Všechny formy rakoviny vznikají jako směs dědičných změn v buněčném genomu vyskytujících se ve vývoji nádorových buněk a epigenetických změn ve stadiu nádorové promoce a progrese. Hlavní účinek NÁDOROVÝCH PROMOTORU je specifická expanze iniciované buněčné populace v zasažené tkáni. Fáze je zpočátku reversibilní, později ireversibilní. Promotory se neváží kovalentně na DNA a nejsou mutagenní, působí na iniciovanou buňku a způsobují Mohou však též působit jinak na genetický materiál: způsobovat amplifikaci genů, synergicky působit s viry a zvyšovat transformaci. Tyto změny asi odpovídají za ireversibilní část promoce. PROGRESORY jsou karcinogény, nádorové promotory nebo hormony, které působí na nádorové buňky a přeměňují je na maligní. Mohou působit negenetické a genetické změny v nádorov buňkách. Proerese i e charaktr vznikem invazivitv (metastáz KOKARCINOGENY - zvyšují hladiny buněčných enzymů, které aktivují karcinogény ANTIKARCINOGENY - chemicky se váží na karcinogén, odbourávají jej, tlumí enzymy aktivující ^tivní inhibit miittiMgiufl^ mixmiii Chování buněk a rovnováha v buněčných populacích jsou regulovány komplexním integrovaným komunikačním systémem, který zahrnuje signály mimobuněčné, mezibuněčné a vnitrobuněčné. Živočišné buňky obsahují systém proteinů, který jim umožňuje reagovat na signál1 jiných buněk. PODBABA f BUS SMĚR LETIŠTĚ 81 T blj/OKÁ SARKA ČERVENY ' VRCH Schémq linkového vedení Elektrických drah a Metra ■m k+rQQ ČERNÍ SÍDLIŠTĚ BARRANDOV Hluborcpf ©Dopravní podnikni, ni. Prahy, a.s, 11/ 2003 28 �71909 448985 69 30 4093 56 7338 10 90 744 5���2977362738 49671�7� Orientační plán jy Metro Dopravní podnik hl. m. Prahy, akciová společnost LETŇANY RUZYNĚ o o o o o m Vysočanská Kolbenova Hloubétľn OHH ÖHB KBELY Rajská zahrada černý HORNÍ MĚCHOLUPY JIZNI MESTO RADOTÍN VELKÁ CHUCHLE MODŘANY KUNRATICE Growth Factor Receptor DYSFUNCTIONAL SIGNALING PATHWAYS IN CANCER Akt phDTTiDlťi -cell survival bj phaiphú- !■■ .:llC!l -: SUE'S 11, .f-.", lllj! J'MiL'.-'ilľ activity of prů-apoptoticor Increase tlie activity oŕanti-apoptolic proteins. Mdms-is onlp one of many AííE substrates. NormaHy phospho-inDS-iTide g-kinase (Ptd^s g-kmaseJ-Akt iigruEing suppTfiiti p5J function Phgíphgrflílnůrp oFlVldml by Akt InduCtfS Vdm; Ir^r-il-iLiriu- mVú Iht nunl-euS wIiít- li blndů p^; And target* iL fúr prířtecSurVidl degfadahůrt. The PTE N tumor suppressor pťolesn inhibits Ptdlns ykinase signaling, including activation of Akt. When PTEN blocks the PtdFns g-kinasí-Ak! sign-aJing pathway, Mdm2 is restricted tg (hfl cytopJism, whurfl ii ii degradfld, Therefore, PTEN p^toclí p}3 tfgrn M dm a., .iil:jwir-[J tells to refund tu DNA din^age. tHľ p^/ŕ/d'T.i DUlů-rsgulatarv ľuťdbu::!; I* u p \i núl depicted for clarity, p^ can also ind-uce PTE N. which may over-ride the aul-oregvlatory feedback loop amplifying pjj -functi-Dn and promoting a ceil;j|ar ap-cprotií response H | SrpiiuiibiTZK.Htitt THE MAMMALIAN DMA DAMAGE RESPONSE PATHWAY (DRP] Prate írs are shawl at their approximate functional location. The general organ iran'gn gf th* p?lhwir H a«UT»t*. fiaWirv", v>mfl pratdn-j *r* gmlttod Tor clarity UNA damage gr rflpkation řir**í í^hw^tn ihr DDP. Sonvor protein? (grern) j?nw the ď^mígí ?nd Sclrvats Ujmiducor proWm, suih »v the klmu-cJ ATM and AT fr (yelLöw| fhetr Itiefi limsduce aignats tu ^thfr k mase* iL Im i and Oi\ii) (jůHdw; ür L-lTeUji proteins (pur plej such as p^, BRCAt, Nbi 1 «tu. Effector proteins regulate cell cycle arrest, apoptosis, trarrecriptiůn, and DNA repair. I Im ücit'nNir vri.iTiiiii.F %% ^iMii Tfnr !irM-n(niE 1 lli MEZIBUNECNE INTERAKCE v růstu a neoplasii ru, i ■ÍS n^^BRffiffiffi^^^M^^^^ffim