Molekulární a buněčná biologie nádorů Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav experimentální biologie Přírodovědecká fakulta MU Brno 2020 Bi9910 středa 14.00 – 16.00 A11 – č. 306 6. Genetická nestabilita Molekulární a buněčná biologie nádorů 2020 (1) Produkce vlastních proliferačních signálů (2) Necitlivost k signálům zastavujícím buněčný cyklus (3) Odolnost k programované buněčné smrti (4) Neomezený replikační potenciál (5) Indukce angiogenese (6) Aktivace invazivity a metastazování (7) Genetická nestabilita a mutace (8) Přítomnost zánětu podporující nádor (9) Přeprogramování energetického metabolismu (10) Schopnost vyhnout se destrukci imunitním systémem (11) Změny mikroprostředí nádoru Získané vlastnosti maligního nádoru Hanahan D. and Weinberg R.A., Cell 144 (2011) 646-674 Vícestupňová kancerogeneze spojená s kroky klonální expanze Weinberg RA. The Biology of Cancer. Garland Science 2007 Genetická nestabilita nádorů • Nádory vznikají postupnou akumulací genetických (a epigenetických) změn genů, které řídí buněčné dělení, buněčnou smrt a další důležité procesy v buňce. Z výpočtu, který vycházel ze známé mutační rychlosti v somatických buňkách (10-6 na gen na generaci buněk), se zdálo, že k takové akumulaci mutací nemůže během lidského života dojít. Jakým mechanismem dochází k této akumulaci? • K akumulaci stačí normální rychlost mutací ve spojení s vlnami klonální expanze, které mohou být způsobeny pozitivní selekcí buněk “prenádorových”. • Akumulace všech nutných mutací umožněna genetickou nestabilitou (tzv. „mutator hypothesis“). Nestabilita je záležitost rychlosti, s jakou k mutacím „dochází“, existence mutací sama o sobě neposkytuje žádnou informaci o tom, s jakou rychlostí se objevila.  Většina nádorů je geneticky nestabilních. Typy genetických změn v nádorech 1. Menší změny v sekvenci DNA - missense mutace, menší delece a inzerce (např. missense mutace K-ras se vyskytuje u 80% nádorů pankreatu, převážně missense mutace TP53 u téměř poloviny všech nádorů,..) 2. Změny v počtu chromozomů - ztráty případně zisky celých chromozomů (ztráta chromozomu 10 u glioblastomů spojena se ztrátou nádorového supresoru PTEN; získání chromozomu 7 u papilárních renálních karcinomů spojeno s duplikací mutantního onkogenu c-met) 3. Chromozomální translokace - fúze částí odlišných chromozomů nebo normálně nesouvisejících částí téhož chromozomu (na molekulární úrovni může být doprovázeno fúzemi mezi dvěma odlišnými geny) (Philadelphský chromozom a další translokace typické pro řadu leukémií a lymfomů) 4. Amplifikace genů (amplifikace genu N-myc u 30% neuroblastomů) • Ke genetické nestabilitě dochází na více úrovních. Míra genetické nestability • Absence genetické nestability nedovolí dostatečnému množství buněk přejít přes první selekční bariéru na mnohostupňové cestě k malignímu fenotypu. • Příliš velká míra nestability vede k rozsáhlým poškozením DNA a následně aktivuje apoptózu. • Podobné závěry byly učiněny u baktérií při studiu fitness (reprodukční způsobilosti): musí být nastolena rovnováha mezi pozitivním a negativním dopadem genetické variability (zajištěné mutacemi): variabilita musí být dostatečná, aby bakterie byly schopny přežít v selektivním prostředí, ale nesmí ohrožovat životaschopnost buněk. • Platí model „just-right instability“. Rozsah genetické nestability se v průběhu vývoje nádorů zvyšuje. 