ONCOGENEZA

1. ONCOGENEZA

2. Definitie boala canceroasa • Boalacanceroasa este caracterizataprinprezenta in organism a uneipopulatiicelularecu origine monoclonala care este in expansiune continua princrestereautointretinuta. • Celulele maligne nu se mai supuncontroluluimecanismelorfiziologice de reglare a proliferariicelulare. • In acestcontextpoateaparecu mare probabilitate o subpopulatiecapabila de a migra si de a se adapta la altemicromediistrainegenerandtumorisecundare (metastaze).

3. Modalitati prin care pot rezulta celule canceroase • crestereaactivitatii de proliferarea unuiasau mai multortipuricelulare; • reducereapotentialului de diferetiere al anumitorcelule; • impiedicareaapoptozei (moarteacelularaprogramata); • dotareacupotentialinvaziv si de colonizare a unorteritoriirezervatealtorcelule; • anulareacerintelorpentrufactorii de crestere si a raspunsului la factoriiinhibitoriprodusi de celule.

4. Caracteristicileceluleicanceroase • crestereanecontrolata; • proprietatea de imortalitate (celulele maligne se multiplicanedefinit in culturilecelulareiarcelulele normale pierdcapacitatea de diviziune si dupa aproximativ 50 de generatii mor); • reactivitatearedusala mecanismele de feedback (ce controleazacrestereanormala in vivo si in culturi); • cresterea in gramezidezordonate (in mod normal celulelece se dividcresc in stratmonocelular); • pierdereaproprietatii de inhibitie de contact; • respiratiaanaeroba.

5. CANCERUL – BOALA GENETICA? • Studiulcanceruluireprezinta o prioritatepe plan mondial datoritafaptului ca acesta se situeazapelocul al doilea ca mortalitate si morbiditate; • Dateleobtinutedincercetariefectuateasupraetiologieicanceruluisugereaza ca in 50-90% dintotalulcancerelorumanesuntimplicatifactorii de mediu – si dinacestia 90% ii reprezintafactoriichimici, restulfiinddatoratfactorilorfizici si biologici; • Modificarileproduse de acestifactorila nivelgenomic si transmitereaereditarasustinipotezanaturiigeneticea cancerului

6. CANCERUL – BOALA GENETICA? • La oraactuala este unanimacceptatateoriagenetica a cancerului; • Eaconsidera ca numeroasemodificarigeneticeacumulate la nivelulunorgenecriticeexistente in genomultuturorcelulelor normale conduc la alterareasistemelor de control si reglare ale diviziuniicelulare; • Consecinta este proliferareanecontrolalata a unorcelulecomparativcucelulele normale din care provin; • Aceastaalterareeste transmisibilaereditar.

7. Conditii genetice precursoare ale cancerului • Sunt reprezentate de: • anomalii cromozomiale sau genetice, • afecţiuni transmise ereditar cu risc de cancerizare, • diverse distrofii şi afecţiuni benigne(adenoame, polipi) • Transmiterea de oncogene care pot determina apariţia unor stări clinice şi biologice precursoare sau a unor cancere: transmiterea directă a genei BRCA 2 la bărbaţi produce ginecomastie unilaterală cu ectazie canaliculară urmată de malignizare. • Anomalii cromozomiale: trisomia 21, sindromul Klinefelter( sindrom XXY), sindromul de deleţie al cromozomului 13. Trisomia 21 se asociază cu un risc mai mare de apariţie a leucemiei acute şi a tumorilor solide( 10-20 x) . Sindromul de deleţie a cromozomului 13 se asociază cu risc mare de retinoblastom bilateral. • Sindroamele polipozice colice ereditare(Turcot, Gardner) se asociază cu un risc foarte mare de malignizare.

8. Conditii genetice precursoare ale cancerului • Sdr. Peutz-Jeghers( predispune la cancer de colon, mamar având ca markeri fenotipici: pete hiperpigmenate punctiforme în regiunea periorală, mucoasa bucală, extremităţi) • Xeroderma pigmentosum ( afecţiune ereditară rară cu transmitere recesivă caracterizată prin defect de reparare a ADN-ului) determină cancere cutanate multiple în copilărie la persoanele expuse la radiaţia UV. Iniţial la naştere băşicuţe, mici umflături, eritematoase, apoi hiper sau hipopigmentate. La 3-4 ani apar tumori benigne cutanate care se transformă în epitelioame, melanoame, cancere ale pleoapei, corneei asociat cu retard psihic, epilepsie. • Anemia Fanconi( transmitere ereditară, având ca markeri fenotipici: anemie, microcefalie, înălţime mică, rinichi în potcoavă, pigmentare cutanată, anomalii oculare) predispune la leucemii acute mieloide, cancere epidermoide ale joncţiunilor cutaneo-mucoase, cancer de ficat.

