By NA 1

Genetica del cancro

Lezione 18

By NA 2

Il tumore come network

Carcinoma del colon

Esempio di progressione a tappe da tumore benigno a tumore maligno

Iperplasia Le cellule conservano morfologia

Cancro in situ Le cellule perdono il contatto con il tessuto

Le cellule mutate iniziano a duplicarsi in modo incontrollato

Displasia. Le cellule perdono morfologia

Cancro invasivo Le cellule divengono invasive e metastatizzano

Processo di vascolarizzazione

By NA 3

Le alterazioni genetiche acquisite che portano alla trasformazione maligna sono un esempio di variazione genetica somatica (oltre al mosaicismo per i caratteri genetici nucleari e all eteroplasmia per le mutazioni mitocondriali).

Il tumore ha un origine clonale, essendo il suo sviluppo innescato da un alterazione genetica in una singola cellula

E l accumulo di alterazioni genetiche in una singola cellula e nel clone che ne deriva che produce gli effetti fenotipici caratteristici del termine malignita .

Cos e il tumore

I

I

M

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“ ’”

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Cellule normali e cancerose

CELLULE NORMALI CELLULE CANCEROSE

PERDITA INIBIZIONE

DA CONTATTO

INIBIZIONE DA CONTATTO

INCAPACI DI CRESCERE IN

SOSPENSIONE

(ECCEZIONE I LINFOCITI)

CRESCONO IN SOSPENSIONE

INDIPENDENTI DA FATTORI

DI CRESCITA

DIPENDENTI DAI FATTORI

DI CRESCITA

MORTALI IMMORTALI

L☺

☺ L

L☺

☺ L

By NA 5

I geni alterati nel cancro sono definiti oncogeni: questo nome deriva dalla scoperta di geni virali responsabili della trasformazione in tumore delle cellule infettate

I geni nei tumori

sono geni che controllano le normali funzioni della cellula: la proliferazione, l apoptosi, il ciclo cellulare....per poterli studiare, come i geni considerati finora bisognaavere dei mutanti: le cellule cancerose sono i mutanti

’

By NA 6

Vengono suddivisi in alcune categorie a seconda della

funzione che svolgono prima della mutazione

I geni nei tumori

proto-oncogenioncosoppressori caretaker landscapers

Gene Rb del retinoblastoma

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(addetti alla manutenzione) (architetti del paesaggio)

By NA 7

Un punto di vista diversoLa selezione agisce attraverso la fitness di un gruppo di individui: chi si riproduce di piu’ per effetto di mutazioni favorevoli in quel momento e in quel luogo prendera’ il sopravvento

trasferiamo questo concetto ad un gruppo di cellule : una cellula muta, acquisisce un vantaggio proliferativo sfuggendo anche parzialmente al sistema di controllo, si riprodurra’ piu’ rapidamente

la cellula nell’organismo e’ sottoposta ad un controllo a molti livelli e difficilmente potra’ in breve tempo prendere il sopravvento…… almeno finche’ i sistemi di controllo sono efficienti

By NA 8

Due forze contrastantiUna spinge la cellula mutata a prendere il sopravvento e l’altra protegge l’organismo nel suo insieme (apoptosi, meccanismi di riparo)

questo fa si che almeno fino al momento in cui un organismo si riproduce il numero di mutazioni somatiche che si accumulano nella cellula non raggiungano il livello di guardia: si pensa 6-7 (con le dovute eccezioni), e soprattutto con la nuova generazione si rincomincia.

con il tempo i meccanismi di controllo si attenuano e vengono meno………

By NA 9

e allora come mai il cancro?se la possibilita’ di accumulare in una cellula o in un suo clone e’ bassa come mai ci sono i tumori cosidetti maligni?

sostanzialmente ci sono due meccanismi che permettono la progessione:

mutazioni che aumentano la capacita’ proliferativa incrementando il numero di “individui” in cui potrebee manifestarsi una seconda, terza …… mutazione

mutazioni che intaccano la stabilita’ del genoma aumentando il livello di mutazioni nel loro insieme

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By NA 10

riarrangiamenti multipli

By NA 11

riarrangiamenti multipli

By NA 12

percorsi che portano alla cancerogenesipossiamo ridurre a due i percorsi che sviando, portano al tumore: percorsi che controllano la nascita di nuove cellule (geni del ciclo cellulare) e percorsi che portano alla morte (geni che controllano l’apoptosi)

al primo percorso appartengono quei geni (protoncogeni) che nella forma wt promuovono la proliferazione. Quando l’effetto della mutazione provoca un ”gain of function” il risultato e’ un prodotto inappropriato nella sua attivita’ o nello spazio o nel tempo.Vista la loro funzione wt basta la mutazione di un allele

vi ricordo che non e’ la mutazione in se’, ma l’effetto che la mutazione ha sulla funzione. il cancro e’ un fenotipo come gli altri, viene meno una funzione dell’individuo cellula.

