Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetéseaz Európai Unió új társadalmi kihívásainaka Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni EgyetemenAzonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

SEJTCIKLUS ÉS RÁKTERÁPIÁK, P53

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetéseaz Európai Unió új társadalmi kihívásainaka Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni EgyetemenAzonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Balajthy ZoltámMolekuláris Terápiák – 13. előadás

A 12 és 13 . fejezet célja, hogy megismerjük a sejtciklus és a sejthalál egyes lépéseit, szabályzásait, a szabályozatlan sejtosztódás kialakulásának létrejöttét, a rákterápiás beavatkozás lehetőségeit.

A 13. fejezet témakörei

13.1. Tumorgátló gének és lehetséges biokémiai funkcióikA retinoblasztóma proteinP53 transzkripciós faktor elsődleges szerkezete, regulációjaMutáns p53 aktivitásának a visszaállítása

13.2. A természetes sejthalálKözös elemek a három sejthalál forma-sejtbiokémiai mechanizmusában

Fas ligand és kaszpáz által aktivált sejthalál útvonalTumor zsugorodás apoptózissal

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

CDK inhibitor

CDK inhibitor

CDK inhibitor

Dihidrofolát reduktázTimidin kináz Timidilát szintáz DNS polimeráz

E2F: eukarióta transzkripciós faktorEGF: epitélsejt növekedési faktorCDK: ciklin dependens protein kinázRb: retinoblasztoma fehérjeD1, A, E: Ciklin D1, A és E

DNS replikációs gépezet elindul

DNS replikációs gépezet elindul

S fázis start

pozitív erősítés

transzkripcióleállítás

Késői G fázis transzkripciós eseményei TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

13.1 Tumorgátló gének és lehetséges biokémiai funkcióik

Név Kromoszómális lokalizációja A hiányzó fehérje biokémiai funkciója

p53 17 a CDK inhibitor p21 indukciója, segítségével DNS hibajavítás, apoptózist indukál

NF-1 17 neurofibromin (ras GTPáz aktiválás)Neurofibromatosis 1. tipus

WT- 1 (Wilms-tumor) 11 4 Zn-ujjat tartalmazó transzkripciós faktor

APC 5 apoptózist indukál, kölcsönhatásba lép β-kateninneladenoma polyposis coli

P16 melanoma 9 a cdk4 inhibitora

PTEN P1 fosztatáz

BRCA1 17 DNS hibajavításemlő karcinóma

BRCA1 13 DNS hibajavításemlő karcinóma

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A retinoblasztóma gén180 kb, 27 exon

4.7 kb mRNA105 kD fehérje

A 13-mas kromoszómát kórosnak találták több retinoblasztómás sejtben; behatárolható volt, hogymelyik része hiányzik a kromoszómának, amikor ilyen tumoros sejtekből készítették a kromoszóma preparátumot. Ebből a részből klónozták a retinoblasztóma gént.

A retinoblasztóma példája

Deléciókat figyeltek meg a génben, amikor retinoblasztóma sejtekből izolálták azt.

A deléciók, a funkcióvesztőelváltozások gyakorisága egybeesetta retinoblasztóma előfordulásának gyakoriságával; vagyis a retinoblasztómás sejtekből mindig ilyen kóros gént lehetett izolálni.

Az ép gén visszajuttatása a sejtekbe leállította a retinoblasztómás sejtburjánzást.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Tumorgátló gének: Retinoblasztóma és a p53

