CANCEROGENEZA

Dr. Simona Mihutiu

Majoritatea cercetarilor in oncologie se focalizeaza pe intelegerea procesului de cancerogeneza la nivel molecular si detectia tintelor moleculare implicate in acest proces

Caracteristicile fenotipului tumoral:- proliferare anormala- migrare anormala( invazie,

metastazare)- variabilitate genetica,

diversitate genetica

Teorii asupra cancerogenezei

I) Mutatia genetica = producerea lez in struct genelor care regleaza cresterea si diferentierea

Argumente:1) infl. factorilor genetici in aparitia cc a) anomalii crmz asociate cu cc (sdr Down-

leucemii, sdr Klinefellter- leucemii, cc testiculare, t(9:22) – LMC, sdr deletiei D-retinoblastom, sdr Fanconi - hemopatii maligne)b) Cc cu transmitere ereditara (Rb, Nb, Nfb, cc mamar, cc colon, prostata, endometru)

2) Celula tum prezinta frecvent anomalii cromozomiale3) Agentii mitogeni sunt frecvent si cancerigeni: ag

alchilanti, rad ionizanteII) Teoria diferentierii aberante:- observatia ca malignitatea – pierderea diferentieriiIII) Teoria virotica- ADN-ul viral / ARN viral se integreaza in genomul celulei

gazda- Argumente: descoperirea oncogenelor prin determinarea

v-onc transduse din celula gazdaIV) Teoria selectiei naturale:- Selectia unei populatii celulare cu avantaje de adaptare la

un mediu ostil

V) Teoria multistadiala a cancerogenezei- cancerogeneza se desf etapizat: initiere, promotie,

invazie si metastazare

INITIEREA: = alterarea materialului genetic datorita unor agenti initiatori din mediu ext sau int, care pot actiona direct sau indirect

Caracteristicile fazei de initiere:1) Ireversibilitatea leziunilor2) Presupune actiunea genotoxica a ADN3) Aditivitate (memorie aditiva)4) Efectul depinde de doza ( nu exista raspuns maximal)5) Posibilitatea aparitiei spontane6) Pt fixarea lez e necesar diviziunea celulara7) Celula initiata neidentificabila

Leziunile ADN - reparate cel mai frecvent- nereparate (nr lez ↑, alterarea mec de reparare)

- Lez nereparate => moarte celulara sau fixarea leziunilor (acumulare de leziuni, mutatii)

- Lez. Pot fi:- lez nespecifice: hipometilare,

aneuploidia, amplificarea genelor- lez specifice: oncogene, gene

tumoral supresoare Lez pot include: oncogenele (mutatii), gene tu supresoare (deletii)

=> Dezechilibru intre cresterea celulara si inhibarea cresterii

PROMOTIA:

- include conditiile favorizante pt proliferare si expansiune clonala

- agentii promotori nu au efect mutagen per seCaracteristicile fazei de promotie:1) Reversibilitate2) Efect non aditiv3) Depinde de doza (exista raspuns maximal)4) Presupune actiunea continua a promotorului5) Depinde de fact ext sau endogeni6) Nu pot produce initiere7) Presupune secventa obligatorie ag

initiator/initiere - > ag promotor/promotie8) Consecinta: tu identificabila

Importanta practica:1° prognostica

* LAM t(8:21) progn>, t(9:22) progn<* aneuploidia – std avansate* amplificarea genica ( ↑ nr copii c Myc/Nb, val

progn indep / cc tiroida)2° diagnostic = detectia bolii in faze precoce, dg

dif intre limfom cu celule mici si sarcom cu celule mici, rotunde

3° terapeutica - terapia genica si molecular tintita – terapia biologica;

- trat diferentiat in fct de prognostic - infrangerea mec de rezistenta la

citostatice - noi modalitati terapeutice

4° profilactica= urmarirea citogenetica a lez benigne cu risc de malignizare

Starea de echilibru la nivel celular este mentinuta de:

a) Oncogene si expresia lor FC, FC-R Pt implicate in caile de transmisie a semnalului extern

spre genom: Pt plasmatice, proteina G Pt nucleare Polipeptide neclasificateb) Genele tumor-supresoare p53, Rbc) « Reparazele » – intervin in repararea lez prin:

sistem de control in puncte cheie ale ciclului celular

EX: excision repairs, DRP, de recunoastere a lez, topoizomerazele I, II, ERCC

lungimra telomerelor/telomerazeled) Apoptoza p 53 dependenta p 53 independenta

Modificările apărute la nivelul genelor care intră în componenţa cromozomilor conduc la pierderea mecanismelor normale de control al proliferării, al diferenţierii, a apoptozei (moartea celulară programată), a organizării celulare, a mecanismelor de adeziune celulară, având drept consecinţă apariţia tumorilor

În mod normal există un echilibru între proliferarea celulară şi pierderile celulare

Dereglarea acestor sisteme conduce la dezechilibru, acumulare de leziuni care nu mai pot fi reparate si la aparitia tumorii

Oncogenele Descifrarea genomului uman a condus

la cunoaştera rolului genelor implicate în cancerogeneză

Oncogenele sunt gene, componente normale ale genomului uman, care stimulează proliferarea celulară, codificând proteine care acţionează stimulator asupra unor puncte cheie ale ciclului celular.

