1
Podstata nádorové
transformace buněk a
etiopatogeneze nádorů
Kontrola buněčného cyklu
Nádorová transformace
Interakce nádoru a organizmu
Metastazování
2
Nádory (tumory) - základní fakta
• Nádor je patologický stav (nemoc) v důsledku porušené
kontroly buněčného cyklu
• růst a dělení buněk je fyziologicky vysoce regulovaný
proces podřízený zájmu mnohobuněčného organizmu !!!
• nádorová buňka se chová jako nezávislá jednotka
• Příčinou porušené regulace je genetická změna zpočátku
nejčastěji v 1 či několika málo buňkách
• ale! náš genom je neustále atakován mutageny, naprostá
většina mutací je však neškodná, tj. opraví se nebo se týká
genů, které nejsou kritické pro regulaci b. dělení
• poškozená buňka může být
• somatická (jakákoliv buňka těla)
• naprostá většina nádorů, náhodné, bez zjevné rodinné anamnézy,
tzv. sporadické
• germinativní (vajíčko či spermie)
• dědičně predisponovány, průkazná rodinná anamnéza, tzv.
familiární
3
Nádory (tumory) - základní fakta
• buňky vycházející z patologického klonu
se nekontrolovaně množí (různě
rychle) a posléze event. šíří i na další
sekundární místa (metastázy)
• podle rychlosti proliferace rozlišujeme nádory
• benigní – většinou rostou jen v místě vzniku,
nejsou agresivní, zachovávají si diferenciaci
• maligní – rostou rychle, invazivně a šíří se na
další místa, nediferencované
• všechny nádory jsou důsledkem
genetické poruchy klíčových genů
kontroly buněčného cyklu (tj. růst,
DNA replikace, kontrola, oprava,
apoptóza)
• (proto)onkogenů – normálně podporují (po
stimulaci) dělení a růst buněk, pokud jsou
mutovány, dělení je spontánní a
nekontrolované
• supresorových genů – normálně v případě
potřeby zastavují b. dělení a iniciují opravu či
apoptózu, pokud jsou mutovány, umožňují
propagaci neopravených mutací a rezistenci k
apoptóze
• DNA reparačních genů – normálně opravují
v molekule DNA opravitelné změny, pokud
jsou mutovány neopravená změna může být
přenesena do dceřiných bb.
4
Nádory (tumory) - základní fakta
• Genetická změna může vzniknout
• (1) chybou při DNA replikaci a dělení
buňky
• (2) působením zevních faktorů
(karcinogenů)
• fyzikálních – např. UV a ionizující záření
• chemických – organické látky, toxiny, těžké
kovy, …
• biologických – některé RNA a DNA viry
• Nádor zpravidla původně vychází z mutací
1 buňky (monoklonální)
• proces nádorové transformace je ovšem
vícestupňový (tj. postupná kumulace
několika mutací), takže se postupně stává
geneticky heterogenní
• nádor přechází ze stadia prekancerózy
(metaplazie, dysplazie), přes benigní až k
malignímu
• Histologicky – tj. podle toho z jaké tkáně
pochází – rozlišujeme 3 sk.
• epiteliální
• kůže, sliznice, výstelky vývodů
• papilom, adenom (b.), karcinom (m.)
• mesenchnymální
• pojivo, endotel, sval. tkáň, hematopoetická a
lymfatická tkáň, kosti
• fibrom, hemangiom, myom (b.), sarkom,
lymfom, leukemie (m.), …….
• neuroektodermové
• CNS a periferní nervy, pigmentové névy
• astrocytom, gliom, neuroblastom, neurinom,
melanom
5
Postupná změna buněčného fenotypu
6
Buněčný cyklus
• buněčný cyklus (4 fáze)
• cyklická souhra reakcí zajišťujících
růst buňky (G1- a G2 -fáze), DNA
replikaci (S-fáze) a mitózu (M-fáze)
• b. cyklus probíhá při
• bezchybném provedení jednotlivých
kroků
• správnost reakcí je kontrolována ve
3 kontrolních bodech
• v G1-fázi - po skončení předcházející
M-fáze a před S-fází
• v G2-fázi – po skončení replikace
• v M-fázi (metafáze)
• dostatku energetických substrátů
• dostatku zevních (mitogenních)
stimulů
• růstové faktory a mezibuněčná
signalizace
• přirozeně je inhibován (bb. v G0-
fázi)
• kontaktní inhibicí
• produkty supresorových genů
• inhibitory cdc (např. p21)
• nedostatkem růstových faktorů
• porucha regulace  nádorové
bujení
7
Jednotlivé fáze b. cyklu
G0-fáze Klidová fáze buněčného cyklu, ve které buňka plní své základní funkce a
udržuje bazální metabolizmus.
