Istoria naturală a cancerelor: Istoria naturală a cancerelor: cancerogeneza, prevenţia cancerelorcancerogeneza, prevenţia cancerelor

Lucian MironLucian Miron

Catedra Oncologie., UMF Catedra Oncologie., UMF ““GR.T. GR.T. PopaPopa”” Iasi Iasi

CuprinsCuprins

Etiopatogeneza cancerelor: cancerogeneza prin agenţi fizici, Etiopatogeneza cancerelor: cancerogeneza prin agenţi fizici, biologici şi chimici.biologici şi chimici.

Fazele carcinogenezei: iniţiere, promoţie şi progresie tumoralăFazele carcinogenezei: iniţiere, promoţie şi progresie tumorală

Genetica cancerului: oncogene, gene supresoare de tumori, genele Genetica cancerului: oncogene, gene supresoare de tumori, genele de reparare a ANDde reparare a AND

Prevenţia primară, secundara, terPrevenţia primară, secundara, terţţiaraiara

CarcinogeneCarcinogenezaza

CarcinogenezaCarcinogeneza este definită ca procesul multistadial prin care o celulă este definită ca procesul multistadial prin care o celulă normală dobândeşte proprietăţi ce permit dezvoltarea fenotipului malign, normală dobândeşte proprietăţi ce permit dezvoltarea fenotipului malign, ca rezultat al interacţiunilor multiple între factori exogeni şi endogeni ca rezultat al interacţiunilor multiple între factori exogeni şi endogeni (genetici, hormonali, imunologici, metabolici).(genetici, hormonali, imunologici, metabolici).

CarcinogenCarcinogen poate fi definit ca un agent a cărui administrare la animalele de poate fi definit ca un agent a cărui administrare la animalele de experienţă determină o incidenţă semnificativ crescută statistic a experienţă determină o incidenţă semnificativ crescută statistic a neoplaziilor, de unul sau mai multe tipuri histologice, faţă de animalele neoplaziilor, de unul sau mai multe tipuri histologice, faţă de animalele neexpuseneexpuse

Carcinogeneza umană poate fi împărţtă în trei mari categoriiCarcinogeneza umană poate fi împărţtă în trei mari categorii:: - - carcinogeni fizicicarcinogeni fizici;; - - carcinogeni biologici carcinogeni biologici;; - - carcinogeni chimici carcinogeni chimici..

Factori carcinogeniFactori carcinogeni

Factori de risc contributori la incidenFactori de risc contributori la incidenţaţa cancerelor umane: cancerelor umane: AlimentaAlimentaţţie (35%)ie (35%) Fumat (30%)Fumat (30%) Factori legaFactori legaţţi de comportamentul sexual ( 7%)i de comportamentul sexual ( 7%) Factori infFactori infeeccţţioioşşi (7%)i (7%) Factori ocupaFactori ocupaţţionali ( 4%)ionali ( 4%) Factori geografici (3%)Factori geografici (3%) Poluarea atmosfericPoluarea atmosfericăă (2%) (2%) Aditivi alimentariAditivi alimentari (<1%) (<1%) MediMedicamentecamente (1%) (1%) Produşi industriali Produşi industriali (1%)(1%) NecunoscuţiNecunoscuţi (?) (?)

Adapted from Hanahan, et al. Cell 2000

Cancer

Independenţa faţă de semnalele de creştere

Independenţa faţă de semnalele inhibitorii

Reducerea sensibilităţii la apoptoză

Potenţial nelimitat de creştere

Dezvoltarea şi menţinerea unei

vascularizaţii tumorale (angiogeneză)

Invazia şi metastazarea

Fenotipul malignFenotipul malign

Hanahan & Weinberg: „HALLMARKS of cancer: the NEXT generation”. Cell, 2011Cele 6 „capacități definitorii ale celulelor maligne”

au rezistat la „proba timpului” și permit înțelegerea logică a complexității cancerelor

Eludarea distrugerii imune

Reprogramarea metabolismului energetic

Instabilitate genomică și mutații

Inflamațiace promovează tumora

Capacități noi

Fenomene favorizante6

Principiile carcinogenezeiPrincipiile carcinogenezei

CCarcinogenezaarcinogeneza este este un proces multistadialun proces multistadial, în fiecare etapă cu , în fiecare etapă cu numeroase evenimente geneticenumeroase evenimente genetice

EExistă o xistă o variabilitate individualăvariabilitate individuală între indivizi între indivizi privindprivind răspunsul la expunerea de carcinogenirăspunsul la expunerea de carcinogeni

Expunerea la carcinogeni este difuză, afectând suprafeţe Expunerea la carcinogeni este difuză, afectând suprafeţe (epitelii) mari care vor fi predispuse la carcinogeneză în sedii (epitelii) mari care vor fi predispuse la carcinogeneză în sedii multiple, având ca rezultat posibilitatea apariţiei unor cancere multiple, având ca rezultat posibilitatea apariţiei unor cancere multiple (multiple (teoria „carcinogenezei în câmpteoria „carcinogenezei în câmp” – descrisă iniţial în ” – descrisă iniţial în 1950, pentru cancerele sferei ORL) 1950, pentru cancerele sferei ORL)

CarcinogeneCarcinogenezaza

Carcinogenii fizici (3-5%)Carcinogenii fizici (3-5%): - : - radiaţii ionizanteradiaţii ionizante

- radiaţiile solare (UV)- radiaţiile solare (UV)

- fibre minerale: azbest şi erionit- fibre minerale: azbest şi erionit

Carcinogeneza viralCarcinogeneza viralăă (15%) (15%)

Carcinogeneza chiCarcinogeneza chimmica (65%)ica (65%)

Factorii fiziciFactorii fizici

Radiaţile ionoizante- bomba atomicăRadiaţile ionoizante- bomba atomică

Un “ Un “ The life Spann StudyThe life Spann Study” 80 000 supravieţuitorii bomei atomice a ” 80 000 supravieţuitorii bomei atomice a rele watt 3 importante concluzii:rele watt 3 importante concluzii:

1.1. Leucemiile sunt cele mai frecvente cancere induse de radiaţiiLeucemiile sunt cele mai frecvente cancere induse de radiaţii

2.2. Vârsta este un factor de risc important, copiisunt cei mai afectaţiVârsta este un factor de risc important, copiisunt cei mai afectaţi

3.3. Riscul de cancer creşte liniar cu doza de iradiere primităRiscul de cancer creşte liniar cu doza de iradiere primită

Ex. Persoană de 30 de ani iradiată prezintă risc de cancer de 47% Ex. Persoană de 30 de ani iradiată prezintă risc de cancer de 47% până la vârsta de 70 de ani.până la vârsta de 70 de ani.

Radiaţii ionizanteRadiaţii ionizante

Radiatiile ionizante sunt definite ca acele Radiatiile ionizante sunt definite ca acele forme de propagare a energiei ]n mediuforme de propagare a energiei ]n mediuradiatii radiatii cu energie suficientă pentru a ioniza moleculele prin dplasarea electronilor din atomicu energie suficientă pentru a ioniza moleculele prin dplasarea electronilor din atomi

AA. . ElectromagneticElectromagneticee (( wa wavvee))::

radiaţii radiaţii gamma gamma - r- radiaţiile β sunt electroni cu viteză mare, comparabilă cu a radiaţiei adiaţiile β sunt electroni cu viteză mare, comparabilă cu a radiaţiei electromagneticeelectromagnetice

radiaţiile Xradiaţiile X sau fotoniisau fotonii

B. B. PParticulatearticulate formează radiaţii ionizante.formează radiaţii ionizante. electronelectronii, , protonprotonii, , α-particlesα-particles nneutronseutrons şi ioni de carbon şi ioni de carbon prin prinn interacţiune cu nucleii atomilor cărora le cedează energia, n interacţiune cu nucleii atomilor cărora le cedează energia,

aceste radiaţii produc protoni de recul, particule alfa şi fragmente nucleare grele ce vor ioniza materiaaceste radiaţii produc protoni de recul, particule alfa şi fragmente nucleare grele ce vor ioniza materia

Radiaţii ionzante- mecanism de acţiuneRadiaţii ionzante- mecanism de acţiune

Acţiune directăAcţiune directă-generarea de electroni cu rupturi monocatenare -generarea de electroni cu rupturi monocatenare

(SSB) sau dublu-catenare (SSB) sau dublu-catenare DSBDSB, deleţii şi translocaţi, deleţii şi translocaţi

Acţiune indirectăAcţiune indirectă prin interacţiunea cu molecula de apă şi formarea prin interacţiunea cu molecula de apă şi formarea de radicali liberi oxidativide radicali liberi oxidativi: :

H2O H2O → H2 +O2→ H2 +O2

H2O →e→ -OH →e→ H2O2→O2- →e→02 ( ROS) H2O →e→ -OH →e→ H2O2→O2- →e→02 ( ROS)

radical hidroxil peroxid hidrogen radical superoxidradical hidroxil peroxid hidrogen radical superoxid

Aceşti radicaliAceşti radicali (ROS) (ROS) determină leziuni ale ADN: deleţia primară, determină leziuni ale ADN: deleţia primară, translocaţii, inversarea secenţelor ADN (efectul de radiobioliză a apei)translocaţii, inversarea secenţelor ADN (efectul de radiobioliză a apei)

Mecanisme de acţiune asupra ADNMecanisme de acţiune asupra ADN

Radiatii ionizante- rupturi ADNRadiatii ionizante- rupturi ADN

Alterarea secvenţei ADN = mutaţie, Alterarea secvenţei ADN = mutaţie, Mutaţiile pot fi: subtile o bază înlocuieşte pe alta ( Mutaţiile pot fi: subtile o bază înlocuieşte pe alta ( tranziţiitranziţii- o purină cu - o purină cu

purină, sau purină, sau transversiitransversii o purină cu pirimidină), aducţi la cele grosire: o purină cu pirimidină), aducţi la cele grosire: translocaţii, deleţii, rupturi cromozomale, inserţii tranziţii şi transversiitranslocaţii, deleţii, rupturi cromozomale, inserţii tranziţii şi transversii

5-10% din mutaţii conduc la cancer5-10% din mutaţii conduc la cancer Carcinogenii sunt mutageni !Carcinogenii sunt mutageni ! Leziunile directe ale ADN induse de radiaţiile ionizanteLeziunile directe ale ADN induse de radiaţiile ionizante sunt: deleţia primară, sunt: deleţia primară,

translocaţia, inversiunea secvenţelor de ADN, rupturi cromozomiale cu defecte de translocaţia, inversiunea secvenţelor de ADN, rupturi cromozomiale cu defecte de reparare, sau amplificarea secvenţelor de ADN (mecanisme de activare a reparare, sau amplificarea secvenţelor de ADN (mecanisme de activare a oncogenelor). oncogenelor).

Aceste mutaţii pot afecta gene de control al sintezei ADN sau reparării ADN, Aceste mutaţii pot afecta gene de control al sintezei ADN sau reparării ADN, inducând inducând instabilitate genicăinstabilitate genică, iar aceasta, la rândul său la creşterea probabilităţii , iar aceasta, la rândul său la creşterea probabilităţii erorilor în replicarea ADN în cursul ciclurilor subsecvente. Aceasta are ca finalitate erorilor în replicarea ADN în cursul ciclurilor subsecvente. Aceasta are ca finalitate modificări în expresia oncogenelor sau activarea genelor supresoare tumoral. modificări în expresia oncogenelor sau activarea genelor supresoare tumoral. Evenimentele finale sunt activarea protoncogenelor şi/sau inactivarea GST Evenimentele finale sunt activarea protoncogenelor şi/sau inactivarea GST

Efectul carcinogenezei radice este dependentă de Efectul carcinogenezei radice este dependentă de vârstă vârstă

Inducerea Inducerea cancerului prin radiaţii este dependent de vârstăcancerului prin radiaţii este dependent de vârstă. . ExemExempple: le: iradierea gl mamare iradierea gl mamare în timpul adolescenti în timpul adolescenti şşi 20 de i 20 de ani este mai frecvent asociata cu cancer de san decat dupani este mai frecvent asociata cu cancer de san decat dupăă varsta devarsta de 40 de ani 40 de ani..

