Nádory kolonu a rekta Střevní epitel Genetické základy vzniku nádoru Epigenetika a negenotoxické faktory Cytokiny a signální dráhy Metabolismus kyseliny arachidonové Nesteroidní antiflogistika (NSAIDs) Nádory kolonu a rekta (CRC) Výskyt: •industrializované země (životní styl, výživa) •ČR (třetí nejčastější příčina úmrtí na rakovinu) •věková distribuce (muži nárůst případů od 60 let; ženy od 70 let) Epitel kolorekta – sebobnovná intenzívně proliferující buněčná populace – náchylná ke změnám Kolorektální karcinogeneze porušení rovnováhy mezi proliferací a diferenciací v kryptě hyperproliferativní krypta, adenom, adenokarcinom, karcinom, metastázy 2 Nejvyšší výskyt CRC v průmyslově vyspělých zemích (Kanada, USA, Evropa, Austrálie) 3 Struktura hlášených onemocnění novotvary bez dg. C44. A – muži; B – ženy (podle ÚZIS) Struktura incidence nádorů v České republice 4 Nádory kolonu a rekta Dg. C18 – C21 5 6 Incidence nádorů ve Velké Británii 7 Celková úmrtnost na rakovinu v USA podle typu 1971 2002 plíce úmrtízarok vaječníkprsprostataslinivkakolon 50 000 200 000 150 000 100 000 0 8 Incidence a mortalita kolorektálních nádorů u mužů v EU 9 Střevní epitel Sebeobnovná tkáň s unikátní topologií – dvourozměrná struktura: Proliferativní krypty a diferencované klky (villi). Jednovrstevná bariera mezi lumen a vnitřním prostředím. Tenké střevo – krypty – dolní část – kmenové a Panethovy buňky, proliferující „transit-amplifying“ diferencující se buňky postupují k vrcholu, klky z diferencovaných buněk na vrcholu se odlupujících. Tlusté střevo – nejsou klky, na dně krypt kmenové buňky (nejsou zde P. buňky), 2/3 krypty proliferující buňky, 1/3 diferencované b. na konci se odlupují do lumenu (apoptóza – anoikis). 10 2 hlavní linie buněk: Enterocyty - absorbtivní linie, nejpočetnější Sekreční linie: goblet buňky (sekretují protektivní muciny – přibývají směrem ke kolonu) Enteroendokrinní buňky (asi 1%, sekretují hormony – serotonin, sekretin) Panethovy buňky – jen v tenkém střevě – sekretují antimikrobiální látky – kontrola mikrobiálního obsahu ve střevě. Aktivní migrace buněk doprovázená diferenciací a odlupováním do lumenu 3-5 dní 11 Příčný řez částí stěny střeva Každá tkáň je organizovaným seskupením buněk držených pohromadě buněčnými adhezemi, ECM nebo oběma. Tkáně jsou spojeny dohromady v různých kombinacích a tvoří funkční jednotky - orgány 12 Radtke F,Clevers H, Science 2005 Anatomie epitelu tenkého střeva - krypty a villi 13 Střevní krypty (část proliferační a diferenciační) Výměna epitelu – buňky migrují ze spodní části krypty, oblast kmenových buněk (pomalu se dělící – 24h, rychle se dělící buňky – 2 h, diferenciace buněk podél krypty, snižování proliferace, sna vrcholu odumírají apoptózou-anoikis (detachment-induced apoptosis), celé trvá 3-5 dní. Obnova střevní výstelky 14 post- mitotická zóna zóna proliferace poškození buňky terminální diferenciace p53 epiteliálně- mesenchymální interakce Apoptóza anoikis (programovaná buněčná smrt) Apoptóza Diferenciace Proliferace 15 Střevní krypta a profil růstových faktorů Měnící se koncentrace růstových faktorů (growth factor - GF) podél krypt reguluje proliferaci (v proliferační části více buněk produkujících GF) 16 Gerike TG et al., Cell Proliferation 1998 Kosinski C., PNAS 2007 Střevní krypta s jednotlivými kompartmenty a aktivními signálními drahami Oblast kmenových buněk Oblast diferenciace Oblast proliferace 17 Proces vzniku nádoru v epitelu 18 Normální epitel a adenomy v myším tenkém a tlustém střevě A, B – normální epitel – proliferující buňky pozitivní