Sejt osztódás

1. Sejtciklus blokka G1 ellenőrző pontban

2. DNS törést javító-rendszer aktiválás

DNS törés

P53

P21 transzkripcióelindítása

Javító enzimek transz-kripciójának elindítása

DNA-hiba javítás

p21

G1 CDKaktív

p21Sejtciklus blokkG1 ellenőrző

pontban DNs replikációgátlás

E2FRb

Ac

AcE2F

G1 CDKaktív

TF

Rbp p

pp

S fázis / G2

Mitózis

sejtosztódásgátlás

Sejt osztódás

1. Sejtciklus blokka G1 ellenőrző pontban

2. DNS törést javító-rendszer aktiválás

1. Sejtciklus blokka G1 ellenőrző pontban

2. DNS törést javító-rendszer aktiválás

DNS törés

P53

P21 transzkripcióelindítása

Javító enzimek transz-kripciójának elindítása

DNA-hiba javítás

p21p21

G1 CDKaktív

p21p21Sejtciklus blokkG1 ellenőrző

pontban DNs replikációgátlás

E2FRb

Ac

AcE2F

G1 CDKaktív

TF

Rbp p

pp

S fázis / G2

Mitózis

sejtosztódásgátlás

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

transcriptionalactivation domain

Sequence-specific DNA-bindingdomain

tetramerizationdomain

CN1 100 200 300 393

nuclear export signal15 20

Ser Ser381 382Lys Lys

372Lys

383Lys

Hdm2 ubiquitination orp300 acetylation

P53 transzkripciós faktor elsődleges szerkezete

p p

ATM/ATR

Chk2

hdm2

A p53 központi szerepet játszik a DNS sérülés és celluláris stresszre adott válasz-ban. Aktivációja sejthalált okozhat. Éppen ezért összetett szabályozásnak vankitéve, ami biztosítja, hogy csak akkor legyen aktív, ha az szükséges. A módosí-tások többsége DNS törés esetén a mennyiségének vagy a génszabályzó aktivitásának a növekedéséhez vezet.

A humán ATM gén mutációja ataxia telangiectasia kialakulásához vezet, ami többek között a sugárzás okozta DNS kettős száltörés kijavításának a csökkenését okozza, és így a növeli az esélyét a rákos folyamatok kialakulásának. Az ATM a sérült DNS helyén effektor molekulákat foszforilál, így közvetítve a sérülésiválaszt.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Hmd2 p53 p53pp p53p

p300

p300

DNA sérülés

ATM / ATR

Chk2

Hmd2

Hmd2

gén expresszió

Sejtciklus gátlás Sejthalál

P53 lebontás p53 stabilizáció és tetramerizáció

ubiquitin

A p53 transzkripciós faktor regulációja I.

hdm2

p53 turnover normál körülményekben

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A p53 transzkripciós faktor, mely sejtciklus gátlás ill. apoptózis kiváltása révén tumor szuppresszorként működik, számos celluláris stresszhatásra aktiválódik. Ezek közé tartozik a DNS károsodása, a hipoxia ill. a kóros proliferatív szignálok.

Az hdm2 ubikvitin ligáz,amely a P53-at elviszia fehérje lebontó rendszerbe.

hdm2

hdm2

p53

p53

p

BRCA1

Onkogén stimuláció

(ciklinek, c-Myc, E2F-1, Ras)

p19ARF

Hipoxia

DNA sérülés, UV

(ATM, DNA-PK, ATR)

P53 lebomtás

Stabil és aktív

Célgének transzkripciója PUMA

P21(WAF1) GADD45 14-3-3 BAX FAS/APO1 KILLER/DR5PIG3

APAF-1

NOXA

Stabil

acetilációdefoszforiláció

Transzkripciós represszió

IAPsurvivin

sejthalál fehérjék

p53 p53

p53p53

A p53 transzkripciós faktor regulációja II.

Celluláris stresszOnkogén aktivitás

p53 Hdm2 Arf

Nutlins

Prima-1CP-31398

Sejt halál Növekedés gátlás

A nutlinok az Mdm2-t gátolják a p53 megkötésében és lebontásában,a Prima-1 stabilizálja a mutáns, túl gyorsan lebomló p53-at.