Distribuția după vârstă de radiații cancer induse este smilar la Distribuția după vârstă de radiații cancer induse este smilar la modelul incidenta natural apărute.modelul incidenta natural apărute.

Există o doză betweenradiation relație și inducerea cancerului. Există o doză betweenradiation relație și inducerea cancerului. Acest lucru se datorează probabil cantitatea de deteriorarea Acest lucru se datorează probabil cantitatea de deteriorarea ADN-ului sunt cauzate; la doze mai mici, celulele pot ADN-ului sunt cauzate; la doze mai mici, celulele pot supravietui în timp ce la doze mai mari, mutatii letale domina supravietui în timp ce la doze mai mari, mutatii letale domina

RadiaRadiaţţiiiilele solare (UV) solare (UV)

Lumina UV pot fi clasificate în trei tipuri, în funcție de lungimea Lumina UV pot fi clasificate în trei tipuri, în funcție de lungimea de undă:de undă: - UVC cu lungimi de undă cuprinse 240 - 290 nm, - UVC cu lungimi de undă cuprinse 240 - 290 nm, - - UVB variind de 290 - 320 nmUVB variind de 290 - 320 nm, - cea mai cancerigenă, - cea mai cancerigenă - UVA cuprinse între 320 și 400 nm. - UVA cuprinse între 320 și 400 nm.UVC nu este în lumina soarelui, care ajunge pe pământ, pentru UVC nu este în lumina soarelui, care ajunge pe pământ, pentru că este rapid absorbit de atmosfera terestră.că este rapid absorbit de atmosfera terestră.UVB pare a fi în primul rând responsabil pentru inducerea UVB pare a fi în primul rând responsabil pentru inducerea cancerului de piele dupa expunerea la soare. cancerului de piele dupa expunerea la soare.

Determină mutaţii directe ale ADN-ului mediată de UVB.Determină mutaţii directe ale ADN-ului mediată de UVB.

În pilea umană penetrarea este superficială, mai puţin de În pilea umană penetrarea este superficială, mai puţin de 1 mm în profunzime 1 mm în profunzime..

Lumina UV- în special UVB!Lumina UV- în special UVB!

A) Efectul directA) Efectul direct al al UVB and UVC UVB and UVC este mediat determină apariţia este mediat determină apariţia mutaţilor de tip mutaţilor de tip dimerizare pirimidinelordimerizare pirimidinelor (ciclobutan- pirimidină şi (ciclobutan- pirimidină şi pirimidin-pirimidonă); formarea dimerului de pirimidină crează o îndoire pirimidin-pirimidonă); formarea dimerului de pirimidină crează o îndoire a helixului ADN şi ADN-polimeraza nu mai poate citi configuraţia ADN a helixului ADN şi ADN-polimeraza nu mai poate citi configuraţia ADN şi polimeraza include un reziduu “A” dimerii de ciclobutan-pirimidină şi polimeraza include un reziduu “A” dimerii de ciclobutan-pirimidină reprezintă 80% din mutaţiile UVB.reprezintă 80% din mutaţiile UVB.

Cel mai important dimerul ciclobutan-pirimidină (fotoprodus 6-4)Cel mai important dimerul ciclobutan-pirimidină (fotoprodus 6-4) B) B) Efecte indirectEfecte indirect prin specii oxidative şi imunosupresie acţiune asupra prin specii oxidative şi imunosupresie acţiune asupra

celulelor Langerhanscelulelor Langerhans

Melanomul malignMelanomul malign

Rolul azbestuluiRolul azbestului şi erionit şi erionit

Azbestul este un grup complex de fibre mineraleAzbestul este un grup complex de fibre minerale naturale de siliciu naturale de siliciu, fiecare cu structură , fiecare cu structură unică, compoziţie şi reactivitate chimică diferite. Cele două subgrupe distincte unică, compoziţie şi reactivitate chimică diferite. Cele două subgrupe distincte principale de fibre sunt principale de fibre sunt chrisotilchrisotil (serpentinate, lungi) şi (serpentinate, lungi) şi amfiboliamfiboli (scurte, drepte). (scurte, drepte).

Efect directEfect direct “ “stres oxidativstres oxidativ”- majoritatea acestor efecte sunt datorate proceselor ”- majoritatea acestor efecte sunt datorate proceselor oxido-reductive (având ca suport ionii de fier din structura chimică a fibrelor de oxido-reductive (având ca suport ionii de fier din structura chimică a fibrelor de azbest), care eliberează azbest), care eliberează radicali liberi de oxigenradicali liberi de oxigen (ROS=) reactivi’= (ROS=) reactivi’= induce leziuni ale induce leziuni ale ADN (inclusiv mutaţii tip DSB şi deleţii ale crs. 1p, 3p, 6q, 9q, 13q, 15 şi 22q), ADN (inclusiv mutaţii tip DSB şi deleţii ale crs. 1p, 3p, 6q, 9q, 13q, 15 şi 22q), perturbă mitoza şi segregarea cromozomilor inactivarea unor GST cu rol crucial în perturbă mitoza şi segregarea cromozomilor inactivarea unor GST cu rol crucial în controlul ciclului celular şi apoptozei, fie activarea de protooncogene (controlul ciclului celular şi apoptozei, fie activarea de protooncogene ( fosfos, , junjun, , metmet, , frafra-1); acestea stimulează proliferarea celulelor mezoteliale prin mecanisme -1); acestea stimulează proliferarea celulelor mezoteliale prin mecanisme auto-/paracrine ce implică supraproducţia factorilor de creştere tisulari: auto-/paracrine ce implică supraproducţia factorilor de creştere tisulari: factor de factor de necroză tumorală alfanecroză tumorală alfa (TNFα), (TNFα), factor de creşterefactor de creştere epidermal epidermal (EGF), (EGF), plachetarplachetar (PDGF), (PDGF), hepatocitichepatocitic (HGF), (HGF), keratinocitickeratinocitic (KGF) etc. (KGF) etc. GENERAREA DE ROSGENERAREA DE ROS

Efectul indirectEfectul indirect: ca rezultat a fagocitozei fibrelor de azbest şi eliberării de citokine, : ca rezultat a fagocitozei fibrelor de azbest şi eliberării de citokine,

cu inducerea unui răspuns inflamator. Inflamaţia poate la rândul său facilita creşterea, cu inducerea unui răspuns inflamator. Inflamaţia poate la rândul său facilita creşterea, selecţia clonală şi expansiunea celulelor cu mutaţii, precum şi angiogenezaselecţia clonală şi expansiunea celulelor cu mutaţii, precum şi angiogeneza

Carcinogeneza biologicăCarcinogeneza biologică

Carcinogen viruses:Carcinogen viruses: DNA virusesDNA viruses

PPapillomaviruses [HPV]apillomaviruses [HPV]: col uterin, orofaringe, cancere anale: col uterin, orofaringe, cancere anale Epstein-Barr virus [EBV]Epstein-Barr virus [EBV]: limfom malign Burkitt: limfom malign Burkitt, , hepatitis B virus [HBV]hepatitis B virus [HBV]- hepatocarcinomul- hepatocarcinomul Herpes virus- Sarcomul Herpes virus- Sarcomul [KSHV] [KSHV]

Virusuri ARNVirusuri ARN Retroviridae: Retroviridae:

human T-lymphotropic virus (HTLV) human T-lymphotropic virus (HTLV) human immunodeficiency virus (HIV)human immunodeficiency virus (HIV)

FlaviviridaeFlaviviridae hepatitis C virus (HCV)hepatitis C virus (HCV)

Helicobacter Helicobacter pyloripylori

Human PapillomavirusHuman Papillomavirus (HPV) (HPV)

70 genetically distinct types of HPV70 genetically distinct types of HPV: oncogenes are : oncogenes are 16,18, 33,34, 4416,18, 33,34, 44 Some types (e.g., 1, 2, 4, and 7) cause benign squamous papillomas (warts) Some types (e.g., 1, 2, 4, and 7) cause benign squamous papillomas (warts)

in humansin humans Genesis of several cancers: Genesis of several cancers:

squamous cell carcinoma of the cervixsquamous cell carcinoma of the cervix anogenital regionanogenital region Oropharyngian cancer and laryngeal cancersOropharyngian cancer and laryngeal cancers

E6 and E7E6 and E7 enhance p53 degradation, causing a block in apoptosis enhance p53 degradation, causing a block in apoptosis and decreased activity of the p21 cell cycle inhibitor. E7 and decreased activity of the p21 cell cycle inhibitor. E7 associates with p21 and prevents its inhibition of the Cyclinassociates with p21 and prevents its inhibition of the Cyclin

Structura genomului HPVStructura genomului HPV

Oncogene HPVmutagene prin inserţieOncogene HPVmutagene prin inserţie

Carcinogeneza Carcinogeneza HPVHPV

Efectul de proteine HPV E6 si E7 pe ciclului celular. E6 și E7 spori degradarea p53, provocând un bloc în apoptoza și a scăzut activitatea inhibitorului ciclului celular p21. E7 asociază cu p21 si previne sa de inhibare a complexului Cyclin/CDK4; E7 se poate lega la RB, restricție eliminarea ciclului celular.Efectul net al HPV E6 si E7 proteine este de a bloca apoptoza și înlăturarea restrictionări la proliferarea celulelor(see Fig. 7-29). (Modified from Münger K, Howley PM: Human papillomavirus immortalization and transformation functions. Virus Research 89: 213-228, 2002.)

Genomul HPVGenomul HPV

Cancerul de col uterinCancerul de col uterin

Epstein-Barr VirusEpstein-Barr Virus

Ilustrarea schemei prin care EBV induce limfomul Burkitt.

Virusul hepatiei BVirusul hepatiei B

ADN-ul viral este integrat în genomulADN-ul viral este integrat în genomul celulei gazdăcelulei gazdăGenomul VHB nu codifica oncoproteine, și a fost sugerat că ar putea Genomul VHB nu codifica oncoproteine, și a fost sugerat că ar putea dezvolta tumori prin dezvolta tumori prin mutageneză insertionalamutageneză insertionalaEste probabil, un efect direct al VHB Este probabil, un efect direct al VHB Cauzatoare de leziuni cronice de celule hepatice de regenerare și care Cauzatoare de leziuni cronice de celule hepatice de regenerare și care însoțesc hiperplazie, VHB extinde piscina de celule de ciclism la risc însoțesc hiperplazie, VHB extinde piscina de celule de ciclism la risc pentru modificările ulterioare geneticepentru modificările ulterioare geneticeMutațiile pot apărea în mod spontan sau pot fi provocate de agenți de Mutațiile pot apărea în mod spontan sau pot fi provocate de agenți de mediu, cum ar fi aflatoxinele alimentaremediu, cum ar fi aflatoxinele alimentareVHB codifică un VHB codifică un element de reglementare numit HBXelement de reglementare numit HBX de proteine , care de proteine , care perturba controlul cresterea normala a celulelor hepatice infectate prin perturba controlul cresterea normala a celulelor hepatice infectate prin activarea transcriptie a mai multor gene promovarea creșterii economiceactivarea transcriptie a mai multor gene promovarea creșterii economice

Virusul hepatiei BVirusul hepatiei B

Ciclul Ciclul HBV HBV

Procesul multistadial de transformare Procesul multistadial de transformare malignă hepaticămalignă hepatică

Potential TargetsPotential Targets

Oxidative Oxidative stress and stress and

inflammationinflammation

Viral Viral oncogenesoncogenes

CarcinogenCarcinogenss

Growth factorsGrowth factors Telomere Telomere shorteningshortening

Cancer Cancer stem cellsstem cells

Loss of cell Loss of cell cycle cycle

checkpointscheckpoints

AntiapoptoAntiapoptosissis

AngiogenesiAngiogenesiss

Normal liver

Liver cirrhosis

Hepatitis CHepatitis B

EthanolNASH

Epigenetic alterationsGenetic alterations

HCC[2]

