Rakovina je výsledkem porušení překá buněčné proliferace. Jsou 2 základní skupiny genů, jejichž poruchy vedou k neomezenému buněčnému dělení: protoonkogeny a tumor supresorove geny. Viry se účastní nádorové transformace, protože nesou kopii onkogenu nebo narušují expresi výše zmíněných genů. Onkogeny X tumor supresorové geny (protoc/jl^eny) (antionkogeny) U nádorové buňky: mi harm -M J J--------------------------------------------------------------------------- eis/r/ (ünnoftküL&hV) Onkogeny dominantní uíťíí onkogeny / / recesivni t A) overactivity mutation igain of function) single mutation event —------------------------------------■*- creates oncogene normal cel f (B) ü n d ŕt activity mutation (Sobs of functions t I N activating mutation enables oncogene to ceif mat stimulate cell ff1*™* iteration abnormally normal cell mutation event — p- inactivates tumor suppressor gene no effect of mutation in one gene copy second mutation event ■-----------~-»- inactivates second gene copy two inactivating mutations functionally eliminate the tumor suppressor gene, stimulating cell p cot iteration Byly objeveny díky retrovirum nesoucím virové analogy lidských onkogenů Objev na viru Rousova sarkomu (RSV) - izolován z kuřecího sarkomu - transformující gen v-src nebyl nezbytný pro virovou replikaci Zjistila se homologie s bunečným genem c-src-konzervován u všech eukaryont Virové onkogeny jsou derivovány z lidských protoonkogenu Dnes je známo asi 100 onkogenů Protoonkoqen je strukturní gen eukaryontní buňky, jehož produkt se podílí na regulaci dělení buněk a jejich diferenciace. í\A9l9lZ4i\ je Protoonkogen pozměněný nebo aktivovaný tak, že vyvolává nádorovou transformaci buňky. Aktivace protoonkoqenu proces přeměny protoonkogenu na onkogen. Mutace protoonkoqenu: - aktivující - dominantní ^m------------^------------^—■ Kontrola buněčného růstu a dělení 1. Růstové faktory - PĎ6F (s/s- simian sarcoma virus), EGF, FGF 2. Receptory růstových faktoru - ty rozin kinázová aktivita - erb £ epidermal growth factor receptor 3. Signální transduktory (proteiny signálních kaskád) -src, ras Nereceptorove proteinkinazy - abl, Ick, src, rafl, mos,piml G- proteiny -gsp, gip, ras www.bioteach.ubc.ca/CellBioloav/Oncoaenes/ G Extracellular matrix > Plasma membrane Cytoplasm J Growth fan lor r—, Binding J site Unbound y-----receptor Inactive Activated \ Always Activated I NORMAL CELL DIVISION EXCESSIVE CELL DIVISION inactive gnowtn factor receptor activated qrowtn factor receptor inactive growtn factor receptor growth factor L gene required for cell prollferottan (A) NORMAL RESTING CELL (B) NORMAL PROLIFERATING CELL CELL PROLIFERATION IN ABSENCE OF GROWTH FACTOR (C) PROLIFERATING CANCER CELL Signal molecule EXTRACELLULAR SPACE inactive Ras protein active Ras protein activated receptor fp tyrosine kinase adaptor protein Ras-activating protein «&1998 GňRLflHD PUBLISHING Signální transduktory plasma membrane ^J^^-Qc active Ras protein (p)- protein X (p)- protein V gene regulatory protein A changes in protein activity changes in gene expression ©1*93 Cflfll.AH& PUBLISHING Funkce protoonkc)^/]Jj 4. Transkripční faktory -jun, myb, c-myc, f os, ...většinou aktivovány chromozomálními translokacemi u hematologických