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Capitolo 10 La genetica del cancro Anno accademico 2002- 2003 Canale A: Prof. Malavasi

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Capitolo 10La genetica del cancro

Anno accademico 2002-2003Canale A: Prof. Malavasi

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Il cancro è una malattia genetica:

1) È il risultato di alterazioni nel DNA che alterano la regolazione del ciclo cellulare

2) Molte di queste alterazioni sono delle mutazioni

3) Le mutazioni possono essere causate da:- errori casuali nella replicazione- esposizione ai carcinogeni (per es. radiazioni o sostanze chimiche)- errori nel processo di riparazione del DNA

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Cancer is fundamentally genetic, in that it arises from mutations distorting the information contained in genes. At the same time, cancer is not genetic--the truly causative DNA damage is not inherited but acquired.

D.W. Ross, Hospital Practice, 1999

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Expanding the Basics

1) Cancer Arises from Damage to DNA. known causes of gene dysfunction include chemical or irradiational mutagenesis. Genomic flaws may also arise during DNA replication as errors that sometimes go undetected by intracellular repair mechanisms. In addition, certain viral infections are known to suppress gene function.

2) The Damage to DNA Is Acquired. Familial cases of cancer allow use of genetic mapping techniques to pinpoint cancer-related genes.

3) The Damage Typically Occurs in Multiple Steps. Epidemiologic data show that the incidence of cancer increases exponentially with age, but in a small proportion of cases, the damage happens to come fast, e.g. some leukemias

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The multi-hit hypothesis

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The Damage Affects Protooncogenes and Tumor Suppressor Genes.

Our understanding of the molecular basis of cancer is built largely around evolving concepts of these two types of genes. So far, about 100 human protooncogenes have been discovered, and about 20 tumor suppressor genes. Both gene types specify proteins related to cell growth. A protooncogene product promotes such growth; a tumor suppressor gene product inhibits it.

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Oncogenes:-gain of function mutation: dominant-not heritable as a germline mutation

Tumor suppressor genes:-loss of function mutation: recessive

-heritable as germline mutation

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The example of follicular lymphoma

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The example of chronic myeloid leukemia

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1) Clonal hematopoietic stem cell disorder

2) 20% of all leukemias (1 – 1,5 cases / 100,000)

3) Clinical course includes a chronic phase (4-5 yrs), an accelerated phase (6-18 mos) and a blast phase (3-6 mos)

4) Onset at >50 yrs

CML: clinical features

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CML: chronic phase

1) Characterized by mild hyperplasia with marked leukocytosis and immature cells of the granulocytic series

2) Lasts for approximately 4-6 yrs

3) Thrombocytosis and basophilia are common

4) Leukemic cells retain the capacity to differentiate normally

5) 50% of patients identified during routine blood tests

6) Main symptoms include fatigue, night sweats, abdominal discomfort due to splenomegaly

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CML: accelerated and blastic phases

1) Increasing myeloid immaturity; loss of the ability to differentiate normally

2) During the accelerated phase pts show a rising % of blasts (15-30%) and basophils (> 20%) in the PB and BM;

3) Blast phase can be either myeloid or lymphoid

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CML: molecular basis

1) 1960: Nowell and Hungerford described a consistent chromosomal abnormality in CML pts.

2) 1973: Rowley clarified that the shortened chr was the product of a reciprocal translocation

3) Majority of cases associated with (9; 22) (q34;q11) traslocation. It is a reciprocal translocation of the long arms of chromosome 9 and 22, resulting in a shortened chr 22 (the Philadelphia chr)

4) The molecular consequences is the fusion of the c-abl oncogene from chr 9 to sequences from chr 22, the breakpoint cluster region (bcr), giving rise to the bcr-abl gene.

5) The length of the fusion protein depends on the site of the breakpoint in bcr

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Why this chromosomal translocation?

1) Exposure to IR is a risk factor

2) Bcr and abl are in physical proximity in normal human cells

3) Bcr-abl transcripts are detectable at low frewuency in the blood of many healthy individuals

4) Why do some indivuals develop leukemia while others do not?

- role of immune responses (HLA)

- stage during which the translocation occurs

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CML: molecular features

1) The two most common fusion proteins are p185 and p210

2) p210 is seen in >95% of CML pts and 20% of ALL pts

3) p185 is seen in 10% of adult ALL pts and in the majority of pediatric Ph+ ALL pts

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1) Ubiquitously expressed 145 kD protein, with 2 isoforms

2) Human homologue of the v-abl oncogene carried by the Ableson murine leukemia virus

3) Nonreceptor tyrosine kinase

4) Involved in regulation of cell cycle, in the cellular response to genotoxic stress, in the trasnmission of information concerning the environment through the integrin signaling pathway

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1)160 kD protein, ubiquitously expressed

2) Serine threonine kinase activity in vitro (Bcr?)

3) Pleckstrin homology domain may activate nuclear factors

4) The true biological relevance remains to be determined

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The bcr-abl protein displays a deregulated tyrosine kinase activity

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Activation of mitogenic signaling

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The example of sqamous cell carcinoma of the cervix

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The retinoblastoma example

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The example of colon cancer

1) Second most common internal cancer

2) Accounts for 20% of cancer-related deaths in western countries

3) Incidence increases dramatically above age 50

4) Incidence approx equal in men and women

5) 5% is on a hereditary basis

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Hereditary colon cancer

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The example of breast cancer

1) 180,000 new cases each year in the US

2) 45,000 women die each year in the US because of breast cancer

3) 12% lifetime risk

4) 5-10% hereditary cases

5) Age and family history are the strongest risk factors

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Toward molecular cancer therapies

1. Monoclonal antibodies: the example of anti-CD202. Antisense therapy3. Protein therapy4. Vaccines

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Antibody vs Tumor

Signaling

Natural effectors

Induced anti-tumor response

Exogenous effects

ApoptosisCell cycle arrestModulation

ComplementFcR bearing cells

Antigen

R-active isotopetoxins

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Lack or decreased expression of targeted antigen

Expression of defensive antigens (CD46, CD55, CD59)

Insufficient mAb delivery

Potential resistance mechanisms to immunotherapy

Delivery of apoptotic signals to effector cells

Release of negative immunomodulators

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Antibody Specificity Target cell Type

Edrecolomab 17-1A colon/rectal cancer Murine IgG2a

(panorex®)Trastuzumab HER-2 breast cancer Humanized murine IgG1

(Herceptin®)-idiotype abs individual B-cell B-cell lymphomas Customized human mAb

tumor antigensCAMPATH-1 CD52 CLL Humanized IgG1

Rituximab CD20 NHL chimeric human/murine IgG1

(Rituxan®)-B1 B1 NHL Mouse(Tositumomab)*LYM-1* HLA DR NHL Murine IgG2a

LL2 CD22 NHL Murine IgG2a

(Epratuzumab)*°a-CD33 CD33 AML / CML humanized murine mAb(Hu-M195)*Ibritumomab CD20 NHL Chimeric human /murine IgG1

* 131I-conjugated° 90Y-conjugated

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Antisense therapy

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Gene therapy

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Towards molecular therapies