mediatory (paraknnní regulace. ytmntummH okini * odpovědi buněk na složky buněčných membrán sousedních buněk a na složky extracelulámí matrix - kadheriny, integriny - důležité z hlediska metastatického procesu liMlill ► přímý přenos signálů (malé molekuly asi 1 kDa) mezi buňkami prostředni membránových spojení, tzv. gap junction GJIC - gap junctional intercellular communication (homologni nebo heterologní) vytváření uly asi 1 kDa) mezi buř tion JMWilIBMMiímHl Pomchy GJIC mohou vést k deregulaci mstu a k neoplasii - negenotoxické mechanismy karcinoseneze Formy mezibunecných signálů {A) CONTACT-DEPENDENT signaling cell target cell membrane-bound signal molecule {Q SYNAPTIC neuron axon synapse (B) PARACRINE signaling cell local mediator \«V target ^>š£s cells target cell neurotransmitter (D) ENDOCRINE , ., receptor endocrine cell v target ceil hormone £ bloodstream ^Vfci target cell iěJ Autokrinní signál A SINGLE SIGNALING CELL RECEIVES A WEAK AUTOCRINE SIGNAL IN A GROUP OF IDENTICAL SIGNALING CELLS, EACH CELL RECEIVES A STRONG| AUTOCRINE SIGNAL Vazba mimobunecných signálních molekul na povrchové nebo vnitrobuněčné receptory CELL-SURFACE RECEPTORS cell-surface Piasma membrane receptor hydrophilic signal molecule INTRACELLULAR RECEPTORS small hydrophobic signal molecule carrier protein intracellular receptor nucleus Figure 15-3. Molecular Biology of the Cell, 4-th Edition. Zjednodušené schéma vnitrobuněčné signálni dráhy aktivované mimobuněčnou signálni molekulou EXTRACELLULAR SIGNAL MOLECULE RECEPTOR PROTEIN INTRACELLULAR SIGNALING PROTEINS TARGET PROTEINS metabolic gene regulatory cytoskeletal enzyme protein protein I I I altered metabolism altered gene expression altered cell shape or movement JFigure 15-1. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Závislost živočišné buňky na mnohonásobných mimobunecných signálech N ./ X SURVIVE B ®- DIVIDE < y i \ (•) x B DIFFERENTIATE (•)- D1E apoptotic [Figure 15-8. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Tři hlavní způsoby mezibuněčné komunikace Nongenotoxic chemicals (e.g.: TPA, DDT and Phenobarbital) Cell adhesion molecules N /I Endogenous regulators (e.g.: hormones, growth factors, neurotransmiters) Extracellular communication —o— jrvA Inactive \Jr protein Active Q protein Gap junction Intercellular communication Cytoplasmic receptor Second messages Intracellular communication A alters membrane function B activates inactive proteins C modulates GJ function D modulates gene expression According to: J.E.Trosko: Environmental Health Perspectives; 106: 331 - 339, 1998 Hlavní mechanismy charakterizující negenotoxickou karcinogenezi ■ ovlivnění mechanismů signálové transdukce ■ ovlivnění exprese onkogenu, nádorově supresorových genů a genů buněěného cyklu ■ aktivace specifických receptoru ■ produkce reaktivních kyslíkových radikálů (ROS) ■ změny v metylaci DNA nebo v acetylaci histonů ■ změny GJIC ■ změny buněěného cyklu ■ změny proliferace (regenerativní nebo mitogenní) ■ změny v apoptóze ■ změny v rovnováze vyúsťující ve změnu obratu buněk ve tkáni environm. chemicals) drugs, radiation, dietary PUF As, fiber changes of membrane properties cytosolic receptors, transcription factors (AhR, NFkB etc.) L ATLA CLL ULLAL Tíŕ/ĽJLI \\~ 'N STIMULI ^ -,- / drug-and hormone metabolizing enzymes INTRACELULLAR SIGNALLING PATHWAYS hormones, growth factors, cytokines membrane receptors prooxidative/ antioxidative balance nuclear receptors (PPARs, RXR? etc.) transcription factors (AP-1, etc.) Turcvm histone acetylation/ deacetylation DNA methylation VYZNÁM GJIC sire regulujících prohferaci a diferenciaci mezi buňk? Faktorv inhibuiící GJIC - ► růstové