9. Conditii genetice precursoare ale cancerului • Sindrom de ataxie –teleangectazie(transmitere ereditară, constă în: ataxie cerebeloasă progresivă, teleangectazii oculare şi cutanate, deficit imunitar) predispune la apariţia de limfoame. • Neurofibromatoza Recklinghausen( transmitere dominant autosomală) – neurofibroame, pete pigmentare cafenii, molluscum- evoluează frecvent spre sarcoame şi predispun la apariţia de glioame cerebrale. • Cancerele ereditare multiple: sindromul Li-Fraumeni ( defect al p53) se asociază cu un risc crescut de cancere mamar, de colon, cerebral, sarcoame, leucemie. Boala Cowden poate determina pe lângă hamartoame cutanate, cancer mamar( 30-50%), tiroidian. • Boală inflamatorie intestinală(rectocolita ulcerohemoragică), boala Crohn prezintă risc crescut pentru neoplasmul de colon. • Gastrita cronică atrofică are risc de malignizare

10. CANCERUL–BOALA GENETICA? • In 1911 Peyton Rous a descoperit ca injectarea unui extract din celulele tumorale de la gaini bolnave producea tumori maligne la gaini sanatoase.

11. Genele implicate in carcinogeneza • Sunt de numarulsutelor; • Primulindiciu ca celuleleeucariotelorsuperioare pot continegenespecifice care produc cancer au rezultatdinstudiilemecanismelormoleculare virale care produc tumori la animale; • La sfarsitulanilor 70 studiulcapacitatiitransformante a virusului care producesarcomulaviar (VSR) de catrePeyton Rous a dus la edificareaconceptului de oncogena si intelegereamecanismuluiprocesuluimalign; • Astfeluneleretrovirusuri (si virusuri acut transformante) poarta in genomullorimpreunacugeneleproprii si o gena care poate transforma celulele normale ale gazdei in celulecanceroase. Ea a fostnumitaoncogenavirala (v-onc).

12. Genele implicate in carcinogeneza • Principalele tipuri de gene implicate in carcinogeneza sunt: - oncogenele - genele supresoare ale cresterii tumorale(antioncogene); - genele de stabilitate(antimutationale) - genele microARN(ARNmi)

13. 1.Oncogenele • Suntvariantemutante ale unor gene normale implicate in cresteresidiferentiere-protooncogenele. • Acesteprototoncogene se activeazaprinmutatiidominante cu castig de functiecare modificacomportamentul de multiplicare al celulei. • Oncogenele pot fi oncogene virale(v-onc) si oncogene celulare(c-onc).

14. 1a. Oncogenele virale • Oncogenele virale suntfragmente de ADN viral capabile in anumiteconditii sa inducatransformareatumorala • Celulelecanceroase pot saapara in urmaactiuniivirusurilortumoralespecifice • Virusuriletumoralesunt de douatipuri: • Cu genom ADN (ex. papillomasiadenovirusurile) • Cu genom ARN (retrovirusuri).

15. Virusuri ADN tumorale • VirusurisADN(genom de 8kb): • -vs. papilloma-epidermodisplazie veruciforma si asociat cancer de col uterin(tulpinile high risk 16,18, 31, 45) • Virusuri complexe(genom de 100-200kb): • EBV(Human herpes virus 4) asociat cu limfom Burkitt, limfom Hodgkin • Virusul HV40-mezotelioame • HV tip 8-sarcom Kaposi • HBV virus este vs. ADN dar are comportament asemanator cu vs. ARN in ceea ce priveste modul de replicare. ADN este transcris in ARN atat pentru fabricarea proteinelor virale cat si pentru replicare genomica. ARN-ul genomic este transcris apoi in ADN genomic: reverstranscriptie.

16. Virusuri ADN tumorale • Hepatita VHB este o problema de sanatatemajoradatoritacorelatieistranseintreprezenta de HBsAg(surface antigen of the hepatitis B virus) la purtatoriicronicisi a HCC(Hepatocellular carcinoma). In Taiwan studii au aratatcapurtatorii de AgHBs au un risc de a dezvoltaHCC de 217orimai mare decatnepurtatorii. • 51% din decesele la puratorii de antigen suntproduse de ciroza hepatica si HCC comparativ cu decesulprinaceeasicauza la populatiagenerala care este de 2%.

