Molekulární biologie nádoru Vybrané kapitoly z molekulární biologie nádoru Studijní literatura * Texty přednášek * Zdeněk Adam, Jiří Vorlíček, Jana Koptíková: "Obecná onkologie a podpůrná léčba" kapitola 2: Jana Šmardová, Jitka Pacholíková: Molekulární podstata kancerogeneze 3. Robert A. Weinberg: "Jediná odrodilá buňka. Jak vzniká rakovina. " Alfred G. Knudson (2000) "Všichni pronásledovatelé démona nádoru v minulém století museli být fascinováni předmětem svého pronásledování a zároveň museli cítit frustraci z jeho neuchopitelnosti. Se vstupem do nového milénia máme naději, že démon bude nakonec pochopen a že na základě tohoto pochopení najdeme způsob, jak ho přemoci." Základní pojmy Nádor, tumor, neoplazma, novotvar - je nová a abnormální tkáň v mnohobuněčném organismu, která v tomto organismu nemá fyziologickou funkci a roste neregulovaným způsobem. - je geneticky podmíněný abnormální přírůstek buněčné tkáňové hmoty klonálního charakteru. Jeho růst není v koordinaci s růstem okolních tkání a rovnovážným stavem organismu. Klasifikace nádorů I: podle schopnosti infiltrovat se do jiné tkáně * Benigní (nezhoubné): zůstávají v místě svého vzniku, nemigrují, neinvadují jiné tkáně. * Maligní (zhoubné): pronikají do okolních tkání a prostřednictvím krevního a lymfatického systému do celého těla, v nových tkáních vyvolávají tvorbu sekundárních nádorů (metastází) * Z tohoto pohledu lze klasifikovat nádory na primární a sekundární. (Pozor: sekundární -- therapy-related: vývoj z jiného méně závažného stavu.) Klasifikace nádorů II: podle typu buněk (tkání), ze kterých vznikají * Karcinomy -- nádory epiteliálních buněk (asi 90% lidských nádorů) * Sarkomy -- pevné nádory konektivních tkání -- svalů, kostí, chrupavky * Leukémie a lymfomy - odvozené od hematopoietických buněk a buněk imunitního systému * Gliomy - nádory odvozené z nervové tkáně Klasifikace nádorů III: podle postiženého orgánu nebo tkáně * karcinom plic * kolorektální karcinom * nádor prsu * akutní myeloidní leukémie * a mnoho dalších Kancerogeneze - je proces vzniku a vývoje nádoru * je vícestupňový proces * podstatou kancerogeneze je postupné hromadění genetických (a epigenetických) změn Neoplastická transformace - je přeměna somatické buňky v buňku nádorovou Klonální model vývoje nádoru: selekce, klonální expanze Kolik a které geny jsou změněny během kancerogeneze? * Nádor není monogenní onemocnění. * Odhaduje se, že pro vývoj nádoru je nezbytných 4-7 událostí (zásahů). * Konkrétních genů, které mohou být během kancerogeneze změněny, jsou desítky. * Obecně existuje šest (sedm?) základních vlastností plně maligního nádoru: Tři vlastnosti vystihující maligní nádor (Richard Klausner 2002) * Nemoc genomové nestability (výjimky: leukémie, některé lymfomy, Ewingův sarkom) * Nemoc změněného buněčného chování * Nemoc změněného tkáňového chování Onkogeny Protoonkogen je strukturní gen eukaryotické buňky, který se svým translačním produktem podílí do značné míry na regulaci dělení buněk a jejich diferenciace. Onkogen je protoonkogen pozměněný nebo aktivovaný tak, že vyvolává neoplastickou transformaci buňky. Aktivace protoonkogenu je přeměna protoonkogenu na onkogen. 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 (G[0]). Jejich ztráta se projevuje neregulovanou proliferací. Mutace nádorových supresorů jsou: - inaktivující - recesivní (spojeno s LOH) ("recesivní onkogeny") - vyskytují se v somatických a také v zárodečných buňkách Geny poškozené během kancerogeneze * Onkogeny Nádorové supresory * Onkogeny Nádorové supresory Geny zajišťující genomovou stabilitu ("stability genes") Modely vícestupňové kancerogeneze * Vývoj kolorektálního karcinomu * Transformace onkogenními DNA viry Onkogenní (nádorové) viry * Retroviry (RNA viry): obsahují ve svém genomu