1. Nestabilita v sekvenci DNA • Tento typ nestability je u lidských nádorů vzácnější, ale když se vyskytne, má dramatické následky. Zdrojem nepřesností při replikaci DNA jsou chyby vzniklé při DNA polymeraci (tj. kvalita DNA polymeráz a souvisejících „proofreadingových“ procesů) a chyby v systémech oprav DNA. U nádorů nebyly prokázány defekty v DNA polymerázách, ale byly prokázány defekty ve dvou hlavních systémech oprav DNA. 1. Nukleotidová excizní oprava („nucleotide-excision repair“ - NER) - s ní spojená nestabilita („NER-associated instability“ - NIN) 2. Oprava chybného párování („mismatch repair“ - MMR) - s ní spojená mikrosatelitová nestabilita (MIN) Nestabilita v sekvenci DNA  Nukleotidová excizní oprava („nucleotide-excision repair“ NER) - s ní spojená nestabilita („NER-associated instability“ - NIN)  Oprava chybného párování („mismatch repair“ - MMR) - s ní spojená mikrosatelitová nestabilita (MIN) Xeroderma pigmentosum Dědičný nepolypózní kolorektální karcinom - HNPCC = Lynchův syndrom Nukleotidová excizní oprava – NER Xeroderma pigmentosum X Oprava špatného párování – MMR Lynchův syndrom • Mutace MMR jsou recesivní (na úrovni buňky!), tzn. jedna “funkční” alela je dostatečná k udržení normální hladiny MMR, teprve po inaktivaci druhé alely příslušného MMR genu se začnou kumulovat mutace. • Nositelé jedné mutantní alely v zárodečných buňkách jsou disponováni k vývoji nádorů – Lynchův syndrom je dominantní! •  heterozygoti v genech NER nenesou zvýšené riziko vývoje nádorů!! (to souvisí s tím, že ani mutace ve druhé alele genu NER nemusí způsobit zvýšení rychlosti akumulace mutací, k tomu je nezbytné ještě působení vnějšího mutagenu, např. UV) Nestabilita v sekvenci DNA  Oprava dvouřetězcových zlomů DNA homologní rekombinací Nestabilita v sekvenci DNA  Oprava dvouřetězcových zlomů DNA homologní rekombinací Ataxia – Telangiectasia Nijmegen breakage syndrome Dědičná forma nádoru prsu a vaječníků (BRCA1, BRCA2) AT-like disorder Nestabilita v sekvenci DNA Bloomův syndrom Wernerův syndrom Rothmund-Thomsonův syndrom Fanconiho anémie Nestabilita v sekvenci DNA a … Li-Fraumeniho syndrom (TP53) Sengupta S., Harris C.C. p53: Traffic cop at the crossroads of DNA repair and recombination. Nat. Rev. Cancer 6: 44-55, 2005  p53 zasahuje i do všech hlavních oprav DNA: NER, BER, MMR, HR a NHEJ  model p53 jako buněčného reostatu: zajistí adekvátní buněčnou reakci: 1. malé poškození: p53 přítomný v buňce aktivuje příslušné opravy 2. větší míra poškození: dojde ke stabilizaci proteinu p53, který vedle aktivace oprav DNA vyvolá také zástavu buněčného dělení 3. poškození DNA přetrvává nebo přesahuje kapacity opravných mechanismů buňky: p53 indukuje apoptózu nebo senescenci 2. Nestabilita v počtu chromozomů - CIN • Ve srovnání s NIN a MIN jsou ztráty nebo zmnožení celých chromozomů mnohem běžnější a vyskytují se téměř u většiny nádorů – až 85% lidských nádorů (CRC) je vysoce aneuploidních. • Běžná je ztráta chromozomu související s LOH, často je doprovázena získáním opačného chromozomu.  Ne vždy změny karyotypu souvisejí s CIN! • U kolorektálních a endometriálních nádorů platí inverzní vztah mezi MIN a CIN: nádory, které vykazují defekty v MMR, jsou diploidní a mají také normální rychlost výskytu rozsáhlých chromozomálních změn, zatímco nádory bez MMR jsou často aneuploidní a vykazují zvýšenou rychlost hromadění těchto změn.  