Dysplastic nodules[1]

1. Tornillo L, et al. Lab Invest. 2002;82:547-553. 2. Verslype C, et al. AASLD 2007. Abstract 24.

MecMecanismul anismul oncogenezei oncogenezei

retrovirusurilorretrovirusurilor

Ciclul de replicare retrovirale începe atunci când glicoproteine retrovirale plic se leaga de receptorii Ciclul de replicare retrovirale începe atunci când glicoproteine retrovirale plic se leaga de receptorii specifici celulare si medieze fuziune a membranelor celulare virale și, ca rezultat eliberarea de specifici celulare si medieze fuziune a membranelor celulare virale și, ca rezultat eliberarea de capsida virale în celulă.Retrovirale ARN genomului este apoi neacoperite, inversa transcrise în o capsida virale în celulă.Retrovirale ARN genomului este apoi neacoperite, inversa transcrise în o copie ADN dublu catenar, și integrate în genomul celulei gazdă, în cazul în care acesta își are copie ADN dublu catenar, și integrate în genomul celulei gazdă, în cazul în care acesta își are reședința ca un provirus. Transcrierea rezultatelor provirusuri în producerea de ARN viral, care pot fi reședința ca un provirus. Transcrierea rezultatelor provirusuri în producerea de ARN viral, care pot fi traduse in proteine virale. Aceste proteine virale împacheta, apoi ARN-ului viral genomice în virioni traduse in proteine virale. Aceste proteine virale împacheta, apoi ARN-ului viral genomice în virioni infectiosi, care sunt eliberate din celula. (Caracteristici generale comune de retrovirusuri sunt infectiosi, care sunt eliberate din celula. (Caracteristici generale comune de retrovirusuri sunt ilustrate, există variații ale proceselor de teze de retrovirusuri între diferite.)ilustrate, există variații ale proceselor de teze de retrovirusuri între diferite.)

Carcinogeneza indusă de ARN virusuriCarcinogeneza indusă de ARN virusuri

Virusul HIVVirusul HIV

HIV-1 and HIV-2 are members of the Lentivirus genus of HIV-1 and HIV-2 are members of the Lentivirus genus of retrovirusesretroviruses

Mecanismele carcinogenezei viraleMecanismele carcinogenezei virale

Virusul poate provoca modificări directe oncogenetic de numeroase Virusul poate provoca modificări directe oncogenetic de numeroase mecanisme, inclusiv următoarele:mecanisme, inclusiv următoarele:

   - activarea de protooncogene- activarea de protooncogene→oncogene în→oncogene în celula normală; celula normală;  -inhibarea gena supresoare funcție;  -inhibarea gena supresoare funcție;  care afectează modificările epigenetice, de exemplu, de metilare   care afectează modificările epigenetice, de exemplu, de metilare cauzând inhibarea transcriptiei;cauzând inhibarea transcriptiei;  - consolidarea deteriorarării ADN-ului - care acționează sinergic cu  - consolidarea deteriorarării ADN-ului - care acționează sinergic cucu mutaţiile iie, induse de radiaţiicu mutaţiile iie, induse de radiaţii- apoptoza inhibarea celulelor deteriorate;- apoptoza inhibarea celulelor deteriorate;interfereze cu mecanismele de repararea ADN-ului;interfereze cu mecanismele de repararea ADN-ului;• rezistent la gazdă ale organismului mecanismelor imune efectoare• rezistent la gazdă ale organismului mecanismelor imune efectoare

Helicobacter pyloriHelicobacter pylori

Carcinoame gastrice si limfoame gastriceCarcinoame gastrice si limfoame gastriceTratamentul infecției cu Tratamentul infecției cu H. pyloriH. pylori cu rezultate antibiotice in regresie cu rezultate antibiotice in regresie a limfomului, în cele mai multe cazuria limfomului, în cele mai multe cazuriTulpinile de boala cauzatoare de conţin o "insulă de patogenitate" Tulpinile de boala cauzatoare de conţin o "insulă de patogenitate" care conține care conține cagAcagA (gena citotoxina asociat A), gena și un sistem (gena citotoxina asociat A), gena și un sistem secretorie, care injecteaza proteine cagA în celulele gazdăsecretorie, care injecteaza proteine cagA în celulele gazdăO altă genă asociată cu virulenta este Vaca, care codifica o toxina O altă genă asociată cu virulenta este Vaca, care codifica o toxina care cauzeaza vacuolizare celulară şi apoptoza.care cauzeaza vacuolizare celulară şi apoptoza.

Infecția este asociată cu adenocarcinoame gastrice de tip intestinal, Infecția este asociată cu adenocarcinoame gastrice de tip intestinal, printr-o secvență care implică gastrite cronice, atrofie multifocala cu printr-o secvență care implică gastrite cronice, atrofie multifocala cu secreția de acid gastric mai mic, metaplazie intestinală, displazie, si secreția de acid gastric mai mic, metaplazie intestinală, displazie, si carcinomcarcinom

CCarcinogeneza chimicăarcinogeneza chimică

Carcinogenii chimic - clasificareCarcinogenii chimic - clasificare

Clasificare în 10 grupe:Clasificare în 10 grupe: Hidrocarburile policiclice aromaticeHidrocarburile policiclice aromatice Aminele aromaticeAminele aromatice Azo coloranţiAzo coloranţi Nitrozaminele şi nitrozamideleNitrozaminele şi nitrozamidele Compuşii hidrazo şi azoxiCompuşii hidrazo şi azoxi CarbamaţiiCarbamaţii Compuşii halogenaţiCompuşii halogenaţi Produşii naturaliProduşii naturali Carcinogeni inorganiciCarcinogeni inorganici Compuşi diverşi ( agenţii alkilanţi, aldehide, fenolii)Compuşi diverşi ( agenţii alkilanţi, aldehide, fenolii)

Diol epoxideDiol epoxide

Metabolism of carcinogensMetabolism of carcinogens

Activare și detoxificare prin 2 căi:Activare și detoxificare prin 2 căi:ETAPA IETAPA I: Faza I OXIDARE enzime (cum ar fi mono-oxigenases, : Faza I OXIDARE enzime (cum ar fi mono-oxigenases, oxidazelor, reductases, dehidrogenases, și esterazele) să introducă oxidazelor, reductases, dehidrogenases, și esterazele) să introducă sau mascarea grupe funcționale grupuri funcționale pe substrat mamă. sau mascarea grupe funcționale grupuri funcționale pe substrat mamă. Cea mai importanta faza I sistemul enzimatic este citocromul P450 Cea mai importanta faza I sistemul enzimatic este citocromul P450 mono-oxigenase CYP) – mono-oxigenase CYP) – CYP A1CYP A1 superfmiliy constând din formarea de superfmiliy constând din formarea de hemoproteins care catalizează oxidarea de atomi de carbon, azot și hemoproteins care catalizează oxidarea de atomi de carbon, azot și sulf. Oxidarea prin P 450 enzimele pot produce fie electrophiles sulf. Oxidarea prin P 450 enzimele pot produce fie electrophiles instabile (epoxizi) sau compuși stabile hydroxiladed care pot servi ca instabile (epoxizi) sau compuși stabile hydroxiladed care pot servi ca substraturi pentru enzimele de conjugare apoi transferază.substraturi pentru enzimele de conjugare apoi transferază.FAZA II:FAZA II: Teste-de faza a II-detoxifierea enzimelor, de obicei, metaboliți Teste-de faza a II-detoxifierea enzimelor, de obicei, metaboliți reactive. Acestea includ UDP-glucuronozil, sulfontransferaes, reactive. Acestea includ UDP-glucuronozil, sulfontransferaes, metiltransferaza, glutatione S-transferazele și acetiltransferases care metiltransferaza, glutatione S-transferazele și acetiltransferases care catalizează conjugarea voluminoase, adesea solubile în apă catalizează conjugarea voluminoase, adesea solubile în apă substituenți pe mlecules chimice hidroxil de grup, astfel încât substituenți pe mlecules chimice hidroxil de grup, astfel încât produsele lor pot fi excretate.produsele lor pot fi excretate.

Model conceptual al carcinogenezei prin Model conceptual al carcinogenezei prin fumul de ţigară:fumul de ţigară:

PKA, protein kinase A.PKA, protein kinase A.

Aducţii ADNAducţii ADN

Benzopyrene DNA adducts

Model conceptual al carcinogenezei prin Model conceptual al carcinogenezei prin fumul de ţigarăfumul de ţigară

Erori frecvente la nivel ADNErori frecvente la nivel ADN

Mutaţiile frecvente la nivel sunt:Mutaţiile frecvente la nivel sunt:- - Pierderea unei baze purinice sau pirimidinice (AP) site-uri (site-uri Pierderea unei baze purinice sau pirimidinice (AP) site-uri (site-uri abasic);abasic);- Modificări de bază, cum ar fi alkylations sau deamidations care - Modificări de bază, cum ar fi alkylations sau deamidations care transformă citozina, adenina și guanina la uracil, hipoxantin și xantină, transformă citozina, adenina și guanina la uracil, hipoxantin și xantină, respectiv.respectiv.- Mutageneza fotochimică prin lumină UV poate genera dimeri - Mutageneza fotochimică prin lumină UV poate genera dimeri pirimidinice, dimerii astfel de pirimidină cyclobutane (CPDs) și (6-4) pirimidinice, dimerii astfel de pirimidină cyclobutane (CPDs) și (6-4) pirimidină photoproducts pyrimidone (6-4PPs).pirimidină photoproducts pyrimidone (6-4PPs).- Agenți chimici și specii reactive de oxigen (ROS) poate modifica - Agenți chimici și specii reactive de oxigen (ROS) poate modifica baze.baze.Erori de replicare și de conversii de bază pot genera perechi de Erori de replicare și de conversii de bază pot genera perechi de nucleotide nepotrivire.nucleotide nepotrivire.Eșecuri în metabolismul ADN-ul normal de topoizomeraze și nuclează Eșecuri în metabolismul ADN-ul normal de topoizomeraze și nuclează sau radiații ionizante poate genera monocatenar și dublu-pauze sau radiații ionizante poate genera monocatenar și dublu-pauze Strand.Strand.

FAZELE CARCINOGENEZEI FAZELE CARCINOGENEZEI CHIMICECHIMICE

InIniţiereaiţierea

IniţiIniţierea- primulerea- primul pas pas înîn carc carciinogeneznogenezăă

IniţiereaIniţierea este procesul rapid ireversibil prin care se produc este procesul rapid ireversibil prin care se produc modificări „discrete“ dar permanente ale ADN–ului celular modificări „discrete“ dar permanente ale ADN–ului celular sau sau alterarea ireversibilăalterarea ireversibilă a structurii genetice a unei celule, a structurii genetice a unei celule, rezultând o celulă cu potenţial evolutiv spre o clonă malignă. rezultând o celulă cu potenţial evolutiv spre o clonă malignă.

Cel puţin trei funcţii celulare sunt importante în Cel puţin trei funcţii celulare sunt importante în iniţiereiniţiere: : metabolizarea carcinogenului, metabolizarea carcinogenului, repararea ADN-ului şi repararea ADN-ului şi proliferarea celulară. proliferarea celulară. CaracteristiciCaracteristici:: - mutaţie ireveersibilă- mutaţie ireveersibilă - mutaţia este - mutaţia este “fixată“fixată” în succesiunea generaţiilor celulare” în succesiunea generaţiilor celulare - mutaţiile sunt cumulative- mutaţiile sunt cumulative

II. II. Promoţia- Promoţia- al doilea pasal doilea pas

PromoţiaPromoţia este al doilea pas al carcinogenezei. Promoţia este este al doilea pas al carcinogenezei. Promoţia este procesul prin care celula iniţiată dobândeşte capacitatea de procesul prin care celula iniţiată dobândeşte capacitatea de diviziune selectivă şi de expansiune clonală prin dereglarea diviziune selectivă şi de expansiune clonală prin dereglarea creşterii şi diferenţieriicreşterii şi diferenţierii. .