pro marker cyklujících buněk Ki67(hnědá barva) C, D – adenom v tenkém střevě a fokusy aberantních krypt v kolonu min myší. Barveno na přítomnost beta-kateninu. normální buňky – beta-katenin na hranici mezi buňkami adenom a aberantní krypty – beta-katenin v celé buňce Radtke F,Clevers H, Science 2005 19 Kolorektální nádory vznikají progresivní akumulací genetických a epigenetických změn vedoucích k transformaci normálního střevního epitelu do adenokarcinomu. Molekulární mechanismy kontrolující homeostázu jsou terčem změn podílejících se na vzniku nádorů. Molekulárně genetické poznatky • Mnohastupňová progrese na molekulární i morfologické úrovni. • Genetické (mutační aktivace onkogenů a inaktivace nádorově supresorových genů) a epigenetické změny (metylace) podporují tvorbu nádoru poskytujíce klonální růstovou výhodu změněným buňkám. • Klíčovým molekulárním krokem je ztráta genomové stability. • Dědičné nádorové syndromy často odpovídají formám klíčových genetických defektů u zárodečných linií, jejichž somatický výskyt nastartuje sporadické nádory kolonu. 20 Ztráta genomové stability je klíčovým molekulárním a patogenetickým krokem vyskytujícím se na počátku nádorového procesu a vytváří permisivní prostředí pro výskyt změn onkogenů a nádorově supresorových genů. 3 hlavní formy: • Nestabilita mikrosatelitů (MSI) • Nestabilita chromozómů (CIN) - zisk či ztráta úseků chromozómů, aneuploidie) • Chromozomální translokace 21 Genetické základy vzniku nádoru Dědičné poruchy predisponující jedince k nádorům ● polypózní formy (familiární adenomatózní polypóza - FAP) asi 1% mutace APC (adenomatous polyposis coli) genu tisíce adenomatózních polypů ve střevě – riziko vzniku nádoru téměř 100%. ● nepolypózní formy (hereditární nepolypózní kolorektální karcinom – HNPCC), Lynchův syndrom) asi 15%, zvýšené riziko dalších typů nádorů, mutace genů pro MMR enzymy (mismatch DNA repair), množství mutací v repetitivních sekvencích DNA - mikrosatelitech 22 FAP, Lynchův syndrom atd. převažující dědičná složka Jiné mutace zvyšují náchylnost při působení environmentálních faktorů. Interakce genů a env. faktorů. Další tzv. modifikující geny mohou dále ovlivňovat účinky jak genů tak env. faktorů. Přesné rozlišení mezi tzv. sporadickými a familiárními a mezi genetickými a environmentálními faktory predisponujícími k CRC není striktní. Genetická podmíněnost CRC 23 De la Chapelle A, Nature Rev Cancer 2004 Watson AJM, Crit Rev. Oncol Hematol 2006, 57:107 Vznik chromozomální nestability u CRC 24 Sporadická forma nádorů kolonu – nedědičná, postupný vývoj řadu let Na vzniku se podílí rovněž vnější faktory (dieta, životní styl) Pozitivní korelace – spotřeba tuku, červeného masa, alkohol, kouření Negativní korelace – zelenina, ovoce, vláknina, NSAIDs Rodinný výskyt „sporadického“ kolorektálního karcinomu – kombinace genetických predispozic se zevními faktory Potřeba pravidelných vyšetření od určitého věku (okultní krev, sigmoidoskopie, kolonoskopie) 25 Geny zahrnuté v kolorektální karcinogenezi • Onkogeny (ras, c-myc, c-myb, hst-1, trk, c-raf, c-src, c- myb, Her2-neu) • Proteiny H-ras, K-ras, N-ras aktivované přes receptory spojené s G proteiny a s tyrozin kinázami – aktivace drah kináz RAF, MEF, MAPK – přechod adenom – karcinom • Nádorově supresorové geny p53 – mutace či delece u 70-80% nádorů, poruchy apoptózy APC – delece či mutace, brzký děj u adenomů 80%, spojené s deregulací signální dráhy Wnt a chromozomální nestabilitou. Chyby spojení mikrotubulů a kinetochoru – abnormální segregace chromozómů - polyploidie DCC – deletovaný gen u 70-80% nádorů, úloha v zástavě G2/M a apoptóze • Geny reparace DNA – MMR mismatch repair (hMSH2, hMLH1) 26 Rozvoj z adenomu do karcinomu Komplexní několikastupňový proces. Není úplně stejný u různých typů CRC. Obecně: Nutné 4-6 genetických defektů (mutace, deregulace protoonkogenů –k-ras, c-myc, inaktivace nádorových supresorů – APC, p53) APC – „adenomatous polyposis coli“ DCC – „deleted in colorectal cancer“ 27 Genetické změny spojené s CRC Poruchy „mismatch repair“ 28 Funkce proteinu APC (adenomatous polyposis coli) 300kD cytoplasmatický protein kódovaný APC genem – často mutovaný v prvotních stadiích CRC (u adenomů) APC interaguje s řadou buněčných proteinů a drah a přispívá tak k regulaci diferenciace, migrace, proliferace a adheze. Jeho mutace tak ovlivňuje všechny tyto procesy. • Regulace signálu indukovaného beta-kateninem (regulace Wnt dráhy) • Regulace buněčné adheze prostřednictvím beta-kateninu a E- kadherinu • Regulace migrace buněk interakcemi s mikrotubuly a F-aktinem • Blok buněčného cyklu zřejmě přímou inhibicí jeho komponent 29 • vede ke změnám cytoskeletu a deregulaci beta-kateninu • ovlivnění migrace buněk a mitotického vřeténka – aneuploidie • deregulace beta-kateninu – poruchy diferenciace a genové exprese – transformace • Zvýšená hladina betakateninu – neschopnost APC vazby na mikrotubuly – deregulace migrace buněk a segregace chromozómů. Mutace genu APC 30 Interakce buněk kolonových krypt s látkami vznikajícími v krvi nebo v lumenu • Mutace genu APC v kmenových buňkách jako výsledek působení látek z krve nebo zárodečné mutace, produkuje abnormality v buněčné proliferaci, migraci a adhezi. • Abnormální buňky se akumulují na vrcholu krypt, tvoří se aberantní fokusy krypt (ACF), které vyčnívají do proudu stolice. • Zvyšuje se pravděpodobnost dalších mutací kontaktem proliferujících buněk s fekálními mutageny a adenomy se tvoří postupnou klonální expanzí. 31 Vývoj polyklonality adenomů v kolonu a) Mutace kmenové buňky např. v genu APC b) Kolonizace krypty buňkami APC-/a vznik monokryptálního adenomu c) Polyklonalita vzniká v důsledku krátkodobé interakce zřejmě změnou signálování buněk spojených s lamina propria– mutace v přilehlé kryptě d) Expanze adenomu e) Expanze dominantního klonu vede ke vzniku monoklonálního nádoru 32 Humphries A and Wright NA, Nature Rev Cancer 2008:415 Epigenetické změny v CRC Hypo- nebo hypermetylace promotorů Hypometylace – obecný a raný děj – odpovědná např. za overexpresi k-ras Hypermetylace – inaktivace nádorově supresorových genů Deregulace růstových faktorů TGF beta – negativní růstový faktor epiteliálních buněk – zástava v G1 fázi, receptor I a II signálování přes SMAD proteiny Inaktivační mutace signální dráhy – poruchy apoptózy- progrese adenom- karcinom. Zánětlivé onemocnění střeva (IBD) Nádory často vznikají v prostředí zánětu Produkce prozánětlivých cytokinů – TNF alfa, IL-1, -6, -8, ROS, prostaglandiny – podpora, poškození DNA, angiogeneze, inhibice apoptózy a invaze. Úloha transkripčního faktoru NFκB 33 Gassler N. et al. World J Gastroenterol 2010, 16:820 Modifikátory kolorektální karcinogeneze Řada faktorů (chronický zánět, výživa - lipidy, složení matrix, medikace, bakterie, záření) ovlivňuje základní molekulární dráhy a tím i délku života, proliferaci a apoptózu enterocytů. Tyto dráhy a molekulární entity (genom, transkriptom atd.) určující chování buněk jsou vystaveny buněčnému stresu a fungují jako modifikátory. Podobně jsou ovlivňovány i střevní kmenové buňky. Aberantní modifikace hraje důležitou úlohu v