G1-fáze Interval mezi ukončením mitózy a začátkem syntézy DNA, probíhá
intenzivní syntéza všech typů RNA v jádře, v cytoplazmě probíhá
proteosyntéza a buňka roste. Délka G1-fáze obvykle určuje délku celého
buněčného cyklu. G1/S kontrolní bod (je DNA intaktní?).
S-fáze V jádře probíhá replikace DNA a v cytoplazmě jsou syntetizovány histony
(obvykle trvá 10-12 hod). Po ukončení S-fáze buněčné jádro obsahuje
dvojnásobné množství DNA.
G2-fáze Interval mezi koncem syntézy DNA a začátkem mitózy, je typický dalším
růstem buňky, proteosyntézou, přičemž ve zvýšené míře je syntetizován
tubulin a další proteiny sloužící k výstavbě mitotického aparátu. V G2fázi
cyklu probíhá kontrola ukončení DNA replikace před vstupem do
mitózy - G2 kontrolní bod (je DNA kompletně a správně replikovaná?).
M-fáze Mitotické dělení sestává z řady na sebe navazujících změn, které dělíme
do 6 fází, z nichž prvních pět (profáze, prometafáze, metafáze, anafáze,
telofáze) představuje dělení jádra. Šestou fází je vlastní rozdělení buňky
neboli cytokineze. M (“spindle”) kontrolní bod (je mitotické vřeténko
správně vytvořeno?)
8
Kontrolní body b. cyklu / mitóza
9
Regulační proteiny b. cyklu
• (A) produkty (proto)onkogenů
• růstové faktory
• receptory růstových faktorů
• G-proteiny
• membránové tyrozinkinázy (např.
Abl)
• cytoplasmatické signální proteiny
(např. Raf)
• transkripční faktory (např. jun,
fos, myc)
• cykliny
• cyklin-dependentní proteinkinázy
(cdk)
• (B) produkty supresorových genů
• Rb
• p53
• p21
• …
• (C) produkty genů kódujících DNA
reparační enzymy
• mismatch reparace
• excisní reparace
• homologní rekombinace
10
(A) Protoonkogeny
• (1) růstové faktory
• působí ve velmi malých koncentracích,
většinou parakrinně, tkáňově specificky
• např. TGF-β, PDGF, EGF, VEGF, …
• (2) receptory růstových faktorů
• extracelulární, transmembránová a
intracelulární doména
• tato často s tyrozinkinázovou aktivitou
• (3) G proteiny
• (4) další cytoplazmatické faktory
• Tyr-kinázy (Src, Abl, …)
• GTP-ázy (Ras)
• Ser/Thr-kinázy (Raf)
• hierarchicky nejvyšší MAPK (Mitogen Activated
Protein Kinase)  aktivace dalších MAPK kináz a
transkripce genů – transkripčních faktorů
• tzv. geny “časné” odpovědi (cca 15 min)
• (5) transkripční faktory/ geny “časné”
odpovědi
• např. proteiny fos, jun a myc (produkty
protoonkogenů fos, jun a myc)
• stimulují expresi genů „genů pozdní odpovědi”
• (6) geny “pozdní” odpovědi (cca 1 hod) -
cykliny
• jejich exprese stimulována pomocí “časných”
proteinů fos, jun, myc aj.
• (7) cyklin-dependentní kinázy (cdk)
• (8) anti-apoptotické faktory
• např. Bcl-2, Bcl-X
11
(A) Protoonkogeny - shrnutí
12
(A) Protoonkogeny - pokračování
• (6) cykliny
• 8 typů – A, B, C, D, E, F, G, H
• specifické pto jednotlivé fáze cyklu
• např. Cdk2 + cyklin E v G1 fázi
• (7) cdk (cyclin-dependent kinases)
• 9 typů – cdk1 – cdk9
• pouze komplex cdk s cyklinem je aktivní
• fosforylují seriny a threoniny cílových
proteinů a aktivují je
• např. fosforylace Rb-protein v G1 fázi →
iniciace DNA replikace (S fáze)
• součástí komplexů cyklin/cdc jsou
inhibitory cdc (např. p21), teprve jejich
proteolýza umožňuje aktivitu komplexu
• zatímco hladina cdk zůstává během
cyklu v podstatě konstantní, exprese
cyklinů se liší
• je striktně kontrolována podle
potřeb okolní tkáně!!!