Promorii celulariPromorii celulari prezintă următoarele trăsături prezintă următoarele trăsături Nu sunt mutageni şi nu sunt Nu sunt mutageni şi nu sunt per seper se carcinogeni carcinogeni Îşi mediază efectele biologice fără activare metabolicăÎşi mediază efectele biologice fără activare metabolică Determină reducerea perioadei de latenţă pentru formarea Determină reducerea perioadei de latenţă pentru formarea

tumorală după expunererea la un iniţiator tumoral.tumorală după expunererea la un iniţiator tumoral. Cresc numărul tumorilor formateCresc numărul tumorilor formate Determină geneza tumori în asociaţie cu un iniţiator a cărui Determină geneza tumori în asociaţie cu un iniţiator a cărui

acţiune nu este suficientă singură să inducă carcinogenezaacţiune nu este suficientă singură să inducă carcinogeneza..

Fazele carcinogenezei umaneFazele carcinogenezei umane

Factorii de creştere celulariFactorii de creştere celulari

Factorii de creştere celulariFactorii de creştere celulari (growth factors) sunt polipeptide (growth factors) sunt polipeptide produse de celule care stimulează sau inhibă prolifearea fie pe produse de celule care stimulează sau inhibă prolifearea fie pe aceiaşi celulă sau pe alte celule.aceiaşi celulă sau pe alte celule.

Interacţinează cu celula prin receptori în membrana celularăInteracţinează cu celula prin receptori în membrana celulară Factori de creştere: Epidermal (EGF), al Factori de creştere: Epidermal (EGF), al PPlachetelor (PDGF), lachetelor (PDGF),

FFbroblastic (FGF)broblastic (FGF) Receptorii factorilor de creştere prezintă o porţiune Receptorii factorilor de creştere prezintă o porţiune

extracelulară, transmembranară şi intracelulară)extracelulară, transmembranară şi intracelulară)

SecreSecreţţia factorilor de creia factorilor de creşştere celularitere celulari

TransducTransducţţia semnaluluiia semnalului

Transducţia semnaluluiTransducţia semnalului la nivel celular se referă la semnalizarea de la la nivel celular se referă la semnalizarea de la exteriorul celulei în interiorul celulei pe calea:exteriorul celulei în interiorul celulei pe calea:

mişcării ionilormişcării ionilor în interiorul sau spre exteriorul celulei prin canalele ionice în interiorul sau spre exteriorul celulei prin canalele ionice cu modificarea potenţialului electric al celulei care este convertit în semnal cu modificarea potenţialului electric al celulei care este convertit în semnal prin celuăprin celuă

cuplarea ligant-receptorcuplarea ligant-receptor determină evenimente precum fosforilarea prin determină evenimente precum fosforilarea prin intermediul tirozinkinazelor şi/sau serine/ troninkinaze; fosforilarea intermediul tirozinkinazelor şi/sau serine/ troninkinaze; fosforilarea proteinelor determină modificări în activitatea enzimelor şi conformaţei proteinelor determină modificări în activitatea enzimelor şi conformaţei proteiceproteice..

Activarea acestor cActivarea acestor căăi conduce la: i conduce la: proliferare celularproliferare celularăă, , diferentiatiere, migration/motilitdiferentiatiere, migration/motilitate, ate, adeziune, perturbarea adeziune, perturbarea apoptozei, supravieapoptozei, supravieţţuire uire lungălungă şşi activarea transcripi activarea transcripţieiţiei genice genice..

Proliferarea celularProliferarea celularăă- etape- etape

Celula normalaCelula normala necesită semnale de stimulare a creşterii pentru a prolifera. necesită semnale de stimulare a creşterii pentru a prolifera. Aceste semnale sunt transmise pe calea receptorilor transmembranari, care Aceste semnale sunt transmise pe calea receptorilor transmembranari, care se leagă de liganzi precum factorii de creştere, componentele matricii se leagă de liganzi precum factorii de creştere, componentele matricii extracelulare, molecule de adeziune intercelulare şi moleculele de extracelulare, molecule de adeziune intercelulare şi moleculele de interacţiuneinteracţiune

Proliferarea celulelor normaleProliferarea celulelor normale parcurge următoarele etape: parcurge următoarele etape: legarea unui factor de creşterelegarea unui factor de creştere de un receptor specific localizat la nivelul de un receptor specific localizat la nivelul

membranei celularemembranei celulare activarea limitativă şi tranzitorieactivarea limitativă şi tranzitorie a factorului decreştere care activează un semnal a factorului decreştere care activează un semnal

de transducţie prin sinteza unei proteine la nivelul feţei interne a membraneide transducţie prin sinteza unei proteine la nivelul feţei interne a membranei transmiterea unui semnal de transduceretransmiterea unui semnal de transducere prin intermediul citozolului prin prin intermediul citozolului prin

intermediul mesagerilor secundari sau a intermediul moleculelor de senal care intermediul mesagerilor secundari sau a intermediul moleculelor de senal care activează direct transcripţiaactivează direct transcripţia

inducţia şi activarea unor factori reglatoriinducţia şi activarea unor factori reglatori nucleari care iniţiază transcripţia ADN. nucleari care iniţiază transcripţia ADN. Intrarea şi progresiaIntrarea şi progresia celulei în cadrul ciclului celular, având ca rezultat diviziunea celulei în cadrul ciclului celular, având ca rezultat diviziunea

celulară.celulară...

Burstein HJ, et al. N Engl J Med. 2005;353:1652-1654.

Receprorul Her2: Mecanism de actiuneReceprorul Her2: Mecanism de actiune

Copyright © 2005 Massachusetts Medical Society. All rights reserved.

EGFR ocupa un loc importantEGFR ocupa un loc important (“driver”) in c(“driver”) in căăile de ile de semnalizare din interiorul celulelor tumoralesemnalizare din interiorul celulelor tumorale

1. Dimerizarea receptorilor care au fixat ligandul

3. Activarea a doua cai majore de semnalizare intracelulara

CaleaPI3K-AKT-

mTOR

Calea RAS-RAF-MEK-MAPK

4. Raspuns celular la semnalizare

2. Fosforilarea domeniului tirozin-kinazic

P P

Proliferare/maturizare

celulara

Supravietuire/anti-apoptoza

Metastazare

Angiogeneza

Activarea semnalizarii intracelulare prin intermediul Activarea semnalizarii intracelulare prin intermediul EGFREGFR

P P

ATPATP

Proliferare/maturizare

celulara

Supravietuire/anti-apoptoza

Metastazare

Angiogeneza

CaleaPI3K-AKT-mTOR

Calea RAS-RAF-MEK-MAPK

Calea PI3K-AKT

CaleaMAPK

Proliferare /maturizare

celulara

Supravietuire/anti-apoptoza

Metastazare

Angiogeneza

Efectele blocarii semnalizarii pe calea EGFR Efectele blocarii semnalizarii pe calea EGFR utilizand un inhibitor de tirozinkinazautilizand un inhibitor de tirozinkinaza

TKITKI

ATPATP

EGFR TKI blocheaza fixarea ATP si impiedica activarea

domeniului TK

Inhibarea semnalizarii intracelulare

EGFR: biologia sa molecularaEGFR: biologia sa moleculara

DomeniulExtracelular

DomeniulTirozin-kinazic

Domeniul de reglare

Proteina EGFR (170 kDa)

DomeniulTransmembranar

Exoni 1–16

Exoni 18–24

Exoni 25–28

Transcriptia EGFR

Exon 17

EGFR

Cromozom 7

Normal (1x)~ 25,000-50,000 HER2

receptors

Overexpressed HER2 (10-100x)

up to ~ 2,000,000 HER2 receptors

Excessive cellular division

Exemplu: sExemplu: supraexpresia receptorului upraexpresia receptorului HER2 HER2 in cancerul mamarin cancerul mamar

Pegram MD, et al. Cancer Treat Res. 2000;103:57-75. Ross JS, et al. Am J Clin Pathol. 1999;112(suppl 1):S53-S71. Slamon DJ, et al. Science. 1987;235:177-182.

HER2 is overexpressed in ~ 25% of breast cancers

Supraexpresia receptorului HER Supraexpresia receptorului HER îîn cancerul n cancerul mamarmamar

HER2HER2 oncogeneoncogeneamplificationamplification

HER2 oncoproteinoverexpression

Shortened survivalMedian Survival From First DiagnosisHER2 overexpressing

3 yrsHER2 normal

6-7 yrs

Slamon DJ, et al. Science. 1987;235:177-182. Slamon DJ, et al. Science. 1989;244:707-712.

Căile de semnal esenţiale la nivel celularCăile de semnal esenţiale la nivel celular

Calea protein-kinazelor: ligant (factor de creştereCalea protein-kinazelor: ligant (factor de creştere→receptor→ →receptor→ activare→dimerizare→autofosforilare→ activare→dimerizare→autofosforilare→ RAS/RAF/ MEK/ RAS/RAF/ MEK/ MAPKMAPK→activare→activare factor de transcripţie nuclear→ expresie genică factor de transcripţie nuclear→ expresie genică

Calea fosfatidil-inositol-3-kinaza: Calea fosfatidil-inositol-3-kinaza: PTEN/ PI3K/ AKT/ mTORPTEN/ PI3K/ AKT/ mTOR

Protein kinaze C (Protein kinaze C (PKCPKC))

calea Ras-Raf-MEK-MAPKcalea Ras-Raf-MEK-MAPK calea P13K-Akt-TOR calea P13K-Akt-TOR Calea PKCCalea PKC

CCăăile de semnal celulareile de semnal celulare

„ „ O cale a cancerului” poate fi definită ca un sistem reglator a cărui activare sau inactivare de o mutaţie genetică sau O cale a cancerului” poate fi definită ca un sistem reglator a cărui activare sau inactivare de o mutaţie genetică sau sau epigenetică este esenţială pentru dezvoltarea unui cancer umansau epigenetică este esenţială pentru dezvoltarea unui cancer uman ..

Aceste „ căi ale cancerului” includ:Aceste „ căi ale cancerului” includ: calea MAPKcalea MAPK ( în majoritatea cancerelor) implică oncogenele ( în majoritatea cancerelor) implică oncogenele RAS, RAF, MEK şi ERK necesară pentru RAS, RAF, MEK şi ERK necesară pentru

proliferarea celulelor normale ca şi a multor tipurii de celule canceroase.proliferarea celulelor normale ca şi a multor tipurii de celule canceroase. calea P13calea P13 K K ( oncogenele PI3K, AKT şi genelke supresoare PTEN, CTMP) funcţioneaază în controlul ( oncogenele PI3K, AKT şi genelke supresoare PTEN, CTMP) funcţioneaază în controlul

metabolismului celular, particular în cel al transportului şi utilizării glucozei şi în reglarea creşterii celulare, metabolismului celular, particular în cel al transportului şi utilizării glucozei şi în reglarea creşterii celulare, particular în biosinteza proteinelor şi prevenirea apoptozei. Aceste căi implică activarea receptorilor tirozinkinazici.particular în biosinteza proteinelor şi prevenirea apoptozei. Aceste căi implică activarea receptorilor tirozinkinazici.

calea TP53calea TP53-- proteina p53 este în centrul reţelei implicate în activări inactivări; implică oncogenele MDM2, HDM2 proteina p53 este în centrul reţelei implicate în activări inactivări; implică oncogenele MDM2, HDM2 şi genele supresoare TP53, ATM,BAX.şi genele supresoare TP53, ATM,BAX.