CRC. Nutrigenom nádorových buněk odráží modifikaci genomu buněk složkami diety a expresi tzv. modifikátorových genů. 34 Schetter AJ et al. Carcinogenesis 31:37, 2010 Chronický zánět mění hladiny zánětlivých mediátorů včetně COX-2, RONS a zánětlivých cytokinů a aktivuje protoonkogeny. V závislosti na společných funkcích a rovnováze zánětlivých mediátorů může zánětlivá odpověď nádor buď podporovat nebo působit protinádorově. Úloha zánětu v karcinogenezi 35 Bakteriální regulace kmenových buněk a tvorby nádorů ve střevě Sun J, Cancers 2011 Zánět vyvolaný produkcí NO může být pro- i antikarcinogenní v závislosti na funkčním stavu nádorového supresoru p53. Funkční p53 – NO podporuje stabilizaci p53 – negativní zpětná vazba – redukce NOS a NO – nádorově supresivní účinky. Nefunkční p53 – nadprodukce NO – pronádorové podmínky – aktivace protoonkogenů, inaktivace supresorů, zvýšená buněčná proliferace a angiogeneze Chetterl AJ et al. Carcinogenesis 31:37, 2010 37 Závislost působení NO na funkčním stavu p53 Cytokiny a signální dráhy Úloha cytokinů Důležité endogenní faktory ovlivňující kolorektální karcinogenezi TNF-family (TNF-α, Fas ligand, TRAIL – TNF relating apoptosis inducing factor) TGF-family (TGF-β) EGF – epidermální růstový faktor Tumour necrosis factor-alpha (TNF-α), interleukiny •multifunkční cytokin •jeden z hlavních mediátorů zánětu •TNF-α je produkován makrofágy a dalšími buňkami imunitníhp systému •koncentrace TNF-α v kolonu je zvýšena během chronického zánětu (ulcerativní kolitida nebo Crohnova choroba) •úloha v nádorové kachexii •existuje interakce mezi cytokiny a dietetickými faktory – mastné kyseliny a eikosanoidy 38 Smad-2/3 jádro Smad-2/3 P Smad-4 Smad-4 Smad-2/3 P P RII RI P 39 TGF-β signální komponenty Úloha v kolorektální karcinogenezi TGF-β ztráta citlivosti nádorových buněk kolonu k růstově inhibičním účinkům TGF-β antisense TGF-β1 zvyšuje tumorigenicitu lidských nádorových buněk kolonu TGF-βRII mutovaný v nádorech kolonu a v nádorových liniích odvozených od kolorektálního karcinomu s mikrosatelitní nestabilitou obnovení exprese RII může zvrátit transformovaný fenotyp Smad2 mutovaný ve sporadickém kolorektálním karcinomu Smad3 u Smad3-/- myší se vyvíjí metastázující kolorektální nádor ztráta heterozygotnosti ve dvou ze 17 zkoumaných nádorů (1 sporadický a 1 HNPCC) Smad4 inaktivace Smad4 v APC myších posiluje nádorovou progresi mutovaný v lidských nádorech kolorekta in vivo mutovaný u familial. juv. polypózy Regulace (deregulace) transkripčních faktorů u střevních buněk Radtke F,Clevers H, Science 2005 Dráha Wnt – bez stimulace vnějším faktorem Wnt - normální degradace beta-kateninu – žádný signál Dráha BMP – absence signálu sekretovaným faktorem BPM – nedochází ke spojení receptorů I a II – žádný signál Dráha Notch – bez vazby Notch receptoru na ligand vázaný k buňce nedochází k proteolýze a uvolnění vnitrobuněšné domény NICD– žádný signál 40 Figure 7.24a The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Fungování signální dráhy beta katenin – Tcf/Lef v normální a Apc -/- kryptě 41 Model signálů dráhy Wnt Normální stav Regulace transkripce drahou beta- kateninu. Komplex APC, axin GSK3 Fosforylace a dgradace beta-k. Podpora karcinogeneze Deregulace: Vazba Wnt na Frizzeled receptory Stabilizace beta-k. Akumulace v jádře Aktivace LEF1/TCF transkripčních faktorů 42 Timp W. et al. Cell Cycle 8:383, 2009 Schéma Wnt/beta kateninové dráhy Inaktivní dráha Aktivovaná dráha 43 Aktivace transkripce onkogenů beta-kateninem prostřednictvím LEF/TCF D’Errico I and Moschetta A Mol Cell