Patogeneze solidních nádorů
Leoš Křen, Jana Šmardová
1. Velký počet buněk
(3,72±0,81x1013)
2. Různé buněčné typy (~ 200):
rozrůzňování - diferenciace)
3. Odpovídající zastoupení
jednotlivých buněčných typů v
rámci jednotlivých typů tkání,
orgánů, celého organismu
4. Správné umístění
odpovídajících buněčných typů,
tkání, orgánů
5. Všechny buňky v těle nesou
stejnou genetickou informaci!!
Lidské tělo je složitý
mnohobuněčný systém
• Nádory vznikají porušením základních pravidel sociálního chování
buněk.
• Pro organismus nepředstavuje vážné riziko, pokud se jednotlivá
buňka nahodile nezachová správně. Potenciálně nebezpečná
situace nastává tehdy, pokud dojde v jedné buňce ke změně,
která (1) buňku zvýhodní a dovolí ji přežít, rozdělit se a (2)
předat nově vzniklou vlastnost dceřiným buňkám, a tak
produkovat dceřiné buňky s podobně asociálním chováním.
Proces vývoje nádoru:
 začíná jednou odrodilou buňkou
 je provázen genetickými a epigenetickými změnami
Kde se berou nádory?
Nádorová buňka se vyvíjí
postupným hromaděním genetických
a epigenetických změn
Vícestupňová kancerogeneze: postupné
hromadění genetických změn spojené s
kroky klonální expanze
Kancerogeneze
- proces vzniku a vývoje nádoru
- vícestupňový proces
- podstatou kancerogeneze je postupné hromadění
genetických a epigenetických změn
Neoplastická transformace
- přeměna somatické buňky v buňku nádorovou
Nádor je
komplexní tkáň
Kolik a které geny jsou změněny
během kancerogeneze?
• Nádor není monogenní onemocnění (X vrozené
dispozice k nádorům!!).
• Odhaduje se, že pro vývoj nádoru je nezbytných
4-7 událostí (zásahů).
• Konkrétních genů, které mohou být během
kancerogeneze změněny, jsou stovky.
• Obecně existuje šest (sedm? dvanáct?...?)
základních vlastností plně maligního nádoru:
Kolik a které geny jsou změněny
během kancerogeneze?
• Nádor není monogenní onemocnění (X vrozené
dispozice k nádorům!!).
• Odhaduje se, že pro vývoj nádoru je nezbytných
4-7 událostí (zásahů).
• Konkrétních genů, které mohou být během
kancerogeneze změněny, jsou stovky.
• Obecně existuje šest (sedm? jedenáct?...?)
základních vlastností plně maligního nádoru:
„The hallmarks of cancer“
(Hanahan D. and Weinberg R.A. 2000, Cell 100: 57-70)
Hallmarks
(1) Produkce vlastních proliferačních signálů
(2) Necitlivost k signálům zastavujícím b. c.
(3) Odolnost k buněčné smrti
(4) Neomezený replikační potenciál
(5) Indukce angiogenese
(6) Aktivace invazivity a metastázování
Enabling hallmarks
(7) Genetická nestabilita a mutace
Hallmarks of Cancer: The Next Generation
(Hanahan D. and Weinberg R.A. 2011, Cell 144: 646-674)
Hallmarks
(1) Produkce vlastních proliferačních signálů
(2) Necitlivost k signálům zastavujícím b.c.
(3) Odolnost k buněčné smrti
(4) Neomezený replikační potenciál
(5) Indukce angiogenese
(6) Aktivace invasivity a metastázování
Enabling hallmarks
• Genetická nestabilita a mutace (7)
• Přítomnost zánětu podporující nádor (8)
Emerging hallmarks
• Přeprogramování energetického metabolismu (9)
• Schopnost vyhnout se destrukci imunitním systémem (10)
Tumor microenvironment (11)
Onkogeny
Protoonkogen je strukturní gen eukaryotické buňky,
který se svým translačním produktem podílí do
značné míry na stimulaci dělení buněk a jejich
diferenciace.
Onkogen je protoonkogen pozměněný nebo aktivovaný
tak, že vyvolává neoplastickou transformaci buňky.
Mutace protoonkogenů jsou:
- aktivující
- dominantní
- vyskytují se v somatických buňkách a jen
výjimečně v zárodečných buňkách
Nádorové supresory
Produkty genů pro nádorové supresory
(antionkogeny) v normálních buňkách nevyvolávají
proliferaci, ale naopak ji potlačují a udržují buňky
ve stadiu klidu (G0). Jejich ztráta se projevuje
neregulovanou proliferací.