Alespoň u kolorektálních nádorů jsou MIN a CIN ekvivalentní mechanismy z hlediska navození genetické nestability. • Oba typy nestability se objevují spíše v raných fázích vývoje nádoru a během dalšího vývoje nádoru se hromadí genetické změny jako následek této nestability. Vztah mezi MIN a CIN Fúzí buněk s CIN a MIN vznikají buňky vykazující CIN:  Defekty MIN jsou zřejmě komplementovány aparátem „CIN buněk“  Fenotyp CIN je dominantní: to naznačuje, že k vývoji fenotypu CIN může stačit jediný mutační zásah Lengauer C et al, Nature 396 (1998) 643-649 Molekulární podstata CIN • U kvasinek může CIN způsobit až 100 různých mutací: geny související s kondenzací chromozomů, s kohezí sesterských chromatid, se strukturou kinetochorů, se strukturou a funkcí centrozomů a mikrotubulů,... • Během buněčného cyklu se vyskytuje několik kontrolních bodů, které monitorují správný postup buněčného dělení a zajišťují, aby před vstupem buněčného cyklu do další fáze byly předchozí fáze zcela a bezchybně skončeny. Některé kontrolní body mitózy (buněčného cyklu) A. Pozastavení vstupu do mitózy při poškození DNA B. Pozastavení kondenzace chromozomů při poškození mikrotubulů C. Pozastavení separace chromatid při nesprávném připevnění chromozomů D. Pozastavení vytvoření dceřiných buněk při nesprávné orientaci vřeténka Cortez D and Elledge SJ, Nature 406 (2000) 354-355 Bod restrikce vs. kontrolní body bod restrikce: - proliferace - klidový stav, (quiscence, resting state) - diferenciace - stárnutí, senescence - buněčná smrt bod restrikce vs. kontrolní bod - v bodě restrikce se dá skutečně buněčný cyklus zastavit - v kontrolním bodě se buněčný cyklus pouze pozastaví Plná oprava vs. adaptace na poškození DNA Původní dogma: plná oprava (full repair) Nový model: načasování a adaptace (timing and adaptation) (ubikvitinace vs. fosforylace) Koncept prahu (treshold) Buňka má jakýsi měřič času (timer; PLK?); pokud se poškození neopraví včas, buňka se adaptuje a jede dál  mitóza:  mitotická katastrofa  … Kontrola mitotického vřeténka • Tento kontrolní bod („mitotic checkpoint“ nebo „spindle checkpoint“ nebo „spindle assembly checkpoint“) zajišťuje přesnou segregaci chromozomů: tím, že zajišťuje, aby se sesterské chromatidy nerozcházely dříve, než jsou všechny chromozomy správně uspořádány kolem mitotického vřeténka. • Zajištěno uspořádáním chromozomů/sesterských chromatid na bipolárním mitotickém vřeténku. • Chromozomy jsou připojeny pomocí kinetochorů: proteinové struktury, které se sestavují a rozpadají při každé mitóze v místě centromerické DNA. • Nepřipojené kinetochory vytvářejí komplex, který produkuje signál „počkat s anafází!“ („wait anaphase signal“), který pozastavuje ireversibilní separaci chromatid, dokud nejsou připojeny všechny kinetochory. a. Profáze: začíná se tvořit vřeténko ve formě mikrotubul organizovaných centrozomy na pólech buňky b. Metafáze: vřeténko je vytvořeno a chromozomy se začínají připevňovat k vřeténku v oblastech nazývaných kinetochory c. Anafáze: chromozomy se pohybují se zkracujícími se mikrotubuly směrem k pólům buňky, kinetochory napřed. Orr-Weaver TL and Weinberg RA, Nature 392 (1998) 223-224 Kontrola mitotického vřeténka  Kinetochory jsou velké proteinové komplexy nacházející se zpravidla v oblasti centromery chromozomů během mitózy nebo meiózy. Umožňují napojení chromozomů na mikrotubuly dělícího vřeténka a jsou také z velké části zodpovědné za pohyb chromozomů k pólům vřeténka během anafáze. Kinetochory znázornění kinetochor ve fluorescenčním mikroskopu: kinetochory červeně, mikrotubuly zeleně, chromozomy modře Kontrola mitotického vřeténka Jak je monitorováno připevnění chromatid na vřeténko? To zajišťují proteiny typu Bub a Mad a při nedostatečném připevnění nedovolí aktivaci APC (APC/C). Orr-Weaver TL and Weinberg RA, Nature 392 (1998) 223-224 • Klíčovou roli při aktivaci „spindle check-point“ hraje inhibice ubikvitin-protein ligázového komplexu APC/C (“anaphase-promoting complex/cyclosome”): veliký (20S) multiproteinový komplex, který je aktivní při přechodu metafáze do anafáze. • Spouští degradaci proteinu sekurin, který je inhibitorem anafáze. • APC/C je inhibován vazbou kontrolních proteinů Bub1 („budding uninhibited by benomyl“), BubR1, Bub3, Mad1 („mitotic arrest deficient“), Mad2 na kinetochory nepřipevněné na mitotické vřeténko. Zde jsou konvertovány na inhibitory proteinu CDC20, který se podílí na aktivaci APC/C. Je nezbytný pro specifickou vazbu na sekurin a cyklin B. • Po připojení všech kinetochorů je signál utlumen a APC/C ubikvitinuje a degraduje sekurin… Kontrola mitotického vřeténka Kontrola mitotického vřeténka Po připojení posledního kinetochoru k vřeténku se APC/C – CDC20 stává aktivní, sekurin je degradován a uvolňuje proteázu separin. Ta rozštěpí kohesin, který spojoval sesterské chromatidy a ty se mohou začít pohybovat směrem k pólům. Jallepalli PV and Lengauer C, Nat Rev Cancer 1 (2001) 109-117 Vsuvka: Proteiny SMC SMC – Structural Maintenance of Chromosome • chromozomální ATPázy • vysoce konzervované od baktérií po člověka • podílí se na vytváření a dynamice organizace chromozomů vyššího řádu • SMC1 a SMC3 tvoří jádro komplexu kohesinu, jsou odpovědné za kohezi sesterských chromatid • SMC2 a SMC4 jsou součástí komplexu kondensinu, podílí se na sestavení chromozomů a na segregaci • SMC5 a SMC6 se účastní oprav DNA a podílí se na reakci na kontrolní body  klíčové pro organizaci struktury genomu, pro jeho stabilitu a evoluci Losada A and Hirano T, Genes Dev 19 (2005) 1269-1287 Během prometafáze nepřipojené chromatidy vyvolávají signál, který zastavuje progresi do anafáze: tento signál je zprostředkován proteiny CENPE a Mad/Bub a způsobuje inhibici komplexu APC/C – CDC20. Kontrola mitotického vřeténka Jallepalli PV and Lengauer C, Nat Rev Cancer 1 (2001) 109-117 • Sekurin zabraňuje separaci sesterských chromatid, a to vazbou na separin/separázu, což je cysteinová proteáza, která katalyzuje štěpení multiproteinového komplexu kohesin. Kohesinové můstky se tvoří okamžitě po replikaci chromatid v S fázi, spojují sesterské chromatidy a zůstávají až do jejich separace v anafázi. Sekurin funguje jako inhibitor separinové proteázy. • Aktivace APC/C při přechodu metafáze – anafáze spouští degradaci sekurinu a uvolnění separinu. Aktivní separin spouští degradaci kohesinu a umožní tak separaci sesterských chromatid. Kontrola mitotického vřeténka • Sekurin má ještě další roli: mutace sekurinu má za následek, že vůbec nedojde k separaci chromatid! Sekurin je nezbytný ke správné lokalizaci a/nebo aktivaci separinu  dvojité spojení vazby sekurin:separin – sekurin je nutný k aktivaci separinu a zároveň funguje jako jeho inhibitor = dvojité zabezpečení toho, že chromatidy nesegregují nesprávně!! Kontrola mitotického vřeténka Sekurin funguje pro separin jako chaperon - jen tak může separin dosáhnout aktivní konformace. Pro proteázovou aktivitu separinu je nezbytná interakce jejího N-konce s proteázovou doménou: sekurin interaguje s oběma doménami, a tak zabraňuje jejich vzájemné interakci. Zabraňuje také interakci se substrátem (Scc1 je podjednotka kohesinu). Model interakce separin – sekurin Hornig N et al, Curr Biol (2002) Kontrola mitotického vřeténka Po připojení posledního kinetochoru k vřeténku se APC/C – CDC20 stává aktivní, sekurin je degradován a uvolňuje proteázu separin. Ta rozštěpí kohesin, který spojoval sesterské chromatidy