Oncogene - oncoproteine Astfel de proteine sunt factori de

creştere sau receptori pentru aceşti factori de creştere- localizaţi pe suprafaţa celulelor- rol în transmiterea semnalelor de proliferare, printr-o succesiune de reacţii biochimice, de la exteriorul celulelor până la nucleu.

Modificările care pot apărea pot fi: cantitative (exces): amplificarea genică sau

apropierea unei oncogene de o genă normal activă

calitative (hiperfuncţie): mutaţii (modificări dominante), translocaţii, deleţii, hipometilare

Oncogene - Oncoproteine Oncoproteinele sunt expresia

oncogenelor şi pot interveni în diverse etape: - Proteine implicate în transducţia semnalului de la exteriorul celulei spre genom (semnalizare), având drept consecinţă proliferarea: Antigene de suprafaţă, factori de creştere,

receptorii acestor factori de creştere şi kinazele receptorilor factorilor de creştere

- Proteine care intervin intracelular, în căile de semnalizare

Oncogene - Oncoproteine Transucţia semnalului proliferativ se face, în

general, de la exteriorul celulei spre nucleu şi este un proces etapizat

Unele molecule cu rol de „semnalizare”, având ca prototip steroizii şi oxidul nitric difuzează intracelular, legându-se de receptori interni

Alte molecule, cum ar fi factorii de creştere sunt oncoproteine care se leagă de receptori aflaţi pe suprafaţa celulei

Receptorii factorilor de crestere

Oncogene – OncoproteineReceptorii factorilor de

crestere proteine

transmembranare, - porţiune extracelulară - domeniu de fixare- o porţiune intramembranară şi o porţiune intracelulară – domeniul TK (tirozinkinazic), pe partea internă a membranei, care activează, etapizat, proteinele din citozol.

Oncogene – OncoproteineReceptorii factorilor de crestere Principalii receptori ai factorilor de

creştere, de interes terapeutic actual

1) Familia receptorilor Erb B (HER): EGFR (Her – 1), Her 2/ neu HER3, HER4

2) IGF-1 (Insulin-like Growth Factor – factorul de creştere insulinic)

3) c-Met (HGF Receptor/ Hepatocyte Growth/ Factor/Factorul de creştere hepatocitar/ SF/ Scatter Factor)

4) Receptorul bcr-abl–R (produs al oncogenei c-kit) 5) Antigene de suprafaţă exprimate de unele celule

tumorale

Cai de semnalizare

Oncogene – Oncoproteine Căi de semnalizare

Principalele căi de semnalizare, cu impact terapeutic actual sunt

1) calea RAS – RAF – MEK – MAPK

- una dintre cele mai importante căi de semnalizare şi de mediere a răspunsului la semnalele proliferative externe şi la factorii angiogenetici. - Include: - în amonte: proteinele familiei RAS: KRAS, NRAS, HRAS- în aval serin-treonin kinaze: BRAF, MEK, ERK. - Semnalul transmis de RAF stimulează MEK, care, la rândul său stimulează ERK – ERK are rol în: - menţinerea structurii şi formei celulei- stimulează alte proteine, importante ca substrat pentru nucleu (Elk1 şi SRF) - Această cale este frecvent activată în multe tipuri de tumori prin mutaţii sau supraexpresia RAS (exemplu: cancer colon, cancer pancreatic), mutaţii RAF (exemplu: mutaţia BRAF în melanomul malign) sau supraexpresia ambilor factori sau/şi a receptoriilor acestora.

Oncogene – Oncoproteine Căi de semnalizare

Principalele căi de semnalizare, cu impact terapeutic actual sunt

2) calea PI3K – Akt – mTOR- rol cheie în: - creşterea şi progresia celulară- supravieţuirea celulară- Angiogeneză- apooptoză. - PI3K (phosphat inozitol kinaza) activează în aval proteina

Akt. Akt activează mTOR. - mTOR are un rol cheie în producerea unor proteine

implicate în proliferarea şi creşterea celulară, atât la nivelul celulelor tumorale, cât şi la nivelul celulelor endoteliale, dar şi în producţia VEGF (vascular endotelial growth factor/ factorul de creştere al endoteliului vascular), cu rol angiogenetic.