13
Souhra cyklinů – cdk
14
Shrnutí protoonkogenů
15
Důsledek mutací protoonkogenů
16
(B) Supresorové geny
• kódují inhibiční proteiny zastavující b. cyklus, zahajující DNA
reparaci a iniciující apoptózu
• (1) Rb protein (ch. 13q14)
• tzv. protein s kapsou (angl. pocket protein family)
• hl. negativní regulátor b. cyklu, řídí přechod z G1- do S-fáze, aktivita řízena
de-/fosforylací (pomocí cdk4/6 + cyklin D)
• mutace Rb (nejč. mikrodelece) vedou ke vzniku retinoblastomu (nádor
sítnice) a mnoha dalším tumorů
• (2) p53 protein (ch. 17p13)
• “strážce genomu” – kontrola cyklu v G1 a G2 kontrolních bodech
• při poškození DNA se zvyšuje exprese p53
• funguje jako transkripční faktor genů reparace DNA a apoptózy
• (3) inhibitory cyklin-dependentních kináz (např. p21, p27, p16, …)
• p21 je hl. cílový gen p53 = inhibitor Cdk – zastavení cyklu v G1 fázi inhibicí
Cdk2/cyklin E komplexu
• (4) pro-apoptotické
• rodina genů Bcl (Bax, Bak, Bad, …)
• (5) další, např. inhibiční transkripční faktory, M-kontrolní bod cyklu,
Wnt dráha aj.
• FOXO, SMAD, APC, …
• mutace v supresorových genech jsou podkladem dědičných typů
nádorových onemocnění
• často názvy podle typu nádoru, který vzniká při jejich mutací, např.
• Rb (retinoblastom)
• WT (Wilmsův tumor)
• NF1 a NF2 (neurofibromatóza)
• APC (adenomatózní polypóza coli)
• VHL (von Hippel-Lindau syndrom)
17
Rb protein (Rb/E2F G1 checkpoint)
18
19
Shrnutí – nastartování b. cyklu
• mitogeny startují b. cyklus indukcí cyklinu D a inaktivací Rb proteinu
• průběh cyklu je koordinován postupnou aktivací jednotl. CDKs a jejich podjednotek –
cyklinů (oscilujících mezi rychlou syntézou a degradací)
• exprese cyklinu D (a do jisté míry cyklinu E) indukovaná mitogeny představuje
začátek cyklu (neplatí pouze u embryonálních kmenových bb.)
• cyclin D- a cyclin E-dependentní kinázy fosforylují a tak blokují Rb protein, hl. kontrolní bod
přechodu G1 do S fáze
• inaktivace Rb proteinu představuje moment, kdy b. cyklus přestává být závislý na
mitogenech
• inaktivací Rb se uvolní E2F transkripční faktory, které stimulují expresi dalších cyklinů a
ostatních genů nutných pro DNA syntézu
20
Protein p53 (ch. 17p13)
• jaderný protein, aktivní jako
fosforylovaný tetramer s funkcí
transkripčního faktoru
• při poškození DNA se aktivuje p53
• stabilizací =  ubiquitin ligázy
MDM2
• MDM2 jinak vede k transportu p53 z
jádra, ubiqutinylaci a rychlé degradaci
proteasomem
• fosforylací prostřednictvím ATM
• p53 dále zprostředkuje:
• (1) expresi inhibitorů b. cyklu
• p21  dočasné zastavení b. cyklu
v G1/S kontrolním bodě, které
umožní reparaci DNA
• (2) pokusu o reparaci DNA
• zvyšuje expresi GADD 45 (Growth Arrest
and DNA Damage)  excizní reparace
DNA
• (3) apoptóza
• pokud není oprava úspěšná, zvyšuje
expresi Bax
• mutace p53 jsou přítomny cca u
50% všech nádorů!!!
• jejich efekt je ale velmi komplexní (vliv
na tvorbu tetrameru, fosforylaci,
migraci, degradaci, vazbu na DNA, ….)