a ty se mohou začít pohybovat směrem k pólům. Jallepalli PV and Lengauer C, Nat Rev Cancer 1 (2001) 109-117 V nepoškozené buňce je normální segregace sesterských chromatid zajištěna regulací inhibice/aktivace komplexu APC/C. Jallepalli PV and Lengauer C, Nat Rev Cancer 1 (2001) 109-117 Kontrola mitotického vřeténka V buňce s oslabenou funkcí (heterozygot!!) proteinu Mad2 není dostatečná inhibice APC/C, a tak dochází k předčasné destrukci sekurinu a předčasné separaci sesterských chromatid. Jallepalli PV and Lengauer C, Nat Rev Cancer 1 (2001) 109-117 Kontrola mitotického vřeténka Buňky, které nemají sekurin, nemají aktivován separin. Nemůže u nich proto dojít k dostatečné degradaci kohesinu a k úspěšné segregaci sesterských chromatid. Jallepalli PV and Lengauer C, Nat Rev Cancer 1 (2001) 109-117 Kontrola mitotického vřeténka Kontrola mitotického vřeténka • Snížená exprese hMad2 byla pozorována u některých nádorů prsu. U mutace Mad2 se pravděpodobně uplatňuje mechanismus haploinsuficience…. • Malá frakce kolorektáních nádorů má somatické mutace buď v genu hBub1 nebo hBubR1. Mutace hBub1 mají dominantní charakter. • S proteinem hMad1 interaguje protein Tax, produkt T-cell leukaemia viru typu 1: tato vazba má za následek vyřazení „spindle checkpoint“ u indukovaných leukémií. • Gen kódující sekurin byl poprvé popsán jako PTTG (“pituitary tumour-transforming gene”) a je zřejmě silně exprimován u některých nádorů (nadbytek sekurinu pravděpodobně inhibuje segregaci chromatid). Van Deursen JM, Rb Loss causes cancer by driving mitosis Mad, Cancer Cell 11, pp. 1-2, 2007 • Geny kódující klíčové složky kontrolního bodu mitotického vřeténka jsou u nádorů vzácněji mutované, ale často je změněná jejich exprese ( i ) • Hladina Mad2 musí být přesná,  i  vede k navýšení nádorů. U myší vyšší hladina Mad2 vede k širšímu spektru nádorů a k agresivnějším nádorům než nízká hladina Mad2. Vysoké hladiny Mad2 kromě samotných početních chromozomálních změn vedou i ke strukturním změnám: zlomy, end-to-end fúze,… • Vysoké hladiny Mad2: (1) nedostatečná destrukce cyklinu B a sekurinu vede k nedostatečné aktivaci separinu, což vede k rozestupu chromatid bez dostatečného rozvolnění kohezinu  mechanické zlomy… (2) selhání cytokinéze a tedy tetraploidie Van Deursen JM, Rb Loss causes cancer by driving mitosis Mad, Cancer Cell 11, pp. 1-2, 2007 • Gen mad2 je aktivován E2F1 a je tak nefyziologicky silně exprimován u buněk s nefunkční dráhou RB. Vztah APC k CIN  Vrozené mutace APC („adenomatózní polypóza coli“) způsobují FAP („familial adenomatous polyposis“), somatické mutace patří k nejčastějším a nejranějším mutacím kolorektálních karcinomů.  APC má dvě funkce: 1. WNT signalizace zprostředkovaná vazbou na -katenin – mezi cílové geny této dráhy patří geny pro Myc a cyklin D1, které zřetelně souvisejí s tvorbou nádorů ( zvýšení proliferace) 2. APC je lokalizován prostřednictvím vazby svým C-koncem na EB1 - na kinetochorech metafazických chromozomů, kde zprostředkovává vazbu mikrotubulů vřeténka ke kinetochoru; mutanti APC (zkrácené proteiny) tuto vazbu nemohou zprostředkovat, a tak je vazba mezi vřeténkem a kinetochory poškozena ( zvýšení CIN) Dvojí úloha proteinu APC v buňce A. Regulace hladiny volného - kateninu B. Úloha APC při tvorbě mitotického vřeténka a. U buněk s funkčním APC se APC akumuluje na kinetochorech, kde se účastní vazby mikrotubulů vřeténka ke kinetochoru prostřednictvím vazby s proteinem EB1, který asociuje s mikrotubuly; b. U buněk se zkráceným APC je vazba mezi kinetochorem a