calea PI3K – Akt – mTOR

Oncogene – Oncoproteine Căi de semnalizare

Alte căi de semnalizare, cu impact terapeutic actual sunt

3) calea Hedgehog- importanta în embriogeneză şi pentru celulele

stem- implicată în producerea anumitor tipuri de

cancer: carcinomul bazocelular, meduloblastom

4) calea Notch- implicată în embriogeneză şi în celulele stem

tumorale,- rol cheie în diferenţierea celulară şi în

comunicarea intercelulară. 5) calea Wnt - implicată în embriogeneză, în reânnoirea

celulelor stem

Oncogene – Oncoproteine Căi de semnalizare

Genele tumor-supresoare

Genele tumor-supresoare sunt componente normale ale genomului uman.

Fiecare celulă conţine o pereche de gene tumor-supresoare, cu rol în inhibarea proliferării.

Sunt gene recesive, astfel încât este necesară pierderea/inactivarea prin mutaţii a ambelor copii pentru a duce la apariţia fenotipului malign: proliferare necontrolată şi, subsecvent, cancerogeneză

Mutaţiile pot fi ereditare sau dobândite.

Genele tumor-supresoare1) Proteina p 53 Una dintre cele mai studiate gene tumor-

supresoare este p53, datorită detectării frecvente a mutaţiilor la nivelul genei p53 – 50 % din cancere – în multe tipuri de cancer: cancer mamar, pulmonar, colon, pancreas, cancere asociate cu sindromul Li-Fraumeni, etc Proteina p53 are două roluri majore:

Controlul în punctele cheie ale ciclului celular, intervenind indirect în repararea leziunilor ADN

Controlul apoptozei pe calea p53 – dependentă

Genele tumor-supresoare2) Proteina Rb codificată pe cromozomul 13 p detectată iniţial cu rol în Retinoblastom ulterior s-a descris rolul său şi în multe alte

tipuri de cancere, cum ar fi: osteosarcoame, sarcoame de părţi moi, cancere pulmonare cu celule mici, mamare şi genito-urinare

În formă hipofosforilată se leagă de E2F, activând-o. E2F activată acţionează asupra enzimelor implicate în sinteza ADN, având ca efect subsecvent întârzierea/inhibarea trecerii în faza S, pemiţând reparea leziunilor ADN în momentul trecerii de la faza G1 spre faza S a ciclului celular

INVAZIA SI METASTAZAREA:

INVAZIA:- atasarea la ME caderinele,- recunoasterea moleculelor din ME de catre

cel tum prin activarea unor rec specifici, - secretia de enzime litice, - locomotia

Metastazarea Metastazarea reprezintă creştere tumorală,

separată şi distinctă de tumora primară şi reprezintă principala cauză de deces prin cancer

Procesul de metastazare este un proces etapizat 1. invazia vasculară: limfatică şi sanguină

- distrucţia enzimatică exercitată de celulele tu. → pătrunderea directă

- facilitată de multiplele anastomoze microscopice şi macroscopice dintre sistemele limfatice şi sanguine

2. oprirea celulelor tumorale în capilare- facilitată de: starea de hipercoagulabilitate,

agregarea tumorală şi interacţiunea dintre celulele tumorale şi trombocite, de nivelul de oxid nitric

Metastazarea 3) extravazarea

- reacţia inflamatorie nespecifică (factori chemotactici şi radicalii liberi de oxigen)

- leziunile endoteliale 4) formarea de micrometastaze - capabile să se hrănească prin difuziune 5) pătrunderea în parenchim

- predominanţă a factorilor prometastatici: factori de creştere, receptori specifici de adeziune, etc.,

- cantit. scazuta a factorilor inhibitori ai metastazării: factorii anti-neoangiogenici, inhibitori ai locomoţiei, proteolizei şi adeziunii celulare, inhibitori ai proliferării în organele ţintă

Genele de reparare a leziunilor ADN

Sunt componente normale ale genomului Rol în repararea leziunilor ADN. Pierderea funcţiei acestor gene permite

acumularea de leziuni ADN, rearanjamente genice, cu rol în cancerogeneză.

Un exemplu îl reprezintă genele de reparare ATM, a căror mutaţii conduc la dereglări în progresia în cadrul ciclului celular.

Alte gene asociate cu susceptibilitatea de dezvoltare a unor tipuri specifice de cancer

se asociază cu o penetranţă crescută au o transmitere dominantă. exemple:

- genele BRCA1 şi BRCA2, implicate în cancerele mamare ereditare, în sindromul sân-ovar; - genele APC implicate în polipoza colonică familială- gena tumor-supresoare RB1, care, atunci când sunt afectate ambele alele, conduce la apariţia retinoblasomului.