Mutace nádorových supresorů jsou:
- inaktivující
- recesivní
- vyskytují se v somatických a také v zárodečných
buňkách
Regulace buněčného cyklu
cykliny D, Myc – protoonkoproteiny
stimulující buněčné dělení
Příklady signálních drah
HER2/neu
EGFR1
B-Raf
Signální dráha Wnt-1/-katenin
-kateniny hrají v buňkách dvě odlišné role a obě tyto role se
mohou podílet na kancerogenezi:
1. Molekuly -kateninu jsou strukturální součástí cytoskeletu a
adhezívních komplexů (zprostředkovávají vztah mezi
kadheriny a aktinovými složkami cytoskeletu). Ztráta/změna
buněčné adheze se uplatňuje při metastazování nádoru.
2. Volný -katenin funguje jako signální molekula dráhy Wnt-1/katenin
účastnící se regulace transkripce. Transkripce genů
zprostředkovaná -kateniny může aktivovat např. c-myc a gen
pro cyklin D1, což vede ke zvýšení buněčné proliferace.
Signální dráha Wnt/-katenin
Přebytek volného -kateninu je degradován, což je
zprostředkováno destrukčním komplexem.
Signální dráha Wnt-1/-katenin a
nádory
• Mutace APC znemožňující vazbu APC na -katenin nebo vazbu
APC na axin způsobují konstitutivní aktivaci -kateninu.
Mutace APC patří k časným genetickým změnám při vývoji
kolorektálního karcinomu (i vrozené mutace), dávají buňkám
růstovou výhodu.
• Mutace axinu, které znemožňují vazbu axinu na -katenin, byly
nalezeny u některých hepatocelulárních nádorů.
• Mutace -kateninu buď odstraňují serin nebo mění serin na
jinou aminokyselinu, což vede ke zvýšení transkripční aktivity a k
necitlivosti k APC zprostředkovanému odbourávání -kateninu.
Mutace -kateninu se vyskytují u kolorektálního nádoru, nikdy ne
zároveň s mutacemi APC.
Regulace -kateninů
Hladina volného -kateninu je udržována pomocí tzv.
destrukčního komplexu. Ten je tvořen proteiny: GSK-3, Axin,
APC a dalšími.
GSK-3 serin/threoninová kináza, která fosforyluje -katenin
(S33, S37, T47 a S45). Tato fosforylace funguje jako signál
k následné ubikvitinaci a degradaci -kateninu.
Axin a APC fungují jako“lešení“ celého komplexu a podmiňují
jeho fungování. Axin obsahuje vazebná místa pro všechny
součásti destrukčního komplexu.
Poškození apoptózy
(programované buněčné smrti)
3
• Apoptotický program je latentně přítomen ve všech buňkách.
• Buňky jsou neustále připraveny odumřít apoptózou.
• Signály indukující apoptózu: poškození DNA, aktivace onkogenů,
hypoxie, ztráta kontaktu s okolními strukturami (buňkami, ECM),
nepřítomnost signálů přežití, signály smrti,…
Tvorba metastáz
• Metastázy jsou nejzhoubnějším jevem
při nádorovém onemocnění a jsou
příčinou asi 90 % úmrtí pacientů s
nádorovým onemocněním.
• Méně častou příčinou je bezprostřední
působení primárního nádoru: nádory
mozku, nádory žlaznatých buněk,
leukémie, lymfomy.
6
Metastatická kaskáda
1. Uvolnění nádorové buňky z primárního nádoru.
2. Prostoupení ECM a bazální membrány, vstup do cirkulačního systému.
3. Migrace cirkulačním systémem.
4. Vystoupení z cirkulačního systému, prostoupení bazální membrány a ECM.
5. Tvorba sekundárního nádoru (mikrometastázy  kolonizace).
Invazi nádorových
buněk lze chápat
jako pohyb buněk
spojený s
regulovanou adhezí
a uvolňováním
adheze (od ECM,
mezi buňkami
navzájem) a
proteolýzou ECM.