mikrotubuly vřeténka zničená, což navozuje CIN. Fodde R et al, Nat Rev Cancer 1 (2001) 55-66 Vztah APC k CIN • Mutace APC tak dává nádorovým buňkám dvojí výhodu: zvýšenou proliferaci a zvýšenou genetickou nestabilitu. • Kolorektální karcinomy bez mutace APC, ale s mutací -kateninu neprogredují zdaleka tak rychle jako nádory s mutací APC – mají výhodu zvýšené proliferace a s ní související klonální expanze („gatekeeper“), ale pomalou progresi do dalších stadií, protože postrádají genetickou variabilitu v důsledku snížené genetické stability („caretaker“). Násobné centrozomy • Přítomnost více než dvou centrozomů v buňce vede k tvorbě defektního mitotického vřeténka (vytváří se více pólů), což způsobuje navýšení chyb v segregaci chromozomů  to vede ke zvýšení genetické nestability CIN Centrozomy • Malé nemembránové organely, složené ze dvou centriol (9 tripletů mikrotubul) a okolní denzní matrix proteinů, nazývané pericentriolární materiál (PCM). • Fungují jako organizátory mikrotubul, určují polaritu a orientaci mikrotubul během interfáze, řídí sestavení mitotického vřeténka. Fukasawa K, Oncogene 21 (2002) 6140-6145 Cyklus duplikace centrozomů • Na konci mitózy každá dceřiná buňka zdědí jeden centrozom, během následujícího cyklu se musí centrozom duplikovat. • Duplikace začíná v pozdní G1/časné S fázi (po přechodu bodem restrikce!) • Dceřiné centrioly (procentrioly) se tvoří v blízkosti existující centrioly, dorůstají během S a G2 fáze. Fukasawa K, Oncogene 21 (2002) 6140-6145 1. Deregulace kontrolních bodů duplikace centrozomů • kontrola iniciace duplikace centrozomů • suprese re-duplikace centrozomů 2. Neproběhnutí cytokineze 3. Nekontrolovaná separace centriolového páru 4. Zvýšená exprese některé složky PCM a vytvoření acentriolárního centrozomu  Násobné centrozomy jako příčina aneuploidie byly pozorovány u nádorů prsu, plic, prostaty, střeva, nádoru mozku a dalších. Mechanismy vzniku násobných centrozomů Mechanismy vzniku násobných centrozomů Fukasawa K, Oncogene 21 (2002) 6140-6145 Regulace duplikace centrozomů • Při regulaci duplikace centrozomů je klíčová role Cdk2/cyklinu E přes tento komplex je provázána regulace buněčného cyklu a duplikace centrozomů. • Při separaci centriol je substrátem Cdk2/cyklin E nucleophosmin, který je asociován s neduplikovanými centrozomy a disociuje po fosforylaci Cdk2/cyklin E. • U některých nádorů prsu, hlavy a krku a prostaty koreluje výskyt mutace TP53 s výskytem amplifikace centrozomů (možné spojení přes p21Waf-1 - inhibitor Cdk2/cyklinu E). • Lidský homolog genu drozofily aurora2/STK-15 (BTAK/STK-15) ovlivňuje sestavení centrozomů a segregaci chromozomů a je vysoce exprimován, případně amplifikován u některých nádorů. • V některých nádorech je také silně exprimována kináza PLK1 (Pololike kinase), jejíž funkce je spojena s centrozomy a která je podobná proteinu aurora2/STK15. 3. Chromozomální translokace A. komplexní typ • Vyskytuje se často u solidních nádorů. Pozorované translokace jsou individuální, téměř nahodilé, nepodobné mezi nádory téhož histologického subtypu. Velké části chromozomů bývají deletovány, lze pozorovat “marker chromosomes” obsahující složitá přeskupení mnoha různých chromozomů. • Mohou často vést ke ztrátám a ziskům chromozomů podobně jako při CIN, ale navíc dochází také ke vzniku nových genových produktů. • Molekulární podstata není známa, jedna z možností je, že translokace vznikají jako následek vstupu buňky do mitózy bez toho, že by byly odstraněny dvouřetězcové zlomy. Proto kandidátními geny jsou: ATM, ATR, BRCA1, BRCA2, TP53. B. Jednoduchý typ • Je charakterizován jako specifická přestavba chromozomálního segmentu ve specifickém typu nádoru. Typicky se tento jednoduchý typ translokace vyskytuje u leukémií a lymfomů, u některých sarkomů a vzácněji u dalších typů nádorů. Většinou bývá tento typ translokace tak charakteristický, že ho lze použít ke klasifikaci onemocnění. • Specifické translokace také mohou vzniknout jako následek ionizujícího záření. Např. v nádorech štítné žlázy u dětí z oblastí kolem Černobylu se často vyskytuje translokace na chromozomu 10, která vede k tvorbě fúzního genu zahrnujícího RET. • Na molekulární úrovni bývá translokace zmapována a určena do relativně malé oblasti na DNA. • Tyto specifické translokace ovšem nebývají spojeny s genetickou nestabilitou, spíše představují aberaci normálního procesu rekombinace, který se podílí na přeskupování subgenů při tvorbě protilátek. 4. Amplifikace genů • Objevuje se u některých typů nádorů vyšších stádií a v některých případech může být mechanismem navození rezistence k chemoterapeutikům. • Nejčastěji amplifikované geny jsou N-myc, erbB a ras, vzácněji abl, myb, MET, GLI1, ets, hst. • Obecně se amplifikace objevují v pozdních stádiích maligní transformace, jsou spojeny s agresivně rostoucími nádory a signalizují nepříznivý prognostický vývoj. Amplifikace genů • Zdá se, že amplifikace se objevují snadněji u buněk s inaktivovaným p53. Podle jedné z možností není rozdíl ve frekvenci výskytu amplifikací, ale spíše ve schopnosti buněk p53-/- amplifikace genů přežít. V normálních buňkách je přítomnost amplikonu signálem poškození DNA a navození p53 dependentní apoptózy. Při poškození p53 by tak buňka mohla přežít a akumulovat další typy amplifikací během další mitózy. Tento model definuje specifickou “amplifikační nestabilitu” odlišnou od CIN. • V této souvislosti představují specifickou skupinu amplifikace MDM2, které samy o sobě inaktivují p53. Úroveň genetické nestability endogenní poškození DNA exogenní poškození DNA kouření, alkohol, záření… rychlostvznikumutací reparační mechanismy úroveň genetické nestability rychlostreparacemutací rychlost dělení: DNA- replikační stres Mutátorová hypotéza a vrozené dispozice k vývoji nádorů mutátorová hypotéza (tzv. „mutator hypothesis“) • (rychlá) akumulace mutací umožněna zvýšenou genetickou nestabilitou, která je důsledkem (vrozeného nebo somatického) poškození DNA opravných mechanismů a kontrolních bodů buněčného cyklu • O významu poškození opravných mechanismů a kontrolních bodů buněčného cyklu v kancerogenezi svědčí silná asociace mezi vrozeným poškozením těchto mechanismů a dispozicí k vývoji nádorů. Akumulace somatických mutací během vývoje nádorů mutátorová hypotéza (tzv. „mutator hypothesis“) • (rychlá) akumulace mutací umožněna zvýšenou genetickou nestabilitou, která je důsledkem (vrozeného nebo somatického) poškození DNA opravných mechanismů a kontrolních bodů buněčného cyklu model DNA replikačního stresu způsobeného onkogeny • onkogenní signální dráhy mají dvojí dopad: 1. stimulují buněčné dělení a růst 2. indukují genetickou nestabilitu, především CIN, tím, že narušují jemně vyladěné procesy vedoucí k přesné segregaci chromozomů během mitózy Negrini S et al.: Nat Rev Mol Cell Biol 11 (2010) 220-228 Orr B., Compton D.A.: Frontiers in Oncology 3 (2013) 164 Aktivované onkogeny (deregulované buněčné dělení) vyvolávají DNA replikační stres Orr B., Compton D.A.: Frontiers in Oncology 3 (2013) 164 Kriticky krátké telomery a genetická nestabilita; chromotripse