21
p53 tumor suppression
• obsah p53 v buňce je normálně
kontrolován negativní zpětnou
vazbou = p53 reguluje transkripci
MDM2, která iniciuje degradaci p53
• Ve stresu je (= aktivace onkogenů)
v buňce je indukován p14ARF, který
sekvestruje MDM2
• brání tak ubikvitinylaci a degradaci
p53 proteasomem
• poškození DNA (popř.
chemoterapie) aktivuje
proteinkinázy jako např. ATM a
ATR, které prostřednictvím DNAdependentních
proteinkináz (DNAPK)
a caseinkinázy II (CKII),
fosforylují ´N-konec p53 a
zabraňují vazbě MDM2 a dále Ckonec
p53, což zesiluje sekvenčně
specifickou vazbu p53 na DNA
• tyto procesy zvyšují p53 hladinu a
aktivují jeho transkripční aktivitu
na cílové geny p53, jako např.
• p21 a 14-3-3 způsobující zástavu
cyklu v G1 a G2 kontrolních
bodech inhibicí cyklindependentní
proteinkinázové (CDK) aktivity
• FAS, BAX a p53AIP způsobující
apoptózu v případě, že není mořná
oprava DNA
• GADD45 zahajující opravu DNA
22
Apoptóza
• forma aktivní (spotřebovává energii), řízené buněčné smrti postihující izolované
buňky = „programovaná buněčná smrt„
• indukce
• vnější cesta (receptorová dráha)
• DEATH receptory (FAS, TNFR) a jejich ligandy (TNFa, LTA, TRAIL) = DISC (death-inducing signalling
complex)
• Tc lymfocyty a NKbb (granzyme)
• absence růstových stimulů
• vnitřní cesta (nereceptorová) - zásadní úlohu mají mitochondrie
• ROS, hypertermie, poškození DNA, hypoxie, hladovění, …
• permeabilizave mitoch. membrány (Bax, …), uvolnění cytochormu c a Ca
• v cytoplazmě tvorba apoptozomu - cytochrom c + Apaf + ionty Ca a aktivace “horních” kaspáz (procaspase
9)
• obě cesty konvergují na úrovni kaspázy 3, na regulaci obou drah se podílí členové
rodiny Bcl
• anti-apoptotické (Bcl-2, Bcl-X, …)
• pro-apoptotické (Bax, Bak, Bad, …)
• realizace apoptózy
• kaspázy (cysteinové aspartázy)
• horní kaspázy (receptorová cesta k-8, nereceptorová k-9
• dolní kaspázy (-3, -6, -7)
• substráty: cytoskelet, membránové proteiny
• endonukleázy
• fragementace DNA
• morfologie apoptózy
• zakulacení buňky
• budding
• apoptotická tělíska
23
Dráhy aktivace apoptózy
24
Tvorba apoptozomu a konvergence drah
25
26
(C) DNA reparační geny
• (1) geny reparace chybného
párování (“mismatch repair”)
• nestabilita délky mikrosatelitových
lokusů (např. HNPCC =
Hereditary Non-Polypous Colon
Cancer)
• (2) geny excizní reparace
• (3) geny homologní rekombinace
• hlavní dráha aktivovaná při
poškození DNA (double strand
break) zahrnuje:
• BRCA1 a BRCA2
• ATM, ATR – jinázy
• CHK1 a 2 – checkpoint kinázy
• ATM, ATR/CHK2 (CHK1)  p53/MDM2  p21 
“growth arrest”
• vrozená porucha reparačních genů
je podkladem několika dědičných
typů nádorových onemocnění
• ataxia telengiectatica
• Bloomův syndrom
• Fanconiho anemie
• xeroderma pigmentosum
• syndrom fragilního X
27
Kontrola dělícího vřeténka v mitóze
• naprostá většina nádorových
buněk vykazuje aneuploidii
• důsledek selhání kontroly v Mfázi
(mitotic spindle checkpoint)
= non-disjunkce chromozomů
• přispívá k chromozomové
nestabilitě a další
kancerogenezi
• zvýšení dávky onkogenu, ztráta
supresoru, …
• marker nepříznivé prognózy
• pro tento mechanizmus svědčí i
empirické pozorování, že riziko
nádorů je zvýšeno u syndromů
konstitutivní aneuploidie (např.