Life Sci 2008 Obnova střevního epitelu a jaderné receptory Hladina jaderných receptorů v různých kompartmentech tlustého (A) a tenkého střeva (B). LRH-1 – liver receptor homology TR – thyroid hormone receptor RXR/RAR – retinoid x receptor/retinoid acid receptor VDR – vitamin D receptor ER – estrogen receptor PPAR – peroxisome proliferatoractivated receptor Receptory tvoří homo- nebo heterodimery (např. PPAR-RXR) 45 D’Errico I and Moschetta A Mol Cell Life Sci 2008 Exprese jaderných receptorů během vývoje nádorů kolonu TP53 – tumor protein 53 SMAD2 – Small mothers against decapentaplegic homolog 2 46 Faktory vnějšího prostředí  Výživa •celkový kalorický příjem a frekvence příjmu potravy •obsah a kvalita tuků v potravě (působení žlučových kyselin, obsah a kvalita nasycených a nenasycených tuků, lipidová peroxidace, zvýšená tvorba prostaglandinů) •ochranný vliv vlákniny (vazba karcinogenů, zkrácení doby tranzitu střevem, snížení pH) •vitaminy a další mikrokomponenty živin (vit. A, C a E a selen jsou antioxidanty) •konzumace alkoholu a kávy •kouření (hlavně doutníky a dýmky) •potravinové mutageny (zejména heterocyklické aminy ve vařeném a pečeném mase a tucích) •konzumace masa a vajec (vyšší konzumace je riziková – vepřové, hovězí, jehněčí) 47  Fyzická aktivita •nedostatek je rizikovým faktorem •předpoklad modifikace diety s vysokým obsahem tuků  Profesionální faktory •profese zdrojem látek zvyšujících riziko nádorů kolorekta (zejména kovoprůmysl, automobilový a dřevařský průmysl)  Věk (zvýšený výskyt s věkem)  Neefektivní imunitní systém 48 Úmrtí na nádory spojená s dietou Ve všech stádiích rozvoje karcinomu se mohou uplatňovat bioaktivní složky potravy Mohou jak brzdit tak stimulovat progresi jednotlivých stádií Tammarielo AE and Milner JA J Nutr Biochem 21:77, 2010 50 Bioaktivní složky potravy Scharlau D et al Mutat Res 2009 CHEMOPREVENCE Chemopreventivní látky Antioxidanty; vápník; selen; folát, atd. Vláknina - Mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA) •C2-5 organické mastné kyseliny (acetát, propionát, butyrát) •vznikají bakteriální anaerobní fermentací vlákniny a účastní se regulace funkcí a cytokinetiky v kolonu •butyrát - významný pro udržení homeostázy ve střevní tkáni regulací exprese genů spojených s regulací proliferace, diferenciace a apoptózy (microarray analýza – změny exprese 19 400 genů), inhibitor histon deacetyláz (HDAC), exportní protein MCT1 •butyrát slouží jako zdroj energie pro normální kolonocyty a indukuje diferenciaci a apoptózu neoplastických kolonocytů in vitro a in vivo Nesteroidní protizánětlivé látky (NSAIDs) –aspirin, ibuprofen, indometacin, coxiby 52 Butyrát sodný Rozdílné účinky normální kolonocyty Nádorové buňky kolonu  zdroj energie  zvýšená proliferace  omezená apoptóza  snížení proliferace  indukce diferenciace  indukce apoptózy Vláknina mikrobiální fermentace ! Vliv na karcinogenezi kolonu ! Mastné kys. s krátkým řetězcem ovlivnění genové exprese deacylace histonů Psyllium 53 Vliv folátu – účinky poškození DNA, reparace a metylace na karcinogenezi kolonu Duthie SJ J Inhertit Metab Dis 2010 54 Mechanismy působení vysoce nenasycených mastných kyselin (PUFAs) zahrnuté v kolorektální karcinogenezi Přeměna AA katabolizována cyklooxygenázami, lipoxygenázami a monooxygenázami typu cytochromu P450 Cyklooxygenáza 2 (COX-2) u kolorektálních karcinomů je zvýšena exprese COX-2 a množství produktu prostaglandinu E2 (PGE2) PGE2 •stimuluje růst a inhibuje apoptózu nádorových buněk. •působí na funkce imunitních buněk (imunosuprese) a má prozánětlivé účinky 