faktory (EGF) ► negenotoxické karcinogény, nádorové promoto ► onkogeny -exprese některých onkogenů korel11 i*? v^m^jmgmtmm^mmtMwnm^mu^m^mv^mn redukcí GJIC Faktorv stimulující GJIC ► růstově inhibiční látky ► látky působící protinádorově - retinoidy, karotenoidy, dexamethasoi vzkuj EMIäÜig »nexiny - fu? pöid UM® ko nádorově supresorové propojuje všechny teorie karcinogeneze dohromady. Mají totiž zásadní roli při udržování tkáňové homeostázy a existuje řada důkazů na podporu jejich zásadní úlohy v tomto procesu. ■ pro většinu nádorových buněk je charakteristická dysfunkce homo- nebo heterologní komunikace většina nádorových promotorů inhibuje (reverzibilně) GJIC růst. faktory a hormony mající nádorově promoční účinky inhibují GJIC ■ onkogeny jako jsou ras, raf, src mohou snižovat GF nádorově supres. geny zvyšují GJIC transfekce nádorových buněk konexinovými geny obnovuje GJIC a růstovou regulaci těchto buněk "antisense" geny pro konexiny mohou snižovat GT protinádorové látky a chemopreventivní agens z\ konexinové geny fungují jako nádorově supresorové gt I GJIC jsou důležité pro adaptivní odpověď i apoptózu Snižování GJIC exogenními chemickými promotory nebo endogenními růst. faktory nebo hormony vyžaduje ■ překročeni prahové dávky ■ stále, pravidelné chronické působení MtglMažlfa! iMüiireiTisBiraniiiM buňka schopna obnovovat svůj původní stav bez osudových důsledků. Je jasné, že také různé fr chemikálií maií své nrahové hodnotv t>ro modulaci GJIC a cvtotoxicitu a že také různé živ. dn1 izné rvnv buněk reasuií na tutéž lať Gap Junctions in Cellular Homeostasis Distal cell | Toxic Chemicals receptor- Extracellular Communication / X. -Transtational Regulators - \. X w*<£ \.—Transcriptional Regulators >- £*—yPost translational Regulators^ Biological End Points V---------Y--------- Cell <■...........*íc;""> Apoptosis proliferation Ý\ Cell N............... Differentiation Intracellular Communication Intercellular Communication Adaptive responses of differentiated cells Fig. L Endogenous extra-cellular signals which can trigger various intra-cellular signal transducing mechanisms can either increase or decrease gap junctional intercellular communication between the cells in a multicellular organism. Growth, wound healing tissue repair, pattern formation or tissue differentiation, programmed cell death and adaptive responses of tissues occur when either there is an up- or down-regulation of gap junction function, (Reproduced from Trosko, IE., Inoue, T.f 1997. Oxidative stress, signal transduction, and intercellular communication in radiation carcinogenesis. In: Dainiak, N\, Schull W.J.t Karkanitsa, L., Aleinikova, O.A. (Eds.), Radiation Injury and the Chernobyl Catastrophe, AlphaMed Press, Ohio, published as a supplement to Stem Cells 15(Suppl. 2):59-67). Small ions and molecules pass through gap junction channels, but macromolecules cannot. Connexon 1 Connexon 2 Gap junctional channels are comprised of two connexons. Each connexon contains six connexin subunits. FIGURE 1. Model of gap junction particles embedded in the plasma membranes of two adjacent cells. Gap junctions gap of I2-4 n m two connexons in register forming open channel between adjacent cells interacting plasma membranes channel 1.5 nm in diameter (A) vj> f9ß homomeric heteromeric connexins connexons IB) connexon composed of six subunits £tö hsp90 fosforylace odpověď buňky kináza fosforylace m RNA jádro iaderná membrána transkripce HRE ^ ccactivator recruitment -^ h i sto ne acetyl ation T -> open, active chromatin —> transcription T tá) Normal chromatin: basal levels of historie acetyl ation and transcription CoactivatoT ' .., complex... - " T