Calea RB1Calea RB1 ce implică oncogenele ciclina D1, CDK4(MYC) şi genele supresoare p16,p15,p57ce implică oncogenele ciclina D1, CDK4(MYC) şi genele supresoare p16,p15,p57 .. Calea TGFß Calea TGFß (în carcinoame, leucemii , sarcoame de părţi moi) include inactivarea genelor supresoare SMAD2, (în carcinoame, leucemii , sarcoame de părţi moi) include inactivarea genelor supresoare SMAD2,

SMAD4, RUNX).SMAD4, RUNX). Calea Jak/STATCalea Jak/STAT ( în anumite carcinoame, leucemii şi limfoame)( în anumite carcinoame, leucemii şi limfoame) implică oncogenele STAT3,i STAT 5 şi genele implică oncogenele STAT3,i STAT 5 şi genele

suprsoare STAT1, SOCS1suprsoare STAT1, SOCS1 Căile NFκBCăile NFκB ( în leucemii şi carcinoame) implică oncogenele REL şi gena supresoare CYLD( în leucemii şi carcinoame) implică oncogenele REL şi gena supresoare CYLD Calea WNTCalea WNT ( colon, mamar gastric, hepatic) oncogene:WNT1, ßcatenin, genele supresoare APC, AXIN.( colon, mamar gastric, hepatic) oncogene:WNT1, ßcatenin, genele supresoare APC, AXIN. Calea SHHCalea SHH ( cancere cutanate, cerebrale, plămân), oncogene SHH, SMO, GLI1, genele supresoare PTCH1, ( cancere cutanate, cerebrale, plămân), oncogene SHH, SMO, GLI1, genele supresoare PTCH1,

PTCH2 şi SUFU.PTCH2 şi SUFU. Calea NOTCHCalea NOTCH ( exprimată în limfoamele T, unele carcinoame), implică oncogenele şi genele supresoare ( exprimată în limfoamele T, unele carcinoame), implică oncogenele şi genele supresoare

NOTCH1.NOTCH1.

Activarea acestor cActivarea acestor căăi coni condduce la: uce la: proliferare celulara, diferentiatiere, proliferare celulara, diferentiatiere, migration/motility, ademigration/motility, adezziune, perturbarea apoptozei apoptosis, enhanced survival iune, perturbarea apoptozei apoptosis, enhanced survival si activarea transcriptei genicesi activarea transcriptei genice

Activarea Activarea EGFR EGFR poate implica activarea căilor de poate implica activarea căilor de semnal în amonte care includ Ksemnal în amonte care includ K--rasras

III. III. ProgresProgresiaia

Progresia tumoralăProgresia tumorală cuprinde expansiunea fenotipului malign şi cuprinde expansiunea fenotipului malign şi tendinţa celulelor tumorale de a achiziţiona caracteristici mai tendinţa celulelor tumorale de a achiziţiona caracteristici mai agresive. agresive.

În timpul progresiei, tumorile dobândesc abilitatea de:În timpul progresiei, tumorile dobândesc abilitatea de:

- creştere, distrugere a matricii extracelulare- creştere, distrugere a matricii extracelulare

- invazie a stromei- invazie a stromei

- - angiogenezaangiogeneza

- locomoţie- locomoţie

- metastazare- metastazare

Acentuarea instabilităţii genice şi alterarea cariotipului reprezintă Acentuarea instabilităţii genice şi alterarea cariotipului reprezintă

emblemeleemblemele progresieiprogresiei

ProgresProgresia =ia = inva invazia locală +angiogeneza +zia locală +angiogeneza + metastazareametastazarea

GENELE CANCERULUIGENELE CANCERULUI

Analiza recentă A ÎNTREGULUI GENOM al celulelor Analiza recentă A ÎNTREGULUI GENOM al celulelor canceroase,canceroase,

în diferite tipuri de tumori maligneîn diferite tipuri de tumori maligne::

a)a) Modificările genetice, foarte numeroase (Modificările genetice, foarte numeroase (˃˃1.000 !), sunt distribuite 1.000 !), sunt distribuite aleator în genom:aleator în genom:

unele, relativ puține, afectează gene „cheie” = unele, relativ puține, afectează gene „cheie” = „GENE CANCER” „GENE CANCER” ((~400) ~400) → dereglarea mecanismelor de control a proliferării → dereglarea mecanismelor de control a proliferării celulare → tumoră („celulare → tumoră („driver mutations” = mutații conductoare/ driver mutations” = mutații conductoare/ transformante);transformante);

altele nu influențează proliferarea (altele nu influențează proliferarea („passenger mutations”).„passenger mutations”).

75

1. O1. Oncogenelencogenele

OncogeneleOncogenele sunt gene care joacă un rol esenţial în controlarea proliferării sunt gene care joacă un rol esenţial în controlarea proliferării celulare, codificarea factorilor de creştere şi factorii transcripţionali. celulare, codificarea factorilor de creştere şi factorii transcripţionali. Acestea promovează creşterea autonomă a celulelor canceroase iar Acestea promovează creşterea autonomă a celulelor canceroase iar corespondentul lor celular normal se numesc corespondentul lor celular normal se numesc protooncogeneprotooncogene. .

Oncogenele se formează când Oncogenele se formează când protooncogeneleprotooncogenele sunt modificate (mutate). sunt modificate (mutate). Genele celulare normale sunt denumite protooncogene, iar variantele lor Genele celulare normale sunt denumite protooncogene, iar variantele lor activate - activate - oncogene celulareoncogene celulare (c- (c-onconc). Activarea acestor gene este rezultatul ). Activarea acestor gene este rezultatul unor mutaţii cu câştig de funcţie.unor mutaţii cu câştig de funcţie.

Aceste gene stimulează continuu, exagerat creşterea conducând la Aceste gene stimulează continuu, exagerat creşterea conducând la creşterea necontrolată şi la transformarea malignă. Oncogenele au efect creşterea necontrolată şi la transformarea malignă. Oncogenele au efect dominant la nivel celular ca atare o singură alelă mutantă (activată) este dominant la nivel celular ca atare o singură alelă mutantă (activată) este suficientă pentru modificarea fenotipului celular. În prezent, sunt suficientă pentru modificarea fenotipului celular. În prezent, sunt cunoscute peste 100 de oncogene. cunoscute peste 100 de oncogene.

1. 1. OOncogenele- gene proproliferativencogenele- gene proproliferative

PROTO-ONCOGENEPROTO-ONCOGENE ------------- ------------- ONCOGENEONCOGENE ~~ 150 de oncogene identificate in cancere 150 de oncogene identificate in cancere Mecanismele de activare ale oncogenelor suntMecanismele de activare ale oncogenelor sunt:: Mutatie punctiformă;Mutatie punctiformă;

          Translocație cromozomială la o parte activă a           Translocație cromozomială la o parte activă a genomului;genomului;Amplificarea (realizarea de copii multiple ale c-ONC);Amplificarea (realizarea de copii multiple ale c-ONC);Inserarea unui virus oncogen la un loc adiacent;Inserarea unui virus oncogen la un loc adiacent;Eliminarea / pierderea unei gene, segment Eliminarea / pierderea unei gene, segment cromozomiale sau a unui cromozom întreg;cromozomiale sau a unui cromozom întreg;Derepresion / pierderea controlului gena supresoare.Derepresion / pierderea controlului gena supresoare.

1. Oncogene - gene proproliferative1. Oncogene - gene proproliferative

OncogenOncogenaa este gena a cărui produs proteic contribuie la este gena a cărui produs proteic contribuie la dezvoltarea fenotipului malign. dezvoltarea fenotipului malign. 150 oncogene in cancere150 oncogene in cancere

PROTONCOGENEPROTONCOGENE ((normalnormal))----------------- ----------------- ONCOGENEONCOGENE

viral insertionviral insertion

gene amplificationgene amplification

chromosomial translocationchromosomial translocation

CLASIFICACLASIFICARERE::

I.I. FACTORII DE CREŞTERE: FACTORII DE CREŞTERE: EGF, v-sis, int-1EGF, v-sis, int-1

II.II. RECEPTORII FACTORILOR DE CREŞTERE: RECEPTORII FACTORILOR DE CREŞTERE: FGF,IGF,PDGF, HER-2/FGF,IGF,PDGF, HER-2/neuneu, , VEGFVEGF

III.III. PROTEINE G DE “ SEMNAL” : PROTEINE G DE “ SEMNAL” : H-ras ,K-ras, N-ras (70%)H-ras ,K-ras, N-ras (70%)

IV.IV. PROTEINKINAZE CITOPLASMATICE: PROTEINKINAZE CITOPLASMATICE: BCR-ABL, src, v-raf, mosBCR-ABL, src, v-raf, mos

V.V. FACTORI DE TRANSCRIPŢIE NUCLEARI: FACTORI DE TRANSCRIPŢIE NUCLEARI: c-myc, N-Myc, L-myc, fos, jun, c-myc, N-Myc, L-myc, fos, jun,

VI.VI. PROTEINA ANTIAPOPTOTICE: PROTEINA ANTIAPOPTOTICE: bcl-2, twistbcl-2, twist

ZILELE ONCOLOGIEI IEȘENE

1. ONCOGENELE

Rezultă prin Rezultă prin activarea activarea protooncogenelorprotooncogenelor ←mutații / ←mutații / hiperexpresie.hiperexpresie.

Activarea oncogenelor Activarea oncogenelor ← ← mutații mutații dominantedominante ce determină ce determină „„câștig câștig de funcție”de funcție”

““DOMINANT” – DOMINANT” – o mutaţie într-o o mutaţie într-o alelă determină un efectalelă determină un efect..

Produc cantități mari de Produc cantități mari de oncoproteineoncoproteine** → → proliferare proliferare celulară crescută.celulară crescută.

activareactivare

n n o o x A ↑x A ↑ONCOPROTEINEONCOPROTEINEcâștig funcție

Protooncogene(represate)

Ex. SRC, RAS, MYC, ERK

Proliferare celulară crescută

Inhibitori ai:Inhibitori ai:oncoproteineloroncoproteinelor

• Ac. Monoclonali (umanizați)• Ac. scFv („intracorpi”)• aptameri(oligopeptide scurte)

Inhibitori ai Inhibitori ai transcripției transcripției oncogenelor:oncogenelor:

• oligonucleotide antisens• ribozime

79

Ciclului celular. Un ciclu de diviziune necesită o înaltă fidelitate duplicarea Ciclului celular. Un ciclu de diviziune necesită o înaltă fidelitate duplicarea ADN-ului în timpul fazei S a ciclului celular și segregarea corectă a ADN-ului în timpul fazei S a ciclului celular și segregarea corectă a cromozomilor in timpul mitozei duplicate, sau faza M. Înainte și după faza S cromozomilor in timpul mitozei duplicate, sau faza M. Înainte și după faza S și M fază, tranzitele de celule, prin "gap" fazele, numit G1 și G2.Tranziție și M fază, tranzitele de celule, prin "gap" fazele, numit G1 și G2.Tranziție adecvată prin aceste etape este controlată de acțiunea specifice cyclin / adecvată prin aceste etape este controlată de acțiunea specifice cyclin / CDK complexe.CDK complexe.

Mecanismele de control ale ciclului celularMecanismele de control ale ciclului celular

Activare de oncogene=semnalizarea proliferativă susținută

(exacerbarea capacității proliferative)

Factori de creștere

Receptori TK

RAS

MEK

MAPK

Proteine semnalizare intracelulară

Factori de transcripție

Celulă stromă

Activare fără ligand (ex. EGFR) Hiperpexpresie (ex. HER2)

x

Cantități crescute (ex., VEGF)

Cantități crescute

ACTIVARE GENE

PROLIFERARE CELULARĂ

Activare fără receptori x

ACTIVARE A ONCOGENELORACTIVARE A ONCOGENELOR

CANTITĂȚI CRESCUTE

ONCOPROTEINE

INHIBITORI:• Ac. Monoclonali (umanizați)• Ac. scFv (intracorpi)• aptameri

← AVASTIN

← ERBITUX← HERCEPTINautocrin

paracrin

82

2. 2. GGene supresoare de tumoriene supresoare de tumori (GST (GST))

Genele supresoare de tumoriGenele supresoare de tumori (GST)(GST) determină inhibarea proliferării determină inhibarea proliferării celulare. Versiunile mutante GST din celulele canceroase au activitatea celulare. Versiunile mutante GST din celulele canceroase au activitatea pierdută. Ambele copii alele trebuie să fie inactivate înainte ca funcţia pierdută. Ambele copii alele trebuie să fie inactivate înainte ca funcţia genei supresoare de tumori să fie pierdută, rezultând absenţa unei proteine genei supresoare de tumori să fie pierdută, rezultând absenţa unei proteine normale (recesive). normale (recesive). > 40 GST identificate in genom!> 40 GST identificate in genom!