By NA 13

percorsi che portano alla cancerogenesial secondo appartengono quei geni che nella versione wt impediscono la progressione del ciclo cellulare (definiti TS tumor suppressor), stimolano l’apoptosi , controllano la stabilita’ del genoma, garantiscono l’accuratezza della replicazione, del riparo e della segregazione. Il fenotipo mutante compare quando tutti e due gli alleli sono mutati nella stessa cellula.

Il nostro organismo e’ come un auto in cui i protooncogeni sono l’accelleratore e i TS i freni.

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MI

Già negli anni 80 ben venti diversi retrovirus erano risultati portatori di un oncogene: sono indicati con abbreviazioni di tre lettere, solitamente derivanti dal tumore provocato (es. erbB per eritroblastosi )

gli oncogeni virali sono omologhi a normali geni eucariotici (es. il gene virale v-src è omologo al gene cellulare c-src ) cioe nella cellula sono presenti geni che hanno la funzione di stimolare la riproduzione cellulare

Questi geni cellulari sono definiti PROTO-ONCOGENI

Quando si sovraesprimono diventano oncogeni e trasformano la cellula: quindi il fenotipo tumore in questo caso si puo definire dominante... Perche?

I proto-oncogeni

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I proto-oncogeniPerche la cellula e eterozigote : ha un allele wild-

type e uno mutato e per questo non e piu in grado di svolgere correttamente il controllo sul proprio ciclo cellulare

le mutazioni dei proto-oncogeni danno un vantaggio selettivo alla cellula perche permettono di crescere indiscriminatamente.

i proto-oncogeni sono geni che codificano per molecole che regolano il differenziamento e la proliferazione cellulare:fattori di crescita, recettori, proteine associate alla membrana cellulare per la trasmissione dei segnali, proteine che controllano la trascrizione.......

L

L

M

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By NA 16

OncogeniEra noto che alcuni tumori animali originassero da infezioni virali, questa informazione derivava da esperimenti in vivo ed in vitro. Nell’uomo sono pochi quelli dimostrati ad eziologia esogena

By NA 17

OncogeniQuello che ci interessa e’ che geni portati da virus possono trasformre le cellule ospite. lo studio di questi geni ha permesso di capire cosa sono gli oncogeni. Test in vitro come il NIH-3T3 hanno permesso di chiarire che in tumori di origine non virale sono presenti oncogeni endogeni attivati

By NA 18

OncogeniIl primo oncogene virale identificato (1983) e’ stato v-sis che corrisponde al gene PDGFB fattore di crescita delle piastrine. La sua espressione incontrollata e’ concordante con l’idea che l’eccesso di un grow factor porti ad un’iperproliferazione.L’analisi di altri oncogeni ha confermato che la loro funzione e’ indispensabile per la cellula e che la loro alterata espressione e’ all’origine dei tumori.

Grossolanamente possiamo suddividere gli oncogeni in 5 classi:fattori di crescita secreti recettori di membranacomponenti dei sistemi di trasduzione del segnale intracellulareproteine DNA-binding compresi i fattori di trascrizionecomponenti del network delle cicline, delle chinasi-ciclino dipendenti e degli inibitori

delle kinasi. Tutti componenti che controllano il normale svolgimento del ciclo cellulare

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Es.: c-sys

Es.: c-erbB

Schema delle classi di proto-oncogeni

I proto-oncogeni diventano oncogeni quando vengano attivati in maniera difforme dal loro schema fisiologico.

M

By NA 20

Oncogeni Vira l and cellu lar oncogenes

Viral disease v-onc c-onc Location Functio nSim ian sarcom a 22q13 .1 Platelet-derived growth factor B subun it

Chick en erythroleu kemi a 7p13-q2 2 Epidermal growth factor receptor

McDo nough feline sarcom a 5q33 Macrophage col ony-stimulating facto r

recepto rHarvey rat sarcom a 11p15 Component of G-protein s ignal transductionAbels on mo use leukemia 9q34.1 Protein tyrosine kinaseAvian sarcoma 17 1p32-p3 1 AP-1 trans cription factor

Avian myelocytomatosi s 8q24.1 DNA-bi nding prot ein (transcription factor; seeRabbitts, 1994)

Mouse oste osarcom a 14q24 .3-q31 DNA-bi nding transcription factor

v-sis PDGFBv-erb-b EGFR

v-fm s CSF1R

v-ras HRAS1v-abl ABLv-jun JUN

v-myc MYC

v-fos FOS

By NA 21

Attivazione protoncogeniUn protoncogene diventa oncogene quando la mutazione provoca un aumento di funzione che puo’ essere :

quantitativo di un prodotto normalequalitativo: prodotto leggermente mutato che non puo’ rispondere al suo controllore,

prodotto chimerico originato da un riarrangiamento genomico

Le mutazioni sono sempre somatiche, ci sono alcune eccezioni, ma la predisposizione alla comparsa di tumori e’ un aspetto di sindromi polimalformative a trasmissione auosomica dominante (RAS)