Downův syndrom, …)
• na M-kontrole se podílí
supresor APC
• mutován u familiárního
syndromu mnohočetné polypózy
střeva
28
Role APC při disjunkci choromozomů
29
Proces nádorové transformace
• na nádorové transformaci se podílejí
mutace v kritickém místě DNA podílející se
na regulaci b. cyklu v důsledku
• působení mutagenů / karcinogenů
• spontánní chybou při replikaci
• mutace, která má karcinogenní potenciál,
vede k:
• hyperaktivaci protoonkogenů (transformace
na onkogeny)
• „gain of function“ = dominantní efekt (tj. k
vyvolání efektu stačí když je jedna alela genu
mutována)
• inaktivaci supresorů či reparačních genů
• „loss of function“ = recesivní působení (tj. k
vyvolání efektu musí být obě alely genu
inaktivovány)
• mohou být mutovány sporadicky v somatické
buňce
• anebo jedna alela je dysfunkční již v germinativní
buňce (viz dále syndromy dědičných predispozic k
nádor. onemocněním) a druhá mutována během
života (tzv. ztráta heterozygozity, LOH, „loss of
heterozygozity“ )
• náhodnou mutací
• genovou konverzí (pokus o reparaci)
• non-disjunkci při mitóze
MR Stratton et al. Nature 458, 719-724 (2009)
The lineage of mitotic cell divisions from the
fertilized egg to a single cell within a cancer showing
the timing of the somatic mutations acquired by the
cancer cell and the processes that contribute to
them.
Somatic cell mutations: an example
Sporadic colorectal cancer
31
Typy DNA mutací a jejich důsledky
• bodové mutace
• tichá (silent) = bez efektu (vzniká
alternativní kodon, při translaci
stejná AK)
• nesynonymní (missense) = jiná AK a
tudíž možná změna funkce proteinu
(hyper- či inaktivace)
• vznik stop-kodonu (nonsense) =
ukončení translace proteinu
(zkrácený nefunkční protein)
• mutace v regulačních oblastech genů
(zejm. promotory) = kvantitativní
efekt na transkripci
• kratší inzerce a delece
• posun čtecího rámce (frameshift) =
buď jiný protein nebo stop-kodon
• pyrimidinové dimery
• vznikají fotochemickou reakcí (UV
záření)
• thyminové a cytozinové kovalentní
můstky = porucha replikace
32
• chromozomové aberace
• delece = zánik funkce proteinu (např.
supresoru)
• duplikace = zdvojení dávky (např.
protoonkogenu)
• translokace = možný vznik fúzního
genu
• velmi časté u hematologických malignit
• část genu (např. protoonkogenu) se
dostane do regulační oblasti jiného genu
(např. trvale exprimovaného)
Typy DNA mutací a jejich důsledky
33
LOH - příklad: retinoblastom
• mikrodelece v
oblasti chr. 13q14
vedou k poruše
tumorsupresoru Rb
• (1) vrozený –
familiární
retinoblastom
• pacient zdědil jednu
mutovanou alelu,
druhá mutace brzy
v průběhu života
• ztráta vrozené
heterozygosity
(LOH)
• (2) získaný –
sporadický
retinoblastom
• inaktivace Rb
mutacemi či LOH
obou alel v průběhu
života
34
Mutageny / karcinogeny
• fyzikální
• UV (karcinom a basaliom kůže, melanom)
• ionizující záření a RTG záření (leukemie, št. zláza,
kosti, …)
• chemické
• polycyklické aromatické a chlorované uhlovodíky,
aromatické aminy, nitrosaminy, těžké kovy,
mykotoxiny
• některé jsou toxické až po metabolické
transformaci v organizmu, popř. při tepelném
zpracování (potrava)
• nádory GIT jako důsledek expozice karcinogenům v
dietě
• nádory plic jako důsledek kouření
• alkoholická cirhóza – hepatocelulární ca
• biologické = viry
• inkorporace virového genomu do hostitelského,
opět v kritických místech
• RNA viry – retroviry (aktivace vlastních nebo vnesení
virových onkogenů)
• např. B-lymfom
• inaktivace supresorů
• DNA viry (herpes, EBV, hepadnaviry, papilomaviry,
adenoviry
• např. B-lymfomy, hepatocelulární ca, ca děložního
čípku, hrtanu, ústní dutiny
• nepřímý efekt
• zvýšení citlivosti k mitogenům - HTLV (vlasatobuněčná
T-buněčná leukemie) –  exprese receptorů IL2
• imunodeficience - HIV (Kaposiho sarkom)
• chronická iritace tkáně zánětem
• např. Baretův jícen při GER, ulcerózní kolitida,
Crohnova nemoc, celiakie, divertikulitida
35
Nádorová transformace je vždy
několikastupňový proces
• postupná kumulace
změn v genomu
• typicky 6 – 10 mutací
nutných v přechodu z
normálního do
nádorového fenotypu
• přes stadium
prekanceróz
• trvá určitou dobu
• proto incidence
nádorů roste s věkem
• čím mladší věk
manifestace, tím je
pravděpodobnější je
určitý stupeň vrozené
dispozice
36
Růst tumoru
• naše tělo složeno z cca 1014 buněk
• denně se obměňují biliony buněk !!!