17. Retrovirusuri • RSV-tumori aviare • HTLV-1-leucemia adultilor cu limfocite T; • HTLV-2-leucemia cu celule paroase; • HTLV-3, actual HIV-SIDA; • VHC – cancer hepatic

18. Infectarea si transformarea unei celule prin retrovirus

19. Infectarea si transformarea unei celule prin retrovirus • 1. Legarea la un receptor de suprafata specific; • 2. Preluareaprinendocitozasauprinfuziunedirecta cu membranaplasmatica;  • 3. Catena sens de ARN estecopiata de catre revers transcriptaza in catena antisens de ADN. Aicipolimerazaactioneazaca o ADN polimeraza ARN-dependenta. • Deoarece revers transcriptazaeste o ADN polimeraza, ea are nevoie de un primer. • Acestaeste un ARNt care esteincorporat in particulavirala de la celulagazdaanterioara;

20. Infectarea si transformarea unei celule prin retrovirus • 4. ARN esteinlocuitsidegradat de o RNA-zavirala. Revers-transcriptazaactioneazaca o ADN-polimeraza ADN dependentasicopiazanoul ADN intr-o moleculadublucatenara. Aceasta forma de ADN a retrovirusuluiestecunoscuta sub denumirea de provirus; • 5. ADN dublucatenarestecircularizatsiintegrat in ADN-ulceluleigazda, folosind o integraza. Acest ADN va fi copiat de fiecare data cand ADN-ulcelularestecopiat, iarprovirusul se comportaca o genacelularanormala; • 6. ARN genomic din catena sensestecopiat din ADN integrat de catre ARN polimeraza II a celuleigazda, care copiaza in mod obisnuit o gena in ARNm. ARN genomic esteapoiprelucrat la extremitati.

21. Structura unui retrovirus • La fiecare extremitate sunt situate secventele repetitive(TR); • TR nu codifica proteine; • La capatul 5‘ se gaseste regiunea U5 iar langa capatul 3‘ regiunea U3. • PBS este primer binding site; • tRNA se ataseaza in acest punct atunci cand revers transcriptaza initiaza copierea ARN. • LTR contin promotori sau stimulatori ai transcriptiei. • Virus ARN matur/ADN proviral al unui retrovirus

22. Structura unui retrovirus • Genomul unui retrovirus contine 3 gene : -gag(codifica miezul viral); -pol (codifica revers transcriptaza virala); -env (codifica proteinele capsulei virale si oncogena virala: v-onc).

23. The Rous Sarcoma Virus (RSV) Structura RSV • gag, codifica proteina capsidei • pol, codifica revers transcriptaza • env, codifica proteina de invelis (anvelopa) • v-src, codifica o tirozinkinaza, o enzima ce ataseaza grupari fosfat la reziduurile Tir ale diferitelor proteine din celulele gazda si pot deveni oncogenice.

24. 1b. Protooncogenele • Suntgenedincelulelenormaleimplicate in controlulcresterii, proliferarii si diferentieriicelulare normaleprinprodusiipe care ii codifica; • Elesuntsecvente de ADN ce codificaproteinelocalizate in diferite compartimente celulare si care se exprima in diferitestadii ale cicluluicelular;

25. Protooncogenele • Au introni, ceea ce oncogeneleretrovirale nu au; • Au inaltgrad de conservarestructurala, fapt ce evidentiazarolullor important in viatacelulei; • Au ereditatemendeliana; • Suntintotdeaunapozitionate in acelasiloc in genom; • Nu au secvente LTR, fata de v-onc, care suntintotdeaunainconjurate de secvente LTR;

26. 1c. Oncogenele celulare • Oncogenele celulare sunt derivate din genele normale celulare – protooncogenele; • Accidental, in urma unor modificari care le afecteaza structural sau functional, ele se pot transforma in oncogene, determinand o proliferare celulara intensa si transformarea maligna a celulei purtatoare; • Produsul genic al unei oncogene este o oncoproteina.

27. Oncogenele celulare-clasificare • Dupa functia indeplinita si localizarea celulara oncoproteinele celulare se clasifica in 7 clase: 1. factori de crestere: sis, hst, int 1, int 2; 2. proteinkinaze cu sau fara functie de receptor: erb B1,Kit; 3. receptori fara activitate tirozinkinazica:c-mas; 4. proteine G membranare:H-ras, K-ras, N-ras; 5. Serin/treonin kinaze citoplasmatice:c-mos, c-raf ; 6. reglatori cu localizare citoplasmatica:c-crk; 7. factori de transcriere: c-erb.