Anche il protoncogene RET e’ particolare: le sue mutazioni con attivazione provocano la MEN2A neoplasia delle ghiandole endocrine che si puo’ presentare come familiare. Si ritiene che questo comportamento derivi dalla ristrettezza dell’espressione del prodotto mutato di RET nello spazio e nel tempo. Da notare che mutazioni con perdita di funzione di questo gene provocano una sindrome neonatale:Morbo di Hirschprung.Anche il protoncogene KIT mutato con perdita di funzione provoca una sindrome familiare con depigmentazione il piebaldismo.

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By NA 22

Attivazione protoncogeni

Amplificazione genica

Esempio: cromosomi double minutes e homogeneously staining regions (HSR)

conseguenza di errori casuali nella replicazione del DNA

double minutes

By NA 23

Attivazione protoncogeniMutazione puntiforme

Esempio: nel carcinoma della vescica, il gene ras presenta una mutazione nella sostituzione di una singola

base che, a sua volta, provoca la sostituzione di un amminoacido. Tali cambiamenti avvengono in punti

caratteristici del gene che conducono a trasformazione cellulare

&

By NA 24

Attivazione protoncogeniRiarrangiamento cromosomico:

c-myc gene catena pesante Ig

c-myc si viene a trovare sotto il controllo del promotore del Igche e’ un promotore forte e nella serie bianca funziona ad un ritmo elevato: il proto-oncogene perde la propria regolazione e assume quella del Ig. La cellula perde il controllo

QUESTO AVVIENE SOLO SE LA TRASLOCAZIONE SI VERIFICA NEI LINFOCITI!

traslocazione

linfoma di Burkitt t(8;14)

L

M

By NA 25

Attivazione protoncogeni

cromosoma non normalechr Philadelphia (1961)

Nel 95% dei casi di CML

Indagini FISH E MOLECOLARI

SI FORMANO DUE GENI DI FUSIONE:ABL-BCR su DER9 (nessuna proteina prodotta)BCR-ABL su Ph (proteina di fusione coinvolta nella proliferazone

cellulare)

ABL

BCR

ABL/BCR

BCR/ABL

CML, Leucemia Mieloide Cronica

Traslocazione reciproca braccio lungo chr.9 e il braccio lungo chr.22: t(9;22)(q34;q11).

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By NA 26

Attivazione protoncogeni

By NA 27

Attivazione protoncogeni Chimeric genes produced by cancer-specific chromosomal rear rangements

Tumo r Rearrangement Chimeric gene Nature of chimeric produ ct

CM L t(9;22)(q34;q11) Tyrosine kinase

Ewing sarcoma t(11;22)(q24;q12) Transcription facto r

Ewing sarcoma (variant) t(21;22)(q22;q12) Transcription facto r

Malignant me lanoma of soft parts

t(12;22)(q13;q12) Transcription facto r

Desmoplastic small round cell tumor t(11;22)(p13;q12) Transcription facto r

Liposarcom a t(12;16)(q13;p11) Transcription facto r

AM L t(16;21)(p11;q22) Transcription facto r

Papillary thyroid carci nom a inv(1)(q21;q31) oncogene) Tyrosine kinase

Pre-B cell ALL t(1;19)(q23;p13.3) Transcription facto r

ALL t(X;11)(q13;q23) Transcription facto r

ALL T(4;11)(q21;q23) Transcription facto r

ALL t(9;11)(q21;q23) Transcription facto r

ALL t(11;19)(q23;p13) Transcription facto r

Acute promyel ocytic leukem ia t(15;17)(q22;q12)

Transcription factor+retinoic acid recepto r

Alveolar rhabdomyosarcom a t(2;13)(q35;q14) Transcription facto r

Note how the same gene may be involved in several different rear rangements. For further details seeRabbitts (1994). CML , chronic myeloid leukemi a; A LL, acute lymphob lastoid leukemia .

BCR-ABL

EWS-FLI1

EWS-ERG

EWS-ATF1

EWS-W T1

FUS-CHOP

FUS-ERG

NTRK1-TPM3(TRK

E2A-PBX1

MLL-AFX1

MLL-AF4

MLL-AF9

MLL-ENL

PML-RARA

PAX3-FKHR

By NA 28

Il materiale didattico e’ presente in rete:http://www.dipartimentodibiologiabari.it/didatticaNON sono dispense, ma un ausilio allo studio sullibro