• při jednom dělení vzniká nově 6 bilionů nukleotidů (= cca 700 kg
materiálu)
• při takovém počtu dělení samozřejmě nastává
mnoho chyb, ale kupodivu nádor se vyvine jen u
cca 1/3 lidí
• odstraňování poškozených bb. imunitně, apoptózou, odloučením
• restrikce dělení zevními podmínkami
• dělení v klonu nádorových buněk: N=2n
• 2, 4, 8, 16, 32, …..
• 10 dělení = ~1 000 bb.
• 20 dělení = ~1 000 000 bb. (m = 1 mg)
• 30 dělení = ~1 000 000 000 bb. (m = 1 g)
• 40 dělení = m = 1 kg
• při 12-ti hodinovém b. cyklu za zhruba 20 dní
• ve skutečnosti je ovšem růst nádoru
mnohem pomalejší - dělení  zánik buněk
• prodlužování trvání b. cyklu
• neproliferující frakce bb. (diferencované)
• zánik bb. (malnutrice,
účinek cytotox. lymfocytů)
• mechanické ztráty bb. (odlupování např. ve
střevě)
• podmínkou růstu je vytvoření
nádorového stromatu a kapilární
sítě (angiogeneze)
• pak převažuje proliferace nad
zánikem buněk
37
Růst tumoru: další faktory ovlivňující b. cyklus
• metabolismus = potřeba energie
(kyslík a substráty)
• buněčná masa velikosti okolo 1mm3
(cca 1106 buněk) není bez vaskularizace
schopna dále růst (proliferace je v rovnováze
s apoptózou)
• v odpovědi na hypoxii je regulován hypoxiainducible
factor-1a (HIF-1a), který po
translokaci do jádra ovlivňuje transkripci
řady genů, mimo jiné
• represe E-cadherinu
•  exprese GLUT1 a 3 =  substráty
• také efekt hormonů a růst. faktorů
• vascular endothelial growth factor (VEGF) a angiopoetin
• tento stimuluje novotvorbu cév (angiogeneze) nutných pro další růst
nádoru
• chemotaxe makrofágů do tumoru a produkce dalších angiogenních a
růstových faktorů
• VEGF
• basic fibroblast growth factor (bFGF)
• transforming growth factor-b (TGF-b)
• platelet-derived growth factor (PDGF)
38
Hypoxií-indukovaná transkripce genů
39
Angiogeneze
40
Změny v chování nádorových bb.
• v mnohobuněčném organizmu
musí jednotlivé buňky
regulovat svoje
• dělení
• diferenciaci (specializaci)
• housekeeping geny –
exprimovány ve všech bb.
• tissue-specific geny
• mezibuněčnou signalizaci
• migraci
• na diferenciaci buněk se podílí
epigenetické změny
• velký význam u nádorové
transformace
• dediferenciace nádorových buněk
až na buňky fenotypicky
připomínající kmenové bb.
• neomezená nekontrolované
proliferace
• porucha senescence (telomerázy)
• porucha mezibuněčných kontaktů
• migrační fenotyp
41
Abnormality v morfologii a růstu
nádorových bb. – in vitro
42
Růst tumoru: další faktory ovlivňující b. cyklus
• mezibuněčná komunikace (~kontaktní
inhibice)
• = po dosažení souvislosti tkáně (každá buňka má svého
souseda) se proliferace zastaví i při dalším působení
mitogenů
• u nádorů ne!
• na kontaktní inhibici se aktivně podílejí proteiny
mezibuněčných spojů, komunikující s
cytoskeletem buňky a dalšími signálními proteiny
• integriny – spojení bb. s ECM
• cadheriny – spojení bb. mezi sebou
43
Kontaktní inhibice
44
Princip “kontaktní inhibice”
• E-cadherin:
• Ca+-dependentní transmembránový
protein epiteliálních
bb.