malignit, fúzní proteiny c-myc-zúčastněný v proliferaci (leukémie, lymfomy) Regulátory programované buněčné smrti - apoptózy - £c/-M Brzdi bunecne delení, ucastm se oprav DNA, podporují apotózu, účastní se buněčné diferenciace I dědičné rakoviny Asi 40 genů Mutace tumor supresorových genu. - inaktivující - recesivní (spojeno s LOH loss of heterzygocity - ztráta heterzygocity) („recesivní onkogeny") - vyskytují se v somatických a také v zárodečných buňkách Tumor fiuprsfioroyé cisny Cantionkocisny) Retinoblastom ■ delší raménko 13.ch I Protein Rbl - fosfoprotein o Mr=110kĎa - v I jádrech všech bb, stupeň f osf orylace závisí na I fázi BC (začíná Gl/S, vrcholí G2/M), I f osf orylace inaktivuje - regulace BC I 2 formy - dědičná (heterozygoti - stačí 1 další | mutace) (výskyt 1:20 000) - postiženy obě oči, více ložisek Nedědičná forma - vzácnější vyžaduje 2 mutace (na každém homologním ch) -postiženo jen 1 oko 1 nádorem Vyskytuje se i u nádorů plic,močového měchýře prostaty, prsu V. # béďitnv nzdzdlófYV ľ z~n hoblují os n NORMAL, HEALTHY INDIVIDUAL ®®®® occasional cell inactivates one of its two good Rb genes RESULT: WTUMOR HEREDITARY RETINOBLASTOMA inherited mutant Rb gene occasional cell inactivates its only good flu gene copy excessive cell proliferation leading to retinoblastoma Zdánlivě dominantní ÍNHERITED MUTATION DEVELOP TUMOR NONHEREDITAHY RETINOBLASTOMA ® occasiora| ce!| j_Q„. ™ 9enss L i i i the second copy of Rb\s very rarely inactivated in the seme line of cells excessive cell proliferation leading to retinoblastoma RESULT: ONLY ABOUT 1 IN 30 000 NORMAL PEOPLE DEVELOP TUMOR Alberts et al., 2002 Mechanizmy mutací Rb genu THY CELL WITH ONLY 1 NORMAL Rb GENE COPY H£AL ""JfrfiBl Chromosoms normal fíbgene in paternal chromosome SSIELE WAYS OF ELIMINATING NORMAL Kb GENE n n n o U ^disjunction nondisjunction mitotic Sis*™ fd . rGC°mb,nat,0n l0SSÍ duplication ŕ" -i Q gene conversion n deletion point mutation Tumor suft/'asü/wg azny (futibtenkoazny) Protein p53 - krátké raménko 17. C\\ - f osf oprotein -homotetramery, sekvenčně specifická vazba ĎNA -transkripční faktor - brzda vstupu bb do S-fáze - zástava BC v 61 fázi - umožňuje přestávku nutnou k opravám DNA Nefunkčnost - smrt bb nebo genetická nestabilita Mutace p53 - nejčastější genetická změna v lidských nádorech (50%) Trojí význam - kontrola BC apoptóza udržení genetické stability ©199S GARLAND PUBLISHING Aktivita se zvyšuje při oxidačním stresu a po U V záření a při zvýšené expresi onkogenů Rasa Myc Ovlivněni buněčného cyklu prot^j/^/n o63 P53 - vaze se na DNA a indukuje transkripci p21 - p21 blokuje vazbou na Cdk -vstup a průchod S-fází Pokud nefunguje nedochází k pozdržení cyklu při nutnosti oprav DNA - zlomy DNA -abnormální ch. DNA DNA damage ▼ "-------- CD inactive p53 ACTIVATION d 3 active p53 ACTIVE p53 BINDS TO REGULATORS RE C t ON ' OF £ŽV GENE TRANSCRIPTION | TRANSLATION | p2 1 mRNA p2t (Cdk inhibitor protein) ACTIVE S phase cyclin-Cdk complex INACTIVE p2t-S phase cyclin-Cdk complex 61998 GBRLBHD PUBLISHIHG j-h-runkáíú oôľ> 1) poškozené mutované bb pokračují v buněčném cykl 2) umožní poškozeným bb vyhnout se apoptoze 3) vznik genetické instability, umožňující akumulaci mutací Mapo signálních drah se vztahem