55 Metabolismus kyseliny arachidonové (AA, 20:4, n-6) Nesteroidní protizánětlivé látky (antiflogistika – NSAIDs) inhibují COX-2 a snižují zánět a riziko kolorektálních nádorů Lipoxygenázy - LOX (5-, 12, -15) U kolorektálních karcinomů zvýšené zejména produkty 12- a 15- LOX (hydroperoxykyseliny –HPETE) Produkty AA mohou ovlivňovat cytokinetiku, adhezivitu a invazivitu Změny genové exprese - aktivace specifických transkripčních faktorů (PPARs, NFκB, AP1) Účinky lipidové peroxidace (LP) Produkty LP mohou mít genotoxické účinky a mohou ovlivňovat buněčný cyklus. Během LP jsou produkovány reaktivní kyslíkové radikály (ROS), které mohou např. aktivovat NF-κB 56 Ferrer R Biochem Pharmacol 2010 Schéma hlavních enzymů, metabolitů a receptorů přeměny AA 57 Dráhy přeměny kyseliny arachidonové v prostaglandiny 58 Úloha COX-1 a COX-2 Romano M and Claria J., FASEB J 17, 2003:1986-1995 Konstitutivní COX-1 a inducibilní COX-2 izoenzymy COX-1 zajišťuje tkáňovou homeostázu, COX-2 zvýšena v místech zánětu a u kolorektální neoplasie NSAIDs inhibují obě izoformy, selektivní inhibitory COX-2; TxA2 - tromboxan 59 COX-2 je nadměrně exprimována u 40-90% kolorektálních adenomů a u 90% adenokarcinomů 60 Renehan A.G. Et al., Colorectal Disease 4, 2002:76-89 61 Zvýšená exprese COX-2 u nádorů Dráha 5-lipoxygenázy – vznik leukotrienů 62 Romano M and Claria J., FASEB J 17, 2003:1986-1995 Metabolismus AA v kontextu vzniku střevní polypózy Taketo MM Cancer Sci 2006 63 Signální molekuly spojené s působením COX-2 Guruswamy S And Rao Ch.V. Gene Regulation and Systems Biology 2008:2 163-76 Účinky COX-2 a vztah k apoptóze v tlustém střevě vedlejší účinky na žaludek kyselina arachidonová NSAIDs indukováno u adenokarcinomu ovlivňuje dráhy signálové transdukce při adhezi, růstu a diferenciaci COX-1 inhibuje snížení rizika kolorektálních nádorů/ redukce tvorby nádorů kolonu inhibuje apoptózu zvyšuje bcl-2 snižuje E-kadherin a adhezi COX-2 zvýšená apoptóza s FAP cytokiny, růstové faktory, hormony a nádorové promotory prostaglandiny 65 Oshima H. and Oshima M. , J. Gastroenterology 47, 2012:97-106 Fig. 3. The vast surface area of 250 m2 of the intestinal compartment is colonized by a diverse community of trillions of commensal bacterial cells (orange) and lined by mucosal epithelia (mucosa) unique in structure and function to each region of the GI tract... Matthew R. Redinbo The Microbiota, Chemical Symbiosis, and Human Disease Journal of Molecular Biology, Volume 426, Issue 23, 2014, 3877–3891 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmb.2014.09.011 68 The vast surface area of 250 m2 of the intestinal compartment is colonized by a diverse community of trillions of commensal bacterial cells (orange) and lined by mucosal epithelia (mucosa) unique in structure and function to each region of the GI tract. Local exchange across the mucosa is indicated by small arrows. Distinct from the other major mucosal tissues presented here, materials absorbed from the intestinal compartment pass via the portal vein to the liver (red) prior to potentially reaching systemic circulation. Furthermore, this compartment is also distinct in having two major input sources, the food and other materials from the oral cavity, and the liver-generated bile (blue) and other secretions from the local organs such as the pancreas and gall bladder. Features associated with the microbiota and diet and obesity, cardiovascular disease (CVD), inflammation, and drug toxicity are highlighted. Some links to the unique roles the bile and liver play in sending