• 5 cadherinových repeatů (EC1EC5)
v extracelulární doméně
• 1 transmembránová doména
• intracel. doména vážící β- a αcateniny
a násl. aktinový
cytoskelet
• v epitel. bb. konstantně
regenerován a 5-hod. na b.
povrchu
• ztráta E-cadherinu je spojena s
progresí tumoru a
metastazováním
• v důsl. hypermetylace,
hypoxie (aktivace PI3K
dráhy), microRNA atd.
• volné cateniny fungují
jako onkogeny
45
Ztráta E-cadherinu je signálem k proliferaci
46
Imunitní systém vs. nádor
• nádorové bb. mají některé imunologické odlišnosti
• změny přirozených povrchových antigenů (např. ztráta MHC)
• unikají imunitnímu rozeznání a likvidaci
• exprese nových (tzv. onkofetálních) antigenů
• diagnostické markery (např. CEA, -fetoprotein aj.)
• v protinádorové imunitě se uplatňují cytotoxické mechanizmy
• CD8+ T-lymfocyty
• NK bb.
47
Hormonální stimulace
• růst některých
tumorů je výrazně
potencován
hormony (nejč.
pohlavními)
• ca prsu, dělohy,
vaječníků, prostaty
48
Invazivita tumoru
• nádorové bb. získavají ztrátou
adhezivních proteinů (Ecadherinu)
“motility” fenotyp
(epithelial-mesenchymal
transition, EMT)
• ztráta apikobazální polarizace
bb.
• epitelové nádory (karcinomy)
tvoří 2/3 všech nádorů
• produkce proteolytických
enzymů nádor. bb.
• matrix metalloproteinázy
(MMP) a uPA
• degradují extracelulární
matrix a umožňuje
“pučení”nových cév a
extravasaci nádor. bb.
• rezistence k anoikis
• forma apoptózy iniciovaná
“odloupnutím” epitel. b. od
ECM
49
Metastazování
• vytváření dceřiných nádorů
vzdálených od primárního ložiska
• krví
• často po směru toku
• např. z GIT do jater
• např. venózní krví do plic
• např. z plic tepennou krví do kostí a mozku
• lymfou
• nejprve nejbližší lymf. uzliny, poté vzdálenější
50
Příklad – kolorektální karcinom
51
Paralela procesů: hojení ran (koordinace,
dočasnost) vs. nádor (chaos, trvale)
52
Interakce nádoru a hostitele
• místní působení nádoru
• mechanický útlak (např.
nádory mozku)
• obstrukci (např. nádory žl.
cest)
• krvácení, snadná tvorba
modřin (leukemie)
• krvácení do GIT (nádory
střeva a žaludku)
• edém (např. lymfomy)
• trombózy (DIC)
• porucha zraku (útlak zrak.
nervu adeomem hypofýzy)
• porucha hlasyu (ca hrtanu)
• kašel (ca plic)
• porucha polykání (ca jícnu)
• zlomenina kosti (myelom)
• celkové působení
• zvýšení teploty
• produkce cytokinů
(pyrogenů) nádorem a
imunitními bb. hostitele
(např. IL1, TNF)
• nádorová
anorexie/kachexie
• kombinovaný důsledek, viz
dále
• útlum kostní dřeně
(anémie)
• typ anémie chron. onemocnění,
prozánětlivé cytokiny mají
tlumivý efekt na erytropoézu
• paraneoplastické syndromy
• některé tumory produkují
hormony (adenomy)důležitý
diagnostický znak!
• pigmentace,
endokrinopatie (např.
Cushing), hyperkalcemie,
atd.
53
Nádorová anorexie / kachexie
• je důsledkem sekundární anorexie u nádorového onemocnění
• iniciální anorexie je zřejmě součástí nespecifických obranných mechanismů organizmu (energetická
deprivace rostoucího nádoru)
• postupně se stává přitěžující komplikací vedoucí k progresivní kachektizaci a dalšímu narušení
obranyschopnost nemocného
• anorexie u nádorových onemocnění (patogeneticky spjatá s existencí nádoru jak bylo
experimentálně prokázáno) je odlišná od nevolnosti a zvracení, které vzniká jako vedlejší
efekt léčby!
• důsledky nádorové anorexie jsou rovněž závažnější než efekt pouhého hladovění u jinak
zdravého člověka, protože jsou vlivem onemocnění zvýšeny energetické nároky (opět na
vrub rostoucího tumoru).