28. Clase de oncoproteine 1. factori de crestere: sis, hst, int 1, int 2 Codifica proteine ce sunt descarcate in spatiul extracelular. Oncogenele contribuie la malignizare prin activarea permanenta si exagerata a receptorilor membranari care amorseaza proliferarea sau diferetierea; 2. proteinkinaze cu sau fara functie de receptor: 30% din oncogenele descrise pina in prezent codifica proteine cu activitate kinazica, in marea lor majoritate receptori ai factorilor de crestere. Moleculele acestor oncoproteine sunt capabile sa declanseze, in absenta ligazilor specifici, fosforilarea reziduurilor tirozinice care furnizeaza permanent si necontrolat semnale intracelulare care promoveaza proliferarea nelimitata. Exemple : • erb B1 – specifica domeniul kinazic al receptorului pentru factorulde crestere epidermal (EGFR) • Kit – receptorul factorului de crestere al macrofagelor (MGFR)

29. Clase de oncoproteine 3. receptori fara activitate tirozin kinazica protooncogena c-mas care codifica receptorul angiotensinei; 4. proteine G membranare Familia protooncogenelor ras (H-ras, K-ras, N-ras) codifica proteine mici cu greutate moleculara de 21 K-daltoni cu proprietatea de a lega si hidroliza adenozin trifosfatul (ATP); 5. Serin/treonin kinaze citoplasmatice Genele c-mos produc reglarea desfasurarii meiozei normale; Genele c-raf stimuleaza mitogeneza;

30. Clase de oncoproteine 6. reglatori cu localizare citoplasmatica c-crk fosforileaza tirozina; 7. factori de transcriere Sunt cunoscuti peste 20 de factori de transcriere care sunt alcatuiti din 2 domenii funtionale ce produc legarea la ADN si activarea trascriptiei. Exemplu : c-erbA codifica proteina Erb A care este receptor al hormonilor tiroidieni.

31. 2.Gene supresoare ale cresterii tumorale (antioncogene) • Sunt gene care prin produsii lor inhiba proliferarea celulara; • Mutatiile cu pierderea functiei duc la cresterea si prolifererea celulara necontrolata si apoptoza ineficienta; • Genele au un caracter recesiv • Inactivarea ambelor alele ale unei GST schimba comportamentul celulei devenind mutant(LOH-lost of heterozigosity).

32. 3. Gene de stabilitate (antimutationale) • Sunt gene responsabile de integritatea genomului si de fidelitatea transferului de informatie; • Corecteaza leziunile ADN spontane sau induse de agenti fizici, chimici sau biologici; • Pierderea functiei ambelor alele (comportament recesiv) are ca rezultat esecul repararii leziunilor ADN; • Aceasta duce la aparitia unui numar mare (de ordinul miilor) de leziuni de ADN stabile, transmisibile la descendenti.

33. 4.Gene microARN • Nu codifica proteine • Codifica secvente de ARN monocatenar cu dimensiuni de 21-23 nucleotide; • Acestea sunt implicate in reglarea post-transcriptionala a expresiei genice; • Actioneaza in 2 moduri: blocarea translatiei ARNm in proteine sau prin degradarea ARNm; • Functional actioneaza ca GST(au tinte critice anumite oncogene) sau ca oncogene(inhiba expresia unor GST)

34. Trasaturile generale ale cancerului • Caracterul clonal al cancerului • Cancerul – boala genetica 1 -Sindroame neoplazice transmise ereditar 2- Sindroame ereditare asociate cu risc crecut de aparitie a cancerului

35. Caracterul clonal al cancerului-Dovezi • Inactivarea unui cromozom X la femei in cadrul procesului de lionizare • Au fost investigate diferite femei care au dezvoltat diferite tumori si care erau heterozigote pentru polimorfismul G6PDH; • Aproape invariabil s-a gasit ca tesutul tumoral exprima doar una dintre cele doua alele G6PDH; • Acesta este un indiciu ca tumora a luat nastere dintr-o singura celula si nu din doua.

36. Caracterul clonal al cancerului-Dovezi B. Anomalii citogenetice caracteristice -Cromozomul Philadelphia apare in celulele maligne ale majoritatii pacientilor cu leucemie mieloida cronica (LMC). Faptul ca aceasta translocatie apare in toate celulele maligne ale unui individ cu LMC sustine notiunea de clonalitate a tumorii.