GST sunt gene care blochează dezvoltarea neoplaziilor maligneGST sunt gene care blochează dezvoltarea neoplaziilor maligne prin prin reglarea creşterii şi proliferării celulare. GST sunt deci gene normale a reglarea creşterii şi proliferării celulare. GST sunt deci gene normale a căror funcţie este inactivată prin mutaţii care trebuie să se producă în căror funcţie este inactivată prin mutaţii care trebuie să se producă în ambele alele. ambele alele.

RECESIV= ambele alele alegenei trebuie sa fie mutate (pierdute ) ca RECESIV= ambele alele alegenei trebuie sa fie mutate (pierdute ) ca defectul fenotipic să aparădefectul fenotipic să apară

DDouă evenimente sau mutaţii trebuie să se producă în prima şi apoi în a ouă evenimente sau mutaţii trebuie să se producă în prima şi apoi în a doua alelădoua alelă . (inactivare alelică). (inactivare alelică)

Sunt gene recesive-Sunt gene recesive-. . sstudiile citogenetice au permis identificarea mai tudiile citogenetice au permis identificarea mai multor mecanisme de inactivare a celei de-a doua copii a unei gene multor mecanisme de inactivare a celei de-a doua copii a unei gene supresoare a creşterii tumorale în cancerele ereditare: supresoare a creşterii tumorale în cancerele ereditare:

Genele suprsoare de tumori (GST)Genele suprsoare de tumori (GST)- - antiproliferativeantiproliferative

Genele supresoare tumoral (GST) sunt gene gene normale recesiv care Genele supresoare tumoral (GST) sunt gene gene normale recesiv care sunt inactivate prin mutaţii în două alele și suprimarea fenotipului malign. sunt inactivate prin mutaţii în două alele și suprimarea fenotipului malign. Negativ reglementa promovarea gene. > 40 GST în genomului!Negativ reglementa promovarea gene. > 40 GST în genomului!mecanismul de:mecanismul de:         - Eliminarea cromozomial         - Eliminarea cromozomial         - Somatice recombinările         - Somatice recombinările         - Pierderea cromozomial         - Pierderea cromozomialChategories:Chategories:GENE GATE KEPPERGENE GATE KEPPER (Gene portar) de reglare-implicate în controlul (Gene portar) de reglare-implicate în controlul ciclului celular: APC, VHL, p53, Rb, WT, PTEN, NF1, BRCA1, BRCA2 ciclului celular: APC, VHL, p53, Rb, WT, PTEN, NF1, BRCA1, BRCA2 (repararea ADN-ului, transcriere).(repararea ADN-ului, transcriere).

GENE CARE TAKERGENE CARE TAKER sau “îngrijitor” - "de reparare", implicate în funcția de sau “îngrijitor” - "de reparare", implicate în funcția de stabilitate genomice, de reparare prin excizie nucleare: XP-A, hMSH2, stabilitate genomice, de reparare prin excizie nucleare: XP-A, hMSH2, hMSH LH1 (ADN mismach de reparații), WRN-H (genomicstability), BRM hMSH LH1 (ADN mismach de reparații), WRN-H (genomicstability), BRM (sensibilitate la rupere cromozom), FANC, TTD-A radiosensibilitate ((sensibilitate la rupere cromozom), FANC, TTD-A radiosensibilitate (

GENELE SUPRESOARE TUMORALE (GST)(„GATKEEPERS” – „portar” )

GST în mod normal: GST în mod normal: → → blochează proliferarea blochează proliferarea celulară și celulară și activează activează apoptozaapoptoza

GST sunt GST sunt inactivateinactivate prin prin două mutații recesivedouă mutații recesive → → pierderea funcției pierderea funcției proteinelor codificate*proteinelor codificate*

Unele persoane se nasc cu Unele persoane se nasc cu o mutație germinală (Na) o mutație germinală (Na) →→PG la cancer →PG la cancer → cacancere ereditare și ncere ereditare și familialefamiliale

două două mutațiimutații recesiverecesive: : NNNN→N→Na→aaa→aa

aa xx x a x a PROTEINE PROTEINE ANORMALEANORMALE

pierderefuncție

Gene supresoareTumorale.

Ex. PTCH, APC, NF1,TP53

Proliferare celulară crescută

Mutații germinale Mutații germinale → → predispoziție

genetică la cancer

Terapie genică:Terapie genică:• inserția unor GST (ex., TP53)

Reducerea apoptozei

85

Sustragerea (insensibilitatea) la supresorii proliferării

Program antiproliferativ

GST : gena RB ↔ gena TP53 *proteine pRB + p53

Blocare ciclu celular în interfază

Activare senescență și

apoptoză Semnale Semnale inhibitorii inhibitoriiextracelulare intracelulare

matrice celule vecine alterare ADN

Activareaproliferării

celulare

Blocarea apoptozei

ANORMALE

87

Inactivarea genelor supresoare - ipoteza “celor Inactivarea genelor supresoare - ipoteza “celor două lovituri”două lovituri”

Revisiting the two-hit hypothesis. In Knudson's classic “two-hit” hypothesis of Revisiting the two-hit hypothesis. In Knudson's classic “two-hit” hypothesis of retinoblastoma (bottom left), loss of both tumor suppressor alleles is required for tumor retinoblastoma (bottom left), loss of both tumor suppressor alleles is required for tumor progression. In the PTEN paradigm (top center and bottom right), one hit is sufficient for progression. In the PTEN paradigm (top center and bottom right), one hit is sufficient for cancer susceptibility, whereas a double hit actually opposes tumorigenesis through induction cancer susceptibility, whereas a double hit actually opposes tumorigenesis through induction of irreversible growth arrest (senescence).of irreversible growth arrest (senescence).

Replicarea ADN și diviziune PROLIFERARE CELULARĂ

INTENSĂ

ONCOGENE(activarea

protooncogenelor)

GENE SUPRESOAREDE TUMORI„gatekeepers”

GENE DE STABILITATE(repararea ADN)

(„caretakers”)

ARN

Proteină

GENE DE REGLARE

micro ARN

ʘ ͜ ʘc

ʘ ͜

ʘc

ʘ ͜ ʘc

C L O N ĂC L O N Ă

Semnale inhibitorii

GENE LANDSCAPER

MICROMEDIU

SENESCENȚĂ /MOARTE

CELULARĂ

Reparare

3. GENELE DE STABILITATE (reparare, „caretakers” ) 4. GENELE LANDSCAPERS („peisagist”)5. GENELE micro ARN “oncomics”

TUMORĂ

INSTABILITATE GENOMICĂ: favorizează apariția de noi mutații și

aberații cromozomiale

”oncomirs”

89

3. Gene de reparare-”caretakers”3. Gene de reparare-”caretakers”

Genele de reparareGenele de reparare ale ADN afectează proliferarea sau supravieţuirea indirect prin influenţarea ale ADN afectează proliferarea sau supravieţuirea indirect prin influenţarea capacităţii organismului de a repara leziuni neletale în alte gene incluzând protooncogenele, capacităţii organismului de a repara leziuni neletale în alte gene incluzând protooncogenele, genele supresoare tumoral şi genele care reglează apoptozagenele supresoare tumoral şi genele care reglează apoptoza . .

Unele defecte în mecanismele de reparare a ADN pot predispune la mutaţii în genom şi astfel, la Unele defecte în mecanismele de reparare a ADN pot predispune la mutaţii în genom şi astfel, la transformarea neoplazică. Această predispoziţie la mutaţii se numeşte transformarea neoplazică. Această predispoziţie la mutaţii se numeşte fenotip mutatorfenotip mutator iar iar genele implicate în mecanismele de reparare se numesc şi genele implicate în mecanismele de reparare se numesc şi gene mutatorgene mutator. Cu unele excepţii, . Cu unele excepţii, sunt necesare mutaţii în ambele alele ale genelor de reparare ale ADN pentru a induce ceea ce sunt necesare mutaţii în ambele alele ale genelor de reparare ale ADN pentru a induce ceea ce se numeşte se numeşte instabilitate genomicăinstabilitate genomică - adică capacitatea de achiziţii sau reparare a mutaţiilor în - adică capacitatea de achiziţii sau reparare a mutaţiilor în absenţa unor factori cauzatori. În acest sens, genele mutator pot fi considerate gene supresoare. absenţa unor factori cauzatori. În acest sens, genele mutator pot fi considerate gene supresoare. Incapacitatea mecanismelor de reparare a ADN poate predispune la mutaţiiIncapacitatea mecanismelor de reparare a ADN poate predispune la mutaţii

În celulele canceroase mutaţiile au fost identificate în genele care reglează ciclul celular În celulele canceroase mutaţiile au fost identificate în genele care reglează ciclul celular (protooncogene(protooncogene ş şi genele supresoare de tumori) sau de reparare a leziunilor ADN ( genele de i genele supresoare de tumori) sau de reparare a leziunilor ADN ( genele de reparare).reparare).

Mutaţiile funcţionale ale genelor de reparare ale ADN accelerează acumularea mutaţiile genelor Mutaţiile funcţionale ale genelor de reparare ale ADN accelerează acumularea mutaţiile genelor supresoare şi protooncogenelorsupresoare şi protooncogenelor..

De exemplu, gena ATM (pe cromozomul 11) codifică o proteină implicată în detecţia leziunilor De exemplu, gena ATM (pe cromozomul 11) codifică o proteină implicată în detecţia leziunilor ADN, cu un rol important în progresia celulei în ciclul celular. Rupturile dublu-catenare (DSB) ADN, cu un rol important în progresia celulei în ciclul celular. Rupturile dublu-catenare (DSB) multiple conduc la o rată crescută a rearanjamentelor cromozomiale determinând sindroame multiple conduc la o rată crescută a rearanjamentelor cromozomiale determinând sindroame precum sindromul ataxie telangiectazie asociat cu ataxie cerebeloasă progresivă, creşterea precum sindromul ataxie telangiectazie asociat cu ataxie cerebeloasă progresivă, creşterea incidenţei anumitor malignităţi precum: limfoamele şi leucemiilor şi creşterea răspunsului la incidenţei anumitor malignităţi precum: limfoamele şi leucemiilor şi creşterea răspunsului la tratamentul cu radiaţii ionizante (6). tratamentul cu radiaţii ionizante (6).