• patofyziologicky se při rozvoji nádorové anorexie primárně uplatňuje změněná aktivace
regulačních center v hypothalamu, ovlivňujících příjem potravy (zejm. n. arcuatus)
v důsledku působení cytokinů produkovaných nádorem, popř. imunitním systémem
hostitele
• v hypothalamických centrech dochází k dlouhodobému
snížení koncentrace NPY a naopak k hyperaktivaci systému
POMC/CART
• cytokiny produkované nádorem, popř. imunitním
systémem hostitele (IL-1, IL-6, TNF-), stimulují
uvolňování serotoninu a tím perzistentní aktivaci
POMC/CART neuronů
54
Typy nádorů s familiárním výskytem
• (1) některé vzácné typy nádorů v důsledku
vrozených mutací (většinou se vyskytují v
dětském věku):
• retinoblastom (nádor sítnice)
• Wilmsův tumor (nádor ledvin)
• Li-Fraumeni syndrom (rúzné typy nádorů vč.
sarkomů, nádrů mozku, leukemií)
• familiální adenomatózní polypóza (nádory tl.
střeva)
• (2) jiné mutace zvyšují pravděpodobnost k
běžným typům nádoru (za spolupůsobení
faktorů prostředí): ~5 – 10% všech nádorů
• nicméně protože tyto typy nádorů jsou velmi
běžné i malé procento reprezentuje velký
absolutní počet osob! (např. 1/300 žen je
nositelkou mutace predisponující k rakovině prsu
a přibližně totéž platí pro rakovinu střeva
• nádory kolorekta
• nádory prsu
• varianty BRCA1 genu
• možná predikce – genetické vyšetření a
poradenství
55
Syndrome Major tumor types
Mode of
inheritance
Type of
gene Genes
Adenomatous polyposis
of the colon
Colon, thyroid, stomach, intestine,
hepatoblastoma
Dominant TS APC
Juvenile polyposis Gastrointestinal Dominant TS SMAD4/DPC4
Peutz-Jeghers syndrome Intestinal, ovarian, pancreatic Dominant TS STK11
Neurofibromatosis type 1 Neurofibroma, optic pathway glioma,
peripheral nerve sheath tumor
Dominant TS NF1
Neurofibromatosis type 2 Vestibular schwannoma Dominant TS NF2
Tuberous sclerosis Hamartoma, renal angiomyolipoma, renal
cell carcinoma
Dominant TS TSC1/TSC2
Xeroderma pigmentosum Skin, melanoma, leukemia Recessive SG XPA,B,C,D,E,F,G,
POLH
Bloom syndrome Leukemia, lymphoma, skin Recessive SG BLM
Fanconi anemia Leukemia, squamous cell carcinoma,
gynaecological system
Recessive SG FANCA,B,C,D2,E,F,G
Nijemegen breakage
syndrome
Lymphoma, medulloblastoma, glioma Recessive SG NBS1
Ataxia teleangiectasia Leukemia, lymphoma Recessive SG ATM
Von Hippel-Lindau
syndrome
Retinal and central nervous
hemangioblastoma, pheochromocytoma,
renal cell carcinoma
Dominant TS VHL
Wilms tumor syndrome Wilms tumor Dominant TS WT1
Retinoblastoma Retinoblastoma, osteosarcoma Dominant TS RB1
Li-Fraumeni syndrome Soft tissue sarcoma, osteosacroma, breast,
adrenocaortical carcinoma, leukemia, brain
tumor
Dominant TS TP53
Multiple exostosis Chondrosarcoma Dominant TS EXT1/EXT2
Werner syndrome Osteosarcoma, menigioma Recessive SG WRN
MEN 1 Pancreatic islet cell tumor, pituitary
adenoma, parathyroid adenoma
Dominant TS MEN1
MEN 2 Medullary thyroid carcinoma,
pheochromocytoma, parathyroid
hyperplasia
Dominant OG RET
TS - tumor supressor gene; OG - oncogene; SG - stability gene; OMIM - online Mendelian inheritance in man
56
Klasifikace nádorů
• morfologická diagnostika = typing
• určení histologického typu
• hodnocení invazivity = grading
• stupeň benignity  malignity
• určení iniciálního rozsahu = staging
• TNM klasifikace
• T = tumor
• N = node (uzliny)
• M = metastasis)
57