Mutáns p53 aktivitásának a visszaállítása I.TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

hdm2

hdm2

p53

p53

p

BRCA1

Onkogén stimuláció(ciklinek, c-Myc, E2F-1, Ras)

p19ARF

Hipoxia

DNA sérülés, UV

(ATM, DNA-PK, ATR)

P53 lebomtás

Stabil és aktív

Célgének transzkripciója PUMA

P21(WAF1) GADD45 14-3-3 BAX FAS/APO1 KILLER/DR5PIG3

APAF-1

NOXA

Stabil

acetilációdefoszforiláció

Transzkripciós represszió

IAPsurvivin

sejthalál fehérjék

p53 p53

p53p53

Onkogénmutációk

Gén terápiaStabilizáló molekulák

Nutlinterápia

Mutáns p53 aktivitásának a visszaállítása II.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

13.2. A természetes sejthalál

Az élő szövetekben állandóan előforduló fiziológiás folyamat az olyan sejtek zökkenőmentes eltávolítására: amelyeknek nincs funkciája (pl. morfogenezis, duplikálódó struktúrák, szexuális dimorfizmus), amelyek felesleges számban képződnek (pl. csontvelőben képződő sejtek), amelyek nem megfelelően fejlődnek (pl. limfociták egy része), amelyek már teljesítették funkciójukat (pl. endometrium, szöveti "turnover"), amelyek potenciálisan kárt okozó sejtek (pl. autoreaktív T sejtek, neutrofil granulociták).

Természetes sejthalál formáka. Programozott sejthalál Embriogenezisfunkcionális, fejlődéstani definíció; időben és térben megjósolható;aktív fehérjeszintézist igényel

b. specializált sejthalál formákszövetspecifikus terminális differenciálódás; a sejthalál programja egy adott ponton felfüggesztődik; a részleges sejthalál specifikus szöveti funkciót szolgál; aktív fehérjeszintézist igényel (pl.vörösvértest, thrombocyta, szemlencse, kornifikáció)

c. Apoptózismorfológiai definíciónem fiziológiás ágensek is kiválthatjáknem mindig igényel aktív fehérje szintézist

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Közös elemek a három sejthalál forma-sejtbiokémiai mechanizmusábansejtmag eliminálása

DNS lebontás internukleoszómálisan hasító endonukleázokkal

fehérje keresztkötő transzglutaminázok indukálása és/vagy aktiválása

Specifikus proteázok aktiválása

intracelluláris makromolekulák nem jutnak ki

hatékony fagocitózis receptorok segítségével(kivéve kornifikáció és szemlencse)

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Az apoptózis alaki jellemzői

Leválás

Zsugorodás

Darabolódás

Bekebelezés

Emésztés

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Fas ligand és kaszpáz által aktivált sejthalál útvonal

kaszpáz-8

Pro-kaszpáz-8

NuNukleuszkleusz

Citokróm c

Apaf-1Pro-

kaszpáz-9

ATP

Apoptoszóma

Diablo/SMACXIAP

kaszpáz-3

Bid

hasítottBid

DNShasítás

Pro-kaszpáz-3

Mitokondrium

DNDNS tS töörrééss

DNADNA--PK, PK, ATMATM

Mdm2p53

Bax, Noxa, Puma, …

CAD

Bcl-2, …

ICADICAD

Sejt halál

Plazma membrán

Citoplazma

kaszpáz-8

Pro-kaszpáz-8

NuNukleuszkleusz

Citokróm c

Apaf-1Pro-

kaszpáz-9

ATP

Apoptoszóma

Diablo/SMACXIAP

kaszpáz-3

Bid

hasítottBid

DNShasítás

Pro-kaszpáz-3

Mitokondrium

DNDNS tS töörrééss

DNADNA--PK, PK, ATMATM

Mdm2p53

Bax, Noxa, Puma, …

CAD

Bcl-2, …

ICADICAD

Sejt halál

Plazma membrán

Citoplazma

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Apo

ptóz

is fe

stés

Szö

vetta

ni fe

stés

Kezeletlen kontroll Radio terápia (RT) Halál ligand (TRAIL) Radio terápia (RT) +

Halál ligand (TRAIL)

Tumor zsugorodás apoptózissalTÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011