H response element Binding of TR to DNA Linker DNA ^_ Histona DNA -TH ---------"V Nucieosome (c) Binding of TR in absence of TH —> corepressor recruitment -> deacerylated histones —> closed, repressed chromatin —* no transcription _y Chromatin Core pressor ■ ..complex Fig. 2. Model of the proposed action ol nuclear thyroid hormone (TH) receptors (TR). Binding of TR to TH response elements of target genes can occur in the presence (+ TH) or absence (- TH) oí hormone. TR preferentially binds to DNA as a heterodimer with the retinoid X receptor (RXR). Binding to DNA resuíts in recruitment ot coactivator or compressor protein complexes, modification of chromatin structure and the subsequent activation or repression of transcription. Note that this mode of action operates for the TRotl and TR|5 isoforms. Structural changes in the carboxy-terminal domain of the TR«2 isoform prevent TH binding, resulting in inhibition of transcription even in the presence of TH. T, process increased. Dauncey MJ, Proc. Nutr. Soc, 60, 2001 Estradiol a v mensi mire ostatní steroidni hormony podporuji bunečnou proliferaci, která usnadňuje fixaci genetických chyb. Zárodečné mutace v příslušných nádorově supresorových genech urychlují transformaci do maligního fenotypu. Ovary ESTRADIOL and OTHER STEROID HORMONES EpillKfeil Cull ^ Waityi-iil lypa Germline mulalLcHi ŕs.fl. fPS3r BRGAt) GenelLc anors McuiTHJlale during call division (e.g. TPS3) (tots of ftuterozygoufly} STIMULACE ESTROGENNIHO RECEPTORU GF GF R 4. nanganomie 2. Hpand-indepenctont g| 1. classical 3, EftE-fndependent E3-., Tissue Responses Protein GF - růstový líC u pone. raní - estradiol, R-E2 - estroj Lent DNA, AP-1 -transkri Superrodina vnitrobuněčných receptoru N- N- (A) DNA-binding domain •c Cortisol receptor N- estrogen receptor progesterone receptor N--------------------C vitamín D receptor N---------------------C thyroid hormone receptor N- retinoic acid receptor lígand-binding domain transcription-activating domain DNA-binding domain inhibitory proteins (B) INACTIVE RECEPTOR COOH DNA coactivatorl proteins ligand ! ligand ÍD) Figure 15-13 part 2 of 2. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition.| receptor-binding transcription of element target genes ÍC) ACTIVE RECEPTOR iFigure 15-13 part 1 of 2. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Podobná struktura receptoru s vazebnou doménou Receptorový protein v inaktivní formě vázán na inhibiční proteiny Po vazbě ligandu disociace inh. proteinu a navázání koaktivátoru k transkripci aktivující doméně receptoru Trojrozměrná struktura domény vážící ligand bez a s navázaným ligandem. Alpha helix (modře) funguje jako víčko zajišťující polohu ligandu Odpověď indukovaná aktivací hormonálních receptoru (A) EARLY PRIIVIARY RESPONSE TO STEROID HORMONE (B) DELAYED SECONDARY RESPONSE TO STEROID HORMONE steroid hormone steroid hormone receptor A r secondary-response proteins □o °o DNA 1 steroid-hormone-receptor cornpfexes activate primary-response genes DNA induced synthesis of a few different proteins in the primary response a primary-response protein shuts off primary-response genes a primary-response protein turns on secondary-response genes Nádory endometria Zvýšené riziko vzniku - expozice estrogeny nevyrovnávaná progestiny. Kombinovaná antikoncepce estrogenu a vysokých dávek progesteronu (od 21 do 28 dne cyklu) snižuje riziko. Důležitým rizikovým faktorem je také obezita, která ovlivňuje produkci hormonů. Vysoké riziko existuje u samostatně žijících žen a snižuje se s každým těhotenstvím (vysoká hladina progesteronu. Nádorv orsu Estrogeny mohou indukovat a podporovat rozvoj nádorů mléčné