k rakovine Alberts et al., 2002 Onkoviry RNA Onkoviry RctrOVÍry (RNA viry, onkornaviry): Akutně transformující - nádory během několika dní po injekci vnímavému zvířeti (nesou onkogen) transformují i buňky v kultuře Chronické (pomalu transformující retroviry) - po měsících, netransformují buňky v kulturách - nemají onkogen -inzerční mutageneze (leukemické viry) -inzerce v blízkosti proto-onkogenu - aktivace- přepis díky virovému promotoru (myc,myb, erb B) Retroviry získaly onkogeny rekombinací s hostitelskou DNA - retrovirová transdukce Genom retroviru Může obsahovat i onkogen gag \ pol S enu í Geny pro kapsidu, polymerazu, obal Signál pro obalení viru | R Repetitive sekvence - obsahují enhancery, umožňují inzerci Retroviry Inzerce retrovirS do buněčného genomu (transdukce) ovlivňuje kontrolu buněčných genů silnými retrovirovými promotory a zesilovači (enhancery) což má za následek konstitutivní produkci normálního proteinu (Dverexpresi) -pokud se začlení vedle protoonkogenu (např. c-myc nebo c-erbB) vede ke vzniku nesmrtelné buněčné linie, ale nestačí to k zahájení kompletní maligní transformace. Jako transduktory se uplatňují zejména tzv. akutně transformující retroviry jako např. virus Rousova sarkomu. Životní cyklus retroviru Genomic RNA f'íP So Binding Fusion Reverse transcrň tin Nuclear localization Uncoating 5^ \_i ^^ Translation 7 fl1 ModificatÍD n Assembly Budding C^ Maturation Retrovirovt! transformace LTR LTR gag . pol . env INFECTION Normální retrovirus LTR gag pol env v-onc LTR 1 1 L 1 1 r TRANSDUCTION Normální buňka TRANSFORMATION Transformovaný retrovirus Transformovaná buňka Mechanizmy retrovirové nádorové transdukce a LTF gag pol *rw LTR c - ont m i i nn-n v* one IBX i i s;=a nn Figure 2. riiree molecul-ar mecLanismi of retroviral tranüformäiLon. a, Insertiotia] activatLon of osjcoEe^e: i. Transduction of duídeuhjs: f, Trans-act]vatiííci of oucoseiie . c t;?.?:e::t science vcl ;i. ::o. ?. :;■ lzptzme: Retrovíry Oncovirinae lidský lymfotropní virus typu I (HTLV-1) - T-leukemie (lymfom) dospělých (ATTL), doba latence asi 30 let, vysoká proliferační aktivita napadených bb- větší pravděpodobnost mutací Lerntivirinae •Viry HIV-1 a HIV-2 nádory spojené s jejich infekcí -non-Hodkinův lymf om, primární mozkový lymf om, Kaposiho sarkom DNA Onkoviry DNA nádorové viry (onkodnaviry) - nestejnorodý soubor Bud* proběhne v bb replikace viru, která vede k zániku bb - nevede k transformaci -permisívní bb Nebo se virus bb přizpůsobí (nepermisívní bb) a replikuje se společně s jejím genomem - cílem viru r\er\\ bb zahubit, ale řídí svou i její replikaci a v tom může nastat chyba Extrachromozomální cirkulární DNA - episomy neobsahují lidské onkogeny - kódují proteiny, které interagují s nádorovými supresory (RB, p53, p300/CBP) - virové onkoproteriny, antigény T (tumor antigens) jsou nezbytné pro virovou replikaci Aktivují replikaci blokádou tumor supresorových genu, ovlivnění kontroly BC DNA Onkoviry Nesou geny kódující proteiny, které interagují s některými produkty antionkogenů a brání jejich supresívnímu účinku (pro viry je výhodné, aby buňka postupovala do S-f áze a mitózy) Adenoviry: Onkogeny ElA interaguje s Rb a p300/CBP; v jádře interakce s transkripčními faktory E1B