and receiving, respectively, material from the GI are noted. As indicated, the GI microbiota also impact the other compartments considered via the immune system. COX-2 i 5-LPO stimulují buněčnou proliferaci, inhibují apoptózu a indukují neoangiogenezi 69 Romano M and Claria J., FASEB J 17, 2003:1986-1995 ÚLOHA COX-2 V ANGIOGENEZI Interakce mezi nádorovými buňkami, endoteliálními buňkami a infiltrujícími buňkami imunitního systému při zánětu v místě nádoru. Pozitivní smyčka přes EP receptory zvyšuje expresi COX-2 a produkci PGs. Ty zvyšují produkci proangiogenních faktorů – neovaskularizace. V zánětlivých buňkách PG stimulují produkci prozánětlivých cytokinů – IL-2 – amplifikace zánětlivé odpovědi. Podpora proliferace a migrace endoteliálních buněk – vytváření cesty pro invazi. 70Zha S et al, Cancer Letters 215, 2004:1-20 Mechanismy účinků COX-2 na vývoj kolorektálních nádorů: Účinky nezávislé na produkci prostaglandinů (PGE2): Aktivace karcinogenů •Produkce malondialdehydu •Redukce hladiny volné AA Účinky závislé na produkci PGE2: •Indukce buněčné proliferace •Inhibice apoptózy •Indukce angiogeneze •Zvýšení buněčné motility •Zvýšené metastatického potenciálu •Indukce lokální imunosuprese 71 Zvýšená exprese COX-2 u řady buněčných typů – makrofágy, fibroblasty, osteoblasty, endoteliální b. – podporuje růst nádoru řadou mechanismů: PGs závislé na COX-2 stimulují •vnitrobuněčné receptory (intrakrinní mechanismus), •PG receptory (autokrinní mechanismus) a •PG receptory jiných buněk endoteliální b. – proangiogenní efekty (parakrinní mechanismus) 72 Komunikace mezi různými typy buněk se zvýšenou expresí COX-2 podporuje karcinogenezi Gasparini G. Et al. The Lancet 4, 2003:605-615 Wu WKK et al.,Cancer Letters 295 (2010) 7–16 Známé signální dráhy související s onkogenními účinky PGE2 3 hlavní dráhy aktivované PGE2: •transaktivace EGFR •fosforylace ERK závislá na PKC •indukce beta-kateninu 73 Zvýšená exprese specifických receptorů pro PG (EP4) usnadňuje kolorektální karcinogenezi - vznik pozitivní zpětné smyčky zvyšující expresi COX-2. Normální b. – nízká exprese EP, nízká exprese COX-2, - inhibice růstu při vysoké konc. PGE2 Nádorové b. – zvýšená exprese EP4, zvýšená exprese COX-2 a tvorba PGE2 – růstová stimulace Předpokládaný mechanismus účinků zvýšené exprese EP receptorů Chell S. et al BBA 1766:104, 2006 74 Chell S. et al BBA 1766:104, 2006 Přenos signálů receptorů EP2 a EP4 Aktivace adenylát cyklázy přes G proteiny – stimulace produkce cAMP a PKA, aktivace transkr. faktoru CREB – cAMP responseelement (CRE) – genová transkripce. EP2/EP4 aktivují paralelně Tcf/Lef signální dráhu nezávisle na APC. EP4 aktivuje PI-3-K, Akt a ERK1/2 kinázy a tr. faktor EGR1 regulující expresi genů pro PGE, TNF, cyklinD1. 75 Nesteroidní protizánětlivé látky antiflogistika (NSAIDs) 76 Inhibitory COX-1 a COX-2 Inhibitory COX-1 i COX-2 (ibuprofen, flurbiprofen, ketoprofen, indometacin, kys. acetylsalicylová – aspirin) Selektivní inhibitory COX-2 (coxiby –rofecoxib, celecoxib, meloxicam, nimesulide) Selektivita různých inhibitorů cyklooxygenáz 77 (Moore B.C. and Simmons D.L., Curr Medical Chemistry 7, 2000:1131-1144) Schematické dráhy některých funkčních efektů inhibice COX-1 a COX-2 78 Warner T.D. and Mitchell JA, FASEB J 18, 2004:790-804 Srovnání účinků selektivních inhibitorů COX-2 s ostatními NSAIDs 79 Mechanismy účinků některých NSAIDs 80 Molekulární mechanismy COX-2 a NSAIDs 81 Zha S et al, Cancer Letters 215, 2004:1-20 Výukovou pomůcku zpracovalo Servisní středisko pro e-learning na MU http://is.muni.cz/stech/ 82