37. Cromozomul Philadelphia

38. Cancerul – boala genetica - Dovezi • Sindroame neoplazice transmise ereditar • Sunt cunoscute peste o suta de boli monogenice ale caror fenotipuri includ diferite forme de cancer; • Majoritatea sunt autozomal dominante; • Cancerele conditionate monogenic sunt relativ rare si se deosebesc de corespondetele lor determinate multifactorial (cancerele comune) prin urmatoarele caracterstici :

39. Sindroame neoplazice transmise ereditar - Caracteristici • Segrega in familii conform modelului ereditatii monogenice; • In familiie mici, ca urmare a penetrantei, cel mai adesea incompleta a genei patologice, aceasta trasatura poate trece neobservata; • De aceea afirmarea determinismului monogenic este posibila numai in urma investigarii unor familii numeroase sau prin cumularea datelor obtinute prin investigarea mai multor familii; • Varsta la care debuteaza boala este redusa (cancerepediatrice), comparativ cu cele comune; • Tumorile primare sunt multiple si multifocale, in timp ce neoplasmele comune sunt frecvent monocentrice.

40. Cancerul – boala genetica - Dovezi 2. Sindroame ereditare asociate cu risc crecut de aparitie a cancerului Aceste sindroame genetice se caracterizeaza prin : • Transmitere autozomal recesiva; • Fragilitate cromozomiala-prin instabilitate genetica; • Predispozitie la dezvoltarea unor cancere.

41. STABILITATEA GENETICA CELULARA Este mentinuta prin interventia mecanismelor care asigura : a.pastrarea integritatii structurale si functionale a ADN-ului prin : • - prevenirea erorilor din timpul replicarii si recombinarii; • - corectarea erorilor produse accidental sau prin actiunea unor agenti din mediul extern sau intern; • - protectia fata de actiunea unor produsi de metabolism (radicali liberi); b.segregarea riguros exacta a cromozomilor in cursul diviziunii celulare.

42. IC constitutionala - sindroamele de « rupere comozomiala »; IC dobindita Instabilitatea cromozomiala

43. Instabilitatea cromozomiala dobandita • Instabilitatea dobandita prin agenti carcinogeni : • Celulele tumorale pot fi transformate malign ca urmare a expunerii la agentii care lezeaza ADN-ul; • Radiatiile cosmice, telurice, ultravioletele au o rata de mutageneza de 1/1.000.000 mutatii / gena / diviziune celulara. Mutatiile sunt consecinta erorilor necorectate ale replicarii si recombinarii ADN-ului; • Substantele precarcinogene sunt metabolizate in carcinogeni potenti. De exemplu hidrocarburile policiclice aromatice (aflatoxina B) prin activare cu citocrom P-450 altereaza structura ADN-ului. • Infectii virale

44. Sindroame cu instabilitate cromozomiala • Fanconi Anaemia (FA) • Ataxia Telangiectazia (AT) • Bloom Syndrome (BS) • Xeroderma pigmentosum (XP)

45. Anemia Fanconi • Anemia Fanconi(AF) este o boala de instabilitate a genomului produsa prin mutatii ale genelor ce regleaza replicarea dependenta de inlocuirea segmentelor de ADN produsa prin lincajele dintre lanturile de ADN • AF apare prin alterarea unui complex de proteine nucleare specializate pe repararea leziunilor ADN. Proteinele AF coordoneaza un mecanism complex de reparare care cuprinde cele 3 cai clasice de reparare: • Recombinarea omoloaga • Repararea nucleotidelor excizate • Repararea prin sinteza translezionala

46. Fanconi Anaemia (FA) Proteinele codificate de genele AF au roluri in: • Raspunsul la stresul oxidativ • Reglarea ciclului celular • Repararea ADN • Stabilitate cromozomiala • Supresie tumorala

47. Anemia Fanconi • Cea mai frecventă formă de insuficienţă medulară ereditară, autozomal recesiva • caracterizată prin statură mică, anomalii scheletale, anemie aplastică, • incidenţă crescută a leucemiei şi tumorilor solide • sensibilitate celulară crescută la agenţii toxici pentru ADN.

48. Fanconi Anemia (FA)

49. Fanconi Anemia (FA) A: gaps; B: breaks; C: deletion; D: triradials; E: quadriradials; F: complex figures; G: dicentric. Giemsa staining.

50. Ataxia telangiectazia • Afectiune genetica neurodegenerativa cu o incidenta 1/40000 – 1/100000 si in care frecventa heterozigotilor este de aproximativ 1%. • Heterozigotii au o predispozitie la cancer de 3-4 ori fata de normal(limfom, leucemie) si afectiuni ale sistemului imunitar. • Gena ATM(11q) este clasificata prima in topul genelor implicate in etiologia cancerului, chiar si inaintea genei BRCA 1 de pe cromozomul 17q implicata in cancerul mamar.