interaguje s p53 Každý kóduje 2 hlavní a několik vedlejších bílkovin - sestřih primárního transkriptu -regulace exprese virových i buněčných genů Kancerogenní u zvírat DNA Onkoviry Pgpovaviry -polyomaviry - 1 oblast genomu kóduje více než 1 bílkovinu -SV40: velký T antigen (90kĎ) různými doménami interaguje s p53,Rb,p300/CBP + malý antigen T (19 kĎ) Papilomaviry (HPV 16, 18#..) ^.několik malých bílkovin -HPV-16, HPV-18: bílkovina E6 interaguje se 2 základními tumor supresorovými geny - p53, p300/CBP; E7 interaguje s Rb + interakce s DNA - deregulace exprese genů podílejících se na proliferaci Epiteliální bb - genitální nádory, nádory ústní dutiny, bradavice V benigních nádorech - ve formě episomů, v maligních integrace do genomu DNA Onkoviry Herpes viry -„Hit and run" mechanizmus onkogeneze EB (Epstein Barrové virus) - nukleární antigen EBNA-1 - r\er\\ transformačním proteinem - znemožňuje dozrání viru a udržuje ho v episomálním stavu - 2 transformační proteiny - EBNA-2 - ovlivňuje příjem signálu (růstové faktory a receptory), LMPl - transaktivator buněčných a virových genů -HSV-2 - BurkittSv lymfom (BL), HodgkinSv lymfom (HĎ), lymfomy, nazofaryngální karcinomy (NPC) -Transformace lidských B-lymfocytS in vitro Infekční mononukleóza - u některých lidí nádory, u některých infekce!? DNA Onkoviry Lidský herpesvirus typu 8 (HHV8) - Kaposi ho sarkom (KS) •Herpes simlex II - červi kál ní rakovina •Virus hepatitídy B (HBV) -chronická infekce- integrace do chromozomu- hepatocelularni karcinom (HCC) - u mužů až 50% pravděpodobnost, po 20-30 letech od infekce Virus Rousova sarkomu (RSV) obsahuje v-src Onkogenni viry a lidské nádory Table 9-2 Some Oncogenes Originally Identified T hr c to Become Cancerous ugh Their Presence in Retroviruses That Cause Cells Oncogene Proto-oncogene Function Source of Virus Virus-induced Tumor shJ protein kinase (tyrosine) mouse pre-B-cell leukemia etb-B cat chicken sarcoma erythroleukemia; fibrosarcoma epidermal grovtn factor \ tor) receptor /fcr protein kinase (tyrosine) cai/chicken sarcoma /Jter macrophage colony-sümulaüng factor (M-CSF) receptor cat sarcoma fosf Jim associate to form a gene regulatory protein mouse osteosarcoma chicken fibrosarcoma myc gene regulatory protein. chicken sarcoma; myelocytoma carcinoma rsf protein kinase (serine/threonine) chicken/mouse sarcoma ■Mum GTP'binding protein rat sarcoma arythroleukarda ral gene regulatory protein turkey reticuloendotheliosis SIS platelet-derived growth factor, B chain monkey sarcoma src protein kinase (tyrosine) chicken sarcoma The Äv. ßoi, jsw.. and jH/proto-oncogenes encode prowms rformally locaxd m ftt tme le ll3, vhere they regulate gene transcription. The ňJt-B and jtiHřproto-oricogenes encode proteins located on the outer membrane of «Hi Cia* jsectivs signals from outside the cell and transmit that information to the inside of the cell (see Chapter \S). AM, Jim, jay, jh£ and jor oncogenes encode pioieiiß located m the cytoplasm that are components of signaling patlways (Chapter 15). Theii^proto-oncogerie encodes a secreted protein Inatsignals other cells to divide. _____________________________________________________________________________________________________aaaa MRLflH° publishing