žlázy (důkazy u hlodavců). Riziko- kumulované působení estrogenu. Raný nástup menstruace a pozdní menopauza maximalizují počet ovulační ch cyklů. Prodloužená laktace a fyzická aktivita mohou počet cyklů redukovat Konzumace alkoholu (více než 60g alkoholu denně) - lineární vzrůst nádorů - zvyšování hladiny estrogenu v plasmě a hladinu tzv. insulin-like růstového faktoru. Primárním zdrojem estrogenu u žen po menopauze je přeměna androstenedionu na estron v tukové tkáni. Nádorv ürostatv Důležitá je biosyntéza, aktivace, inaktivace a transport androgenů, rizikový faktor je věk a etnicita (zvýšený výskyt - Afričané, Američané) Exogénni hormon Existují rozsáhlé vnější zdroje steroidních hormonů. liiimiiiiitsifiT jujggjE gjnnggjjj Mmmi MĚ iai»j esirogen a vysoké dávky progestreonu snižuje nz*. může zvyšovat riziko nádorů prsu, ale důkazy jsou mnohdy protichůdné. Riziko představuje zejména u žen s rodinou anamnézou nádorů prsu. Řada přírodních látek působících podobně jako hormony (hormon-like) může Mflíi ť«f Wi^y strogenní al Poznatky o úloze hormonů v karcinogenezi však neumožňují jednoduše řešit tento fenomén, protože to není tak lehce modulovatelný faktor j ?1 Nové strategie pro detekci a prevenci - biomarkery zvýšeného rizika např. id) zpomaluje proces progrese. Fig. 1. Model of nuclear receptor-dependent gene expression. This represents a hypothetical schematic of the exchange of coregulators involved in activation of a gene by a steroid hormone receptor, such as ERn. C o activators and corepressors exist in complexes in the cell and do not appear to bind to receptor as monomers. A, In the presence of antiestrogens, such as tamoxifen (T), the receptor interacts with a complex of corepressor proteins, including SMRT and/or NCoR, that maintains the gene in an inactive state. B, In the unliganded state, ERk may bind to either corepressor or coactivator complexes. Intracellular signaling can influence the extent of interaction with these complexes and therefore the relative magnitude of basal receptor activity: less activity when bound to corepressor complexes and more activity when the equilibrium is shifted to coactivator complex interaction. C-E, When estrogen iEj activates the receptor, a series of coactivator complexes bind and exchange in a programmed sequence to deliver functions needed to activate the gene (see series of reactions, panels C-E j. This arguably involves the sequence of histone acetylation (or other modifications; carried out by histone acetylases (CBP/p300 and SRC si, followed by a complex containing BRG-1/BAF57, which unwinds DNA and remodels the chromatin, followed by a complex involved in initiation of transcription. These early complexes all may include SRC-1 or one of the other members of the SRC-1 family. After initiation, reinitiation/maintenance of transcription is carried out by TRAP220 and the TRAP/DRIP complex of proteins, which, in turn, interact with RNA polymerase II itself. F, Finally, coactivator complexes and the receptor itself are turned over at the promoter by proteasome-dependent processes. The presence of protein complexes containing ubi quit-in ligases, such as E6-AP and MDM2, which poly ubíquíti nate proteins and target them for degradation by the 26S proteasome, have been noted. The turnover leads to down-regulation of receptor/coactivator levels, but this turnover also is required for efficient continued transcription of the gene. D BD, DNA-binding domain; HDAC, histone deacetylase; Ub, ubiquitin. (AF2) AF1 # A) / SMRTf \ / LBD (AF2) AF1 DBD ^ B) C) DBD w DBD w DBD _w D) mmm e) ssmmsF n ssmmssT Smith CL and O Malley BW, Endocrine reviews, 25, 2004