Vývoj kolorektálního karcinomu: model
kancerogeneze
Kancerogeneze má obecné rysy
Vývoj kolorektálního karcinomu
Kolorektální karcinomy představují výborný model pro
studium kancerogeneze:
• relativně „standardní“ průběh od malých adenomů
(do 1 cm), přes středně pokročilé (více než 1 cm
bez známek transformace) a velké adenomy až po
plně rozvinutý maligní CRC
• souvislost mezi morfologií jednotlivých stadií a
genetickými změnami
• model kooperace onkogenů a nádorových supresorů
během kancerogeneze
Vývoj kolorektálního
karcinomu
Autozomálně dominantní dědičné onemocnění.
• U pacientů s FAP se vyvíjejí stovky až tisíce benigních
kolorektálních nádorů, z nichž některé progredují do karcinomů,
nejčastěji během druhé a třetí dekády života. Průměrný věk
detekce nádoru u FAP pacientů je 40 let.
• Polypy, které se objevují u pacientů s FAP jsou totožné s polypy
sporadickými a také nemají větší riziko maligní progrese než
sporadické polypy. Ale jejich velký počet „zajišťuje“, že některé
se s jistotou v maligní vyvinou.
• Pacienti s FAP mají zvýšené riziko thyroidních nádorů, nádorů
tenkého střeva, žaludku a mozku.
Familiální adenomatózní polypoza
– FAP
Familiální adenomatózní polypoza
• FAP je spojena s vrozenými mutacemi genu APC
(adenomatosis polyposis coli.
pacienta s FAP střevní stěna zdravého jedince
• Somatické mutace APC také hrají klíčovou úlohu
při vývoji sporadických kolorektálních karcinomů,
jsou detekovány alespoň u 80% všech CRC.
Příklad cytoplazmatického proteinu: Ras
Proteiny Ras (p21Ras; H-Ras, N-Ras, K-Ras4A, 4B), jsou
lokalizovány na vnitřní straně cytoplazmatické membrány, kde
fungují jako přepínače při přenosu extracelulárních signálů do
cytoplazmy. Účastní se řízení buněčného cyklu, diferenciace a
apoptózy.
Proteiny Ras mají GTPázovou aktivitu: jsou inaktivní, váže-li se na
ně GDP, a aktivní, váže-li se na ně GTP.
Onkogenní mutace posilují aktivitu Ras (např. v kodónu 12
poškozuje GTPázovou aktivitu); u některých nádorů je zvýšená
exprese ras.
Přítomnost onkogenní mutace ras detekována téměř u 35% nádorů.
Další stadia vývoje kolorektálního
karcinomu - aktivace ras
• Specifické bodové mutace protoonkogenu K-ras nebo N-ras jsou
detekovány alespoň u 50% kolorektálních adenomů větších než 1 cm
a asi u 50% karcinomů.
• Mutace ras jsou jen vzácně (do 10%) detekovány u adenomů menších
než 1cm.
 mutace ras se
typicky objevují při
progresi adenomů
Další stadia vývoje kolorektálního
karcinomu – LOH (Loss Of
Heterozygosity) 18q
• Delece oblasti 18q detekovány u 50% velkých adenomů a 70%
karcinomů.
• Na chromozomu 18q detekován gen pro co-SMAD, někdy
označovaný jako DPC4 („deleted in pancreatic cancer“).
• co-SMAD je součástí signální dráhy TGF-.
Další stadia vývoje kolorektálního
karcinomu - inaktivace p53
• Ztráta 17p je detekována u 75% kolorektálních karcinomů.
• Ztráta 17p je jen vzácně detekována u kolorektálních adenomů.
 inaktivace
nádorového supresoru
p53 je typicky pozdní
událost během vývoje
kolorektálních
karcinomů
Signální dráha TGF(transforming growth factor)-
Vazba TGF- k příslušnému
receptoru vede k
fosforylaci R-SMAD, ten
potom tvoří komplex s coSMAD
a tento komplex
migruje do jádra, kde ve
spolupráci s dalšími TF
spouští transkripci TGF-cílových
genů (např.
p21CIP1, p15INK4B, a další).
 antimitogenní signalizace
Gen a protein p53
Protein je jaderný fosfoprotein, 393 AA, 53 kDa;
funguje jako transkripční faktor.
Cílové geny:
• mdm2 - zpětnovazební inhibiční klička
• p21CIP1/WAF1 - blok G1
• bax - apoptóza
• GADD45 - oprava DNA
Funkce
p53:
signální
síť
Vývoj kolorektálního karcinomu:
model mnohostupňové kancerogeneze