3. Genele de reparare ale ADN care taker3. Genele de reparare ale ADN care taker

Sunt 5 tipuri de reparare a defectelor (mutaţiilor) ADN:Sunt 5 tipuri de reparare a defectelor (mutaţiilor) ADN:

1.1. Reparare într-un singur timp (Reparare într-un singur timp (one step repairone step repair))2.2. Reparare prin excizia nucleotidelor (base Reparare prin excizia nucleotidelor (base excision repairexcision repair))3.3. Reparare prin excizia bazelor (base excision repair)Reparare prin excizia bazelor (base excision repair)4.4. Repararea defectelor de împerechere (mismatch repair)Repararea defectelor de împerechere (mismatch repair)5.5. Repararea prin recombinare (Repararea prin recombinare (recombinationalrecombinational repair)repair)

Genele de reparare Genele de reparare protejează de acţiunea protejează de acţiunea carcinogenilor chimicicarcinogenilor chimici

Eşecul mecanismelor de reparareEşecul mecanismelor de reparare

3. Gene de 3. Gene de repararereparare: BRCA-1 caretaker: BRCA-1 caretaker

Rolurile genei BRCA-1Rolurile genei BRCA-1::

- - Repararea ADN-ului defecteRepararea ADN-ului defecte             - Inactivarea cromozomului X             - Inactivarea cromozomului X             - TP53 mutație             - TP53 mutație            - Instabilitate genică            - Instabilitate genică

Mutația Mutația BRCA1/2 BRCA1/2 crește riscul pentru cancerul crește riscul pentru cancerul mamar debutat precocemamar debutat precoce

Riscul in populatia generalăRiscul in populatia generală

Risc ereditar Risc ereditar

5050 ani ani

2%2%

33%-50%33%-50%

7070 ani ani

7%7%

56%-87%56%-87%

4040 ani ani

10%-20%10%-20%

0.5%0.5%

4. 4. Gene de stabilitate- gena supresoare p53 Gene de stabilitate- gena supresoare p53 “gardianul genomului”“gardianul genomului”

“gatekeeper“gatekeeper””

Gena p53Gena p53 este inactivată in 70% din tumorile maligne prin: este inactivată in 70% din tumorile maligne prin:

- deleţie şi mutaţie punctuală- deleţie şi mutaţie punctuală

- inactivare prin oncogena celulară- inactivare prin oncogena celulară

- inactivare prin oncogeneză virală- inactivare prin oncogeneză virală

U.M.F IAŞIU.M.F IAŞI ZILELE ONCOLOGIEI IEȘENEZILELE ONCOLOGIEI IEȘENE

INSTABILITATE GENOMICĂINSTABILITATE GENOMICĂ

Caracteristica esențială a Caracteristica esențială a tumorilor → achiziția celor 8 tumorilor → achiziția celor 8 capacități distinctive capacități distinctive

Determină Determină creștereacreșterea ratei ratei mutațiilormutațiilor:: creșterea creșterea sensibilitățiisensibilității la la

agenții mutageni;agenții mutageni; alterarea unor componente a alterarea unor componente a

sistemului de menținere a sistemului de menținere a integrității genomuluiintegrității genomului;;

compromiterea compromiterea sistemului sistemului supresorsupresor care monitorizeză care monitorizeză integritatea genomului integritatea genomului și declanșează apoptoza.și declanșează apoptoza.

INFLAMAȚIA TUMORALĂINFLAMAȚIA TUMORALĂ

Inflamația tumorală, prezentă din stadiile Inflamația tumorală, prezentă din stadiile inițiale ale tumorii (!), are efect inițiale ale tumorii (!), are efect paradoxal de paradoxal de stimulare a progresiei stimulare a progresiei tumorilor incipientetumorilor incipiente → furnizează → furnizează molecule bioactivemolecule bioactive:: factori de creștere factori de creștere → → ↑proliferarea↑proliferarea factori de supraviețuire factori de supraviețuire → → ↓apoptoza↓apoptoza factori proangiogenetici factori proangiogenetici enzime extracelulareenzime extracelulare

Favorizează angiogeneza, invazia, metastazarea

CARACTERISTICI FAVORIZANTE

97

5. Genele landscaper (peisagist) 5. Genele landscaper (peisagist)

Genele landscaperGenele landscaper codifică produsul genelor care controlează micromediul în care codifică produsul genelor care controlează micromediul în care

celulele cresc. Creşterea celulelor depinde atât de interacţiunile intercelulare cât şi celulele cresc. Creşterea celulelor depinde atât de interacţiunile intercelulare cât şi interacţiunea dintre celulă şi proteinele matricii extracelulare. Aceste mecanisme îşi interacţiunea dintre celulă şi proteinele matricii extracelulare. Aceste mecanisme îşi exercită controlul prin reglarea proteinelor matricii extracelulare, a markerilor exercită controlul prin reglarea proteinelor matricii extracelulare, a markerilor celulari de suprafaţă, moleculelor de adeziune celulară şi factorilor de creştere celulari de suprafaţă, moleculelor de adeziune celulară şi factorilor de creştere celulară. celulară.

Produsul codificat de aceste gene contribuie la creşterea tumorală prin Produsul codificat de aceste gene contribuie la creşterea tumorală prin supravegherea supravegherea micromediului stromalmicromediului stromal conducând la proliferarea celulară conducând la proliferarea celulară necontrolatănecontrolată

Celulele comunică unele cu altele atât prin contact direct cât şi prin intermediul Celulele comunică unele cu altele atât prin contact direct cât şi prin intermediul moleculelor implicate în moleculelor implicate în transducţiatransducţia semnalului biologic. Anomalii ale celulelor semnalului biologic. Anomalii ale celulelor stromale provenind din produsul genelor codificate de defectul genelor stromale provenind din produsul genelor codificate de defectul genelor landscaperlandscaper pot induce anomalii ale creşterii celulare în epitelii, conducând la la apariţia pot induce anomalii ale creşterii celulare în epitelii, conducând la la apariţia carcinoamelor. carcinoamelor.

Replicarea ADN și diviziune PROLIFERARE CELULARĂ

INTENSĂ

ONCOGENE(activarea

protooncogenelor)

GENE SUPRESOAREDE TUMORI

(„gatekeepers”)

GENE DE STABILITATE(repararea ADN)

(„caretakers”)

ARN

Proteină

GENE DE REGLARE

micro ARN

ʘ ͜ ʘc

ʘ ͜

ʘc

ʘ ͜ ʘc

C L O N ĂC L O N Ă

Semnale inhibitorii

GENE LANDSCAPER

MICROMEDIU

SENESCENȚĂ /MOARTE

CELULARĂ

Reparare

ÎN CANCER SUNT IMPLICATE 5 CATEGORII DE GENE(„driver mutations” – mutații conductoare)

TUMORĂ

99

Activare de oncogene, inactivare de gene Activare de oncogene, inactivare de gene suprsoare= cancersuprsoare= cancer

Cancerul o boală a perturbării semnalelor Cancerul o boală a perturbării semnalelor biologicebiologice

Creşterea celulara, metabolismul, moarte, diferențiere, invazia circulație și Creşterea celulara, metabolismul, moarte, diferențiere, invazia circulație și sunt controlate de cai de semnalizare intracelulara.sunt controlate de cai de semnalizare intracelulara.Semnalizare intracelular este mecanismul prin care indicii prezente în Semnalizare intracelular este mecanismul prin care indicii prezente în mediul extracelular sunt transmise / interpretate de celula.mediul extracelular sunt transmise / interpretate de celula.Aceste indicii externe pot fi factori de creștere care semnalează o celula Aceste indicii externe pot fi factori de creștere care semnalează o celula pentru a imparti, proteine extracelulare matrice care promovează pentru a imparti, proteine extracelulare matrice care promovează supraviețuirea, hormoni care schimba metabolismul celular, de citokine care supraviețuirea, hormoni care schimba metabolismul celular, de citokine care instrui celula pentru a diferenția, sau semnale care promovează motilitatea instrui celula pentru a diferenția, sau semnale care promovează motilitatea si capacitatea de invazive.si capacitatea de invazive.Aceste cai sunt inițiate de liganzi obligatorii la, și acționând receptorii lor Aceste cai sunt inițiate de liganzi obligatorii la, și acționând receptorii lor inrudit, care sunt, de obicei, proteinele membranare plasmatice.inrudit, care sunt, de obicei, proteinele membranare plasmatice.Activarea receptorilor inițiază o cascadă de evenimente de semnalizare, Activarea receptorilor inițiază o cascadă de evenimente de semnalizare, inclusiv activarea kinazelor proteice și / sau lipide, precum și recrutarea de inclusiv activarea kinazelor proteice și / sau lipide, precum și recrutarea de proteine adaptor, activarea factorilor de transcriptie și schimbări în proteine adaptor, activarea factorilor de transcriptie și schimbări în citoscheletului.citoscheletului.

BOALA CANCEROASĂ ESTE O BOALĂ A GENELOR LA BOALA CANCEROASĂ ESTE O BOALĂ A GENELOR LA NIVEL CELULAR !NIVEL CELULAR !

produsă de produsă de multiplemultiple mutații somatice mutații somatice și și modificări epigeneticemodificări epigenetice, , dobânditedobândite;;

2 tipuri de mutaţii geice:2 tipuri de mutaţii geice:

- a) activarea genelor responsabile de coordonarea proceselor - a) activarea genelor responsabile de coordonarea proceselor celulare- activarea de oncogenecelulare- activarea de oncogene

. b) inhibarea proliferării celulare- inactivarea de GST. b) inhibarea proliferării celulare- inactivarea de GST

prin aceste evenimente, prin aceste evenimente, o clonă celulară o clonă celulară capătă capătă un set comun un set comun de capacități distinctivede capacități distinctive și și

formează formează o tumorăo tumoră,,

care care evoluează multistadialevoluează multistadial, , crește necontrolat și crește necontrolat și disemineazădiseminează..

102

Derereglarea oncogenelor şi genelor Derereglarea oncogenelor şi genelor supresoare în cursul progresiei tumoralesupresoare în cursul progresiei tumorale

I. I. ONCOGENONCOGENE activate prin:E activate prin: - mutaţii punctuale- mutaţii punctuale - amplificare genică “- amplificare genică “Caracter dominantCaracter dominant”” - translocaţii cromozomiale - translocaţii cromozomiale 1 eveniment este1 eveniment este - expresia unei oncogene virale - expresia unei oncogene virale suficientsuficientII. II. GENE SUPRESOARE DE TUMORIGENE SUPRESOARE DE TUMORI (GST) sunt (GST) sunt

inactivate de:inactivate de: - dubla deleţie genică “- dubla deleţie genică “Caracter recesivCaracter recesiv”” - mutaţii punctiforme şi deleţia genică - mutaţii punctiforme şi deleţia genică 2 evenimente2 evenimente - pierderea expresiei genice - pierderea expresiei genice sunt necesaresunt necesare . Interacţiune cu o oncogenă celulară activată. Interacţiune cu o oncogenă celulară activată - interacţiune cu o oncogenă virală activată- interacţiune cu o oncogenă virală activată

Replicarea ADN și diviziune

DEZVOLTAREA EMBRIONARĂ CREȘTEREA

ÎNLOCUIREA CELULELOR SENESCENTE ȘI REPARAREA LEZIUNILOR

GENE PROLIFERATIVE(protooncogene)

GENE ANTI-PROLIFERATIVE

(supresoare)

GENE DE STABILITATE

(repararea ADN)

ARN

Proteină

GENE DE REGLARE

micro ARN

ʘ ͜ ʘc

ʘ ͜

ʘc

ʘ ͜ ʘc

C L O N ĂC L O N Ă

Semnale inhibitorii

GENE LANDSCAPER

MICROMEDIU

SENESCENȚĂ /MOARTE

CELULARĂ

Reparare

CONTROLUL PROGRESIEI

PRINCICLUL

CELULAR

CONTROL GENETIC AL PROLIFERĂRII ȘI CREȘTERII CELULARE

NORMAL

104

MUTAȚIILE SOMATICEMUTAȚIILE SOMATICE::

modificări în modificări în secvenţa de nucleotide/ structura ADNsecvenţa de nucleotide/ structura ADN

(informaţia genetică);(informaţia genetică); se produc:se produc:

postnatalpostnatal (dobândite), (dobândite),

spontan spontan ─ în cursul replicării ADN sau diviziunii ─ și/sau─ în cursul replicării ADN sau diviziunii ─ și/sau

sub acțiunea unor sub acțiunea unor agenți mutageni agenți mutageni exogeni sau endogeni;exogeni sau endogeni;

sunt sunt definitivedefinitive,,

se acumulează în timp → se acumulează în timp → creștereacreșterea frecvenței cancerelor la vârsta a frecvenței cancerelor la vârsta a III-a.III-a.

A). În CANCER se produc multiple mutații somatice și modificări epigenetice,

dobândite

105

MODIFICĂRILE EPIGENETICEMODIFICĂRILE EPIGENETICE:: NU interesează secvenţa de nucleotide a ADNNU interesează secvenţa de nucleotide a ADN (informaţia (informaţia

genetică) (genetică) (““epiepi”= ”= în plus).în plus).

AcesteaAcestea remodelează conformația cromatineiremodelează conformația cromatinei (ADN+histone(ADN+histone)), , producândproducând::

decondensareadecondensarea cromatinei → ACTIVAREA unor gene cromatinei → ACTIVAREA unor gene

o acetilarea histonelor,acetilarea histonelor,

o demetilarea ADN;demetilarea ADN;

condensareacondensarea cromatinei cromatinei → INACTIVAREA unor gene→ INACTIVAREA unor gene

o metilarea ADN *,metilarea ADN *,

o metilarea / dezacetilarea histonelor,metilarea / dezacetilarea histonelor,

o ARNsi ARNsi („(„small interfering ARNsmall interfering ARN”).”).

