMATSKIH STANICA

Similar presentations

Presentation on theme: "MOLEKULARNA PATOFIZIOLOGIJA TUMORSKOG PREOBRAŽAJA SOMATSKIH STANICA"— Presentation transcript:

Similar presentations

About project

Feedback