onkogen (akutně transformující viry) nebo aktivují protoonkogen, vedle kterého se integrovaly (pomalu transformující) * DNA nádorové viry používají jinou strategii transformace: neobsahují onkogeny, ale kódují proteiny, které interagují s nádorovými supresory (RB, p53, p300/CBP) hostitelské buňky a tak hostitelskou buňku tlačí do S fáze: SV40: velký T antigen různými doménami interaguje s p53, RB, p300/CBP adenoviry: E1A interaguje s RB a p300/CBP; E1B interaguje s p53 papilomaviry HPV-16, HPV-18: E6 interaguje s p53, p300/CBP; E7 interaguje s RB Některé způsoby inaktivace p53 virovými onkoproteiny Inaktivace p53 patří ke klíčovým událostem při transformaci buňky DNA viry. * LT (SV40) - váže se do DNA vazebné domény p53 a znemožňuje vazbu p53 na DNA * E1B (adenovirů) - váže se do transaktivační domény p53 a znemožňuje transaktivaci cílových genů * E4orf6 (adenovirů) - způsobuje degradaci p53 * HBV X (viru hepatitidy B) - zadržuje p53 v cytoplasmě * E6 (papilomavirů) - indukuje degradaci p53 užitím ubiquitin ligázy E6AP; E6 dále inhibuje i přímo transaktivační schopnost p53 Podíl proteinu E6 papilomavirů na transformaci buňky E6 - inaktivuje p53 (blok G[1], dep. apoptóza, gen. stabilita) - interaguje s p300/CBP (narušení homeostáze) - aktivuje expresi hTERT (aktivace telomerázy) - inaktivuje p16^ink (narušení udržování klidového stádia) - interaguje s Bak (inhibice apoptózy) - interaguje s E6BP/ERC-55 (inhibice terminální diferenciace) - indukuje degradaci hDlg (a další interakce s proteiny obsahujícími vazebný motiv PDZ) (změna morfologie, získání invazivního charakteru) Podíl proteinu E7 papilomavirů na transformaci buňky E7 - váže se na RB (uvolnění TF E2F) - inaktivace p21^Cip a p27^Kip (rozpojení: diferenciace - proliferace) - ruší inhibiční působení TGF-b na růst buněk - způsobuje tvorbu násobných centrozóm Klinický význam papilomavirů * Popsáno více než 100 odlišných typů papilomavirů. * Dělí se na "high-risk" a "low-risk" typy podle prognózy, s níž jsou spojeny. "Low-risk" viry vyvolávají tvorbu benigních nádorů, "high-risk" viry jsou spojeny s maligní progresí. * Asi 30 typů HPV preferenčně infikuje anogenitální oblasti, infekce "high-risk" viry je spojena téměř se všemi nádory děložního čípku. * Asi 20% všech nádorů ústní dutiny, které nejsou spojeny s historií kouření a alkoholismu, je spojeno s infekcí HPV. Onkogenní viry a lidské nádory RNA viry: * lidský lymfotropní virus typu I (HTLV-1) - T-leukemie (lymfom) dospělých (ATTL) DNA viry: * Virus Epstein-Barrové (EBV) - Burkittův lymfom (BL), Hodgkinův lymfom (HD), lymfomy, nazofaryngální karcinomy (NPC) * Virus hepatitidy B (HBV) - hepatocelulární karcinom (HCC) * Lidské papilomaviry (HPV 16, 18,..) - anogenitální nádory, nádory ústní dutiny, bradavice * Lidský herpesvirus typu 8 (HHV8) - Kaposiho sarkom (KS) Závěrečné poznámky "Úvodu" * Geny nemají výlučnou funkci v jediném procesu v buňce (buněčný cyklus vs. apoptóza vs. genomová stabilita vs. ...). * Jenom omezený počet signálních drah je inaktivován téměř univerzálně u většiny nádorů (RB, p53). * Jednotlivé signální dráhy jsou vždy postižené v jediné své složce (r) tzv. princip exkluzivity * Existují "párové mutace": mutace příčinná a mutace navozující toleranci k příčinné mutaci (zajišťující přežití). * Existují specifické nebo preferované kombinace změn v nádorových buňkách? Solidní vs. "tekuté" nádory * "Tekuté" nádory: leukémie a lymfomy. * Prekurzory L a L jsou mobilní, zatímco epiteliální a mezenchymální buňky jsou imobilní. * K vývoji L a L stačí menší počet mutací (1-3). * Translokace je nejčastějším mechanismem aktivace onkogenů pozorovaným u leukémií a lymfomů. TH Solidní nádory na straně jedné a leukémie a lymfomy na straně druhé mají odlišnou biologii, chování a patogenezi.