CRESTEREA TUMORALA:Modele de crestere tumorala:

1) Cresterea exponentiala a tum in timp : leucemii, limfoame, unele tu solide)- presupune cresterea vol tum cu o proportie constanta la intervalle de timp egale(timp de dedublare constant)

2) Cresterea Gompertziana- timpul de dedublare scade pe masura ce dimensiunea tum creste- cresterea ev limitata de vascularizatie

Ciclul celular Fazele ciclului celular- Replicarea celulară parcurge câteva faze. - Fazele ciclului celular sunt iniţiate de factori externi şi

au la bază recţii biochimice. - Aceste faze sunt modulate de factori externi şi interni

de control ai ciclului celular, care intervin pe rând.Faza 0 – faza de restricţie - celulele sunt programate pentru

pentru funcţii specificeFaza G 1 – interfaza - sunt sintetizate ARN şi proteine cu

funcţii specifice. În ultima parte a fazei G1 apare sinteza ARN şi a enzimelor necesare sintezei ADN-ului.

Faza S – faza de sinteză - se sintetizează ADN Faza G 2 – se opreşte sinteza ADN, dar continuă sinteza ARN

şi a precursorilor microtubulari ai fusului mitoticFaza M – mitoza – este faza în care sinteza ARN-ului şi a

proteinelor se opreşte brusc, iar materialul genetic se împarte între cele două celule fiice. La finalul mitozei, noile celule intră în faza G0 sau în faza G 1

Ciclul celular

Ciclul celular Punctele de control ale ciclului celularPunctul de control G1/S apare în ultima parte a fazei G1,

înainte de intrarea în faza S. - Rolul acestui punct de control este de verificare a posibilelor leziuni ale materialului genetic. - În cazul în care sunt detectate leziuni- reparate sau - celula este condusă spre apoptoză. La nivelul acestui punct de control acţionează proteina p53.

Punctul de control G2/M apare înainte de intrarea în faza M. - Rolul acestui punct de control este de a verifica integritatea materialului genetic înainte de segregarea sa în cele două copii, precum şi integritatea materialului necesar fusului de diviziune, a proteinelor implicate. - La acest nivel poate fi întârziată progresia în ciclul celular până la asigurarea unor condiţii perfecte pentru desfăşurarea mitozei.

Apoptoza Apoptoza apare ca răspuns la leziunile celulare: injurii

externe sau progresie inadecvată în ciclul celular datorată inhibării genelor tumor-supresoare, a activării oncogenelor.

În apoptoză, autodistrucţia celulară se produce prin proteoliză, degradarea acizilor nucleici, involuţia celulară

Nu se însoţeşte de un răspuns inflamator. Apoptoza este un proces ATP – dependent Se realizează pe două căi:

- calea extrinsecă - calea intrinsecă.

Efectorii finali ai căii converg, indiferent pe ce cale e indusă apoptoza, către activarea caspazelor, enzime care degradează citoscheletul şi completează procesul de apoptoză.

ApoptozaProteine care - stimuleaza apoptozaa) bcl-XSb) p53- inhiba apoptozaa) bcl-2b) bcl-XL

Creşetere tumorală

Curbă de creştere tip Gompertzian

Valoarea mediana a timpului de dedublare pt tu umane este 90 zile, dar exista variatii importante, chiar si in cadrul aceluiasi tip histologic

Implicatii clinice ale modelelor de crestere tumorala

1) Perioada de evolutie oculta - detectia tu la 10 9  celule (tu=1gr, 1ml, 1cm )

- Vol de 10 12 incompatibil cu viata gazdei = 1kg tumoraDt oculta > Dt clinica (cc mamar = 4 ani) Dt subclinica= µmetastazele2) Vol tumoral este invers prop cu eficacitate trat

(RT, PCT) oxigenare scazuta in tum mari, % cel G0 scazut, nr cel clonogenice crescut in tum mari

3) Trat sistemic/b. subclinica reziduala post CH exclusiv , RT (supraimpresiunea tum, iradiere statii ggl regionale)

Obs: in tu cu crestere rapide metastazarea apare rapid , ex : cc mamar 10 6 – 10 8 = µmeta, exista corelatie intre vol

T primare si M+; 3,5 cm -> 50% din ptc µmetastaze

Compartimentele celulare tumorale

1) Cel in diviziune = proliferativ (P), angajate in ciclul celular

2) Cel in repaus=G0, cel care au capacitate de proliferare, dar, temporar, sunt in afara ciclului celular; ele pot reintra in compartimentul P si trebuie distruse pt a obtine vindecare

3) Cel diferentiate, neproliferative – mor dupa un timp

4) Pierderi celulare =cel moarte sau indepartate din tumora (cel necrozate intracelulare)

Exista un potential transfer de cel intre compartimente