Modificările epigenetice sunt REVERSIBILE !!!Modificările epigenetice sunt REVERSIBILE !!! 106

Modificări epigeneticeModificări epigenetice

Termenul de Termenul de epigeneticepigenetic se referă la orice informaţie implicată în se referă la orice informaţie implicată în reglarea expresiei genelor ce nu codifică secvenţa însăşi a ADN şi care reglarea expresiei genelor ce nu codifică secvenţa însăşi a ADN şi care poate fi transmisă în succesiunea generaţiilor de celule odată cu poate fi transmisă în succesiunea generaţiilor de celule odată cu diviziunea celulară. diviziunea celulară.

Epigenetica implică reglarea proceselor critice intracelulare care Epigenetica implică reglarea proceselor critice intracelulare care modifică informaţia genetică în genom utilizând alte informaţii decât modifică informaţia genetică în genom utilizând alte informaţii decât secvenţa ADN.secvenţa ADN.

Reglarea epigenetică implică cel puţin trei mecanisme interconectate:Reglarea epigenetică implică cel puţin trei mecanisme interconectate: (1) (1) metilarea ANDmetilarea AND (2) (2) modificările posttranslaţionale ale histonelor şimodificările posttranslaţionale ale histonelor şi (3) alterările cromatinei ce acţionează la distanţă precum (3) alterările cromatinei ce acţionează la distanţă precum

modificările proteinelor specifice care se leagă de secvenţele modificările proteinelor specifice care se leagă de secvenţele insulatorii. insulatorii.

b)b) Modificările epigeneticeModificările epigenetice (potențial reversibile !) sunt mai (potențial reversibile !) sunt mai numeroase decât mutațiile somatice.numeroase decât mutațiile somatice.

b)b) Numai Numai un număr limitat de modificări genetice un număr limitat de modificări genetice (mai puțin (mai puțin de 10) de 10) sunt absolut necesare sunt absolut necesare inițierii creșterii tumorale inițierii creșterii tumorale (obișnuit 2-4 mutații) și supraviețuirii / expansiunii tumorii (5-6 (obișnuit 2-4 mutații) și supraviețuirii / expansiunii tumorii (5-6 mutații)mutații)

Nu se știe încă dacă este importantă Nu se știe încă dacă este importantă ordinea achizițieiordinea achiziției sau sau combinația lorcombinația lor

108

MODIFICĂRI EPIGENETICE:

Inhibitori ai:- metilării ADN (azacitidina; decitabina).- histon-dezacetilazelor –HDAC (ex., acidul hidroxamic)

MODIFICĂRI REVERSIBILE !!!

Metilarea ADN

promotor

condensarea cromatinei → INACTIVAREA

GENEI

INACTIVARE GENE(de ex., genele

antiproliferative)

109

EVOLUȚIA MULTISTADIALĂ A CANCERELOR

Nu există Nu există gene specificegene specifice a căror mutații să conducă la dezvoltarea a căror mutații să conducă la dezvoltarea unui anumit tip de cancer.unui anumit tip de cancer.

Cancerul este Cancerul este determinatdeterminat de de mutații multiplemutații multiple care afectează însă care afectează însă numai anumite gene (oncogene + GST)numai anumite gene (oncogene + GST)

Fiecare tip celular este caracterizat printr-o Fiecare tip celular este caracterizat printr-o combinațiecombinație de mutații de mutații, , în care în care o anumită o anumită „genă gatekeeper„genă gatekeeper” are ” are un rol dominantun rol dominant (ex., (ex., APC APC – – cancere acolo-rectale; cancere acolo-rectale; VHL – VHL – cancere renale.cancere renale.

110

Cancerele au Cancerele au o o evoluție multistadialăevoluție multistadială determinată, probabil, de determinată, probabil, de oo secvență de evenimente geneticesecvență de evenimente genetice, în care anumite evenimente sunt , în care anumite evenimente sunt mai frecvent asociate cu un anumit stadiu evolutiv (ex., cancerele mai frecvent asociate cu un anumit stadiu evolutiv (ex., cancerele acolo-rectale).acolo-rectale).

111

Cancerogeneza in cancerul colo-rectalCancerogeneza in cancerul colo-rectal

Cancerul mamar-fazele carcinogenezeiCancerul mamar-fazele carcinogenezei

Breast cancerBreast cancer

Cancerul bronho-pulmonarCancerul bronho-pulmonar

Capacităţile celulei canceroase-Capacităţile celulei canceroase- 2011 2011

Reprinted from Cell, 144, Hanahan D and Weinberg RA, Hallmarks of Cancer: The Next Generation, 646-674, Copyright

(2011), with permission from Elsevier.

Cancerogeneza- rezumatCancerogeneza- rezumat

Carcinogeneza umană este un proces multistadial atât la nivel Carcinogeneza umană este un proces multistadial atât la nivel fenotipic cât şi genotipic, care reflectă acumularea unui număr de fenotipic cât şi genotipic, care reflectă acumularea unui număr de alterări genetice ce conduc la transformarea progresivă a celulei alterări genetice ce conduc la transformarea progresivă a celulei normale spre o celulă malignănormale spre o celulă malignă. .

Acest proces de durată poate fi arbitrar împărţit în mai multe etape: Acest proces de durată poate fi arbitrar împărţit în mai multe etape: iniţierea tumorală, promoţia tumorală, conversia malignă şi iniţierea tumorală, promoţia tumorală, conversia malignă şi progresia tumorală. progresia tumorală.

Cancerul este o boală cu mecanism genetic activ la nivel celular. Cancerul este o boală cu mecanism genetic activ la nivel celular. Alterările genetice pot lua forma mutaţiilor, deleţiilor sau Alterările genetice pot lua forma mutaţiilor, deleţiilor sau amplificărilor ADN, dar pot fi întâlnite şi rearanjări cromozomiale sau amplificărilor ADN, dar pot fi întâlnite şi rearanjări cromozomiale sau alterarea numărului de cromozomi.alterarea numărului de cromozomi.

În acelaşi timp, cancerul este o boală a alterării expresiei genice, În acelaşi timp, cancerul este o boală a alterării expresiei genice, incluzând o arie complexă de evenimente epigenetice (modificări în incluzând o arie complexă de evenimente epigenetice (modificări în statusul de metilare a ADN, rezultând în activarea/supresia unor statusul de metilare a ADN, rezultând în activarea/supresia unor gene din regiunea respectivă). gene din regiunea respectivă).

Progresia de la un ţesut normal spre un cancer invaziv are loc în Progresia de la un ţesut normal spre un cancer invaziv are loc în decurs de 5-20 ani şi este influenţată atât de factori de mediu, cât şi decurs de 5-20 ani şi este influenţată atât de factori de mediu, cât şi de factori genetici (ereditari sau nu), metabolici, hormonali sau de factori genetici (ereditari sau nu), metabolici, hormonali sau imunologiciimunologici

ConcluziiConcluzii

Cancerul este o boală a genelor la nivel celularCancerul este o boală a genelor la nivel celular Majoritatea carcinogenilor sunt mutageniMajoritatea carcinogenilor sunt mutageni Acumularea mutaţiilor în timp este responsabilă pentru transformarea unei Acumularea mutaţiilor în timp este responsabilă pentru transformarea unei

celule normale în celulaă malignă.celule normale în celulaă malignă. Mutaţia în promoter-ul genei determină alterarea reglării sale iar mutaţia Mutaţia în promoter-ul genei determină alterarea reglării sale iar mutaţia

regiunii de codare alterează funcţia sa prin modificaea produsului.regiunii de codare alterează funcţia sa prin modificaea produsului. Crarcinogenii includ: radiaţiile, agenţi infecţioşi şi substanţele chimiceCrarcinogenii includ: radiaţiile, agenţi infecţioşi şi substanţele chimice Activarea oncogenelor (mutaţii ale protonocogenelor) & inactivarea genelor Activarea oncogenelor (mutaţii ale protonocogenelor) & inactivarea genelor

supresoare de tumorisupresoare de tumori Apoptoză, autocrinie, independenţa la semnalele replicative, angiogeneză, Apoptoză, autocrinie, independenţa la semnalele replicative, angiogeneză,

invazie şi metastazareinvazie şi metastazare Celula trebuie considrată în micromediul său-rolul micromediului (stromei) în Celula trebuie considrată în micromediul său-rolul micromediului (stromei) în

progresia tumoralăprogresia tumorală Analiza genomului în totalitateAnaliza genomului în totalitate Celula Celula stemstem

PRPROFILAXIA CANCERULUIOFILAXIA CANCERULUI

PrevenPrevenţţia primaria primarăă

Prevenţia primarăPrevenţia primară, conform definiţiei , conform definiţiei Organizaţiei Mondială Organizaţiei Mondială a Sănătăţiia Sănătăţii ( (OMSOMS) este „) este „depistarea pacienţilor înainte de depistarea pacienţilor înainte de declanşarea bolii”. declanşarea bolii”.

Scopul principalScopul principal al prevenţiei primare îl reprezintă al prevenţiei primare îl reprezintă diminuarea frecvenţei cancerelor prin identificarea şi, diminuarea frecvenţei cancerelor prin identificarea şi, eventual, suprimarea factorilor de risceventual, suprimarea factorilor de risc

Prevenţia primarăPrevenţia primară se poate concentra pe întreaga populaţie se poate concentra pe întreaga populaţie (strategia populaţională) ca şi spre populaţiile cu risc (strategii (strategia populaţională) ca şi spre populaţiile cu risc (strategii populaţionale cu risc crescut şi strategii individuale la persoanele cu populaţionale cu risc crescut şi strategii individuale la persoanele cu risc crescut).risc crescut).

Metode de prevenMetode de prevenţţie primarie primarăă

EducaEducaţţie sanitarie sanitarăă Norme de reglare a carcinogenilor profesionaliNorme de reglare a carcinogenilor profesionali Măsuri fiscaleMăsuri fiscale Restricţii publicitare la factori carcinogeniRestricţii publicitare la factori carcinogeni Restricţii temporo-spaţiale a consumului de toxiceRestricţii temporo-spaţiale a consumului de toxice

““The European Code Against CancerThe European Code Against Cancer”” o capanie de o capanie de rducere a cancerelor cu 15% prin educaţie !rducere a cancerelor cu 15% prin educaţie !

Prevenţie:Prevenţie:

1.1. A nu fumaA nu fuma

2.2. Limitarea consumului de alcoolla 28g/zi adică ¼ sticlă de vin şi ½ din Limitarea consumului de alcoolla 28g/zi adică ¼ sticlă de vin şi ½ din această camtitate la femeiaceastă camtitate la femei

3.3. Evitarea expunerilor exagerate la razele de soare.Evitarea expunerilor exagerate la razele de soare.

4.4. Respectarea normelor de igienă ţi protecţie la locul de muncă.Respectarea normelor de igienă ţi protecţie la locul de muncă.

5.5. A se mânca peşte, fructe şi legume ca şi alte alimente bogate în fibre.A se mânca peşte, fructe şi legume ca şi alte alimente bogate în fibre.

6.6. Combaterea obezităţii (efort fizic zilnic) şi scăderea grăsimilor din Combaterea obezităţii (efort fizic zilnic) şi scăderea grăsimilor din alimente.alimente.

Depistare precoce:Depistare precoce:

7. A se prezenta la medic în prezenţa celor “7 semne de alarmă”.7. A se prezenta la medic în prezenţa celor “7 semne de alarmă”.

8.8. A se prezenta la doctor pentru acţiunile curente de screening A se prezenta la doctor pentru acţiunile curente de screening..

Conf. Dr. Lucian Miron Iasi Regional Oncology Institute Conf. Dr. Lucian Miron Iasi Regional Oncology Institute