BIOT2008-4 - přednáška

rmující viry jako SV40 large T-antigen, adenovirový E1A a
antigen E7 lidského papillomaviru (human papilloma virus E7).
Buněčný cyklus a nádorové bujení
À Aktivita cdk je také regulována inhibitory cdk (cdki), což jsou
nízkomolekulové proteiny s obecným inhibičním účinkem na řadu
cyklin-dependentních kinas. První člen této rodiny byl identifikován
jako p21, který inhibuje jak cdk, tak proliferační antigen buněčného
jádra (PCNA), což je podjednotka DNA-polymerasy d.
À Indukce tvorby p21, vzniklá aktivací jeho transkripce prostřednictvím
p53 při poškození DNA, zastaví rozvoj cyklu buněčného dělení na
několika místech, včetně G1 a S-fáze, což umožní nástup opravného
mechanismu DNA. Je-li poškození DNA příliš rozsáhlé a tedy
neopravitelné, buňka se stává nenormální a je eliminována
apoptózou. Nedojde-li však k apoptóze, vzniklá mutace přetrvává a
může být při dělení takto mutované buňky přenesena na buňky
dceřiné. Vzniká tak fenomén genové nestability, který podporuje
maligní transformaci. Stává se to častěji kupř. u nosičů genu HNPCC
(hereditární nepolypózní kolorektální karcinom). Je zde defekt v
„opravném čtení“, takže chyba v replikaci DNA není zjištěna a
opravný mechanismus není nastartován.


Tumor-supresorový protein p53
(TP53)
À je jeden z nukleárních proteinů, který má klíčovou úlohu
v regulaci cyklu buněčného dělení při přechodu z G0 do G1-
fáze. Obsahuje domény pro vazbu na specifický úsek DNA,
dále oligomerizující a transkripci aktivující domény. Váže se
jako tetramer na vazebné místo na určitém úseku DNA a tím
aktivuje expresi genů, kódujících faktory inhibující proliferaci
a podporující invazivitu buněk.
À Mutanty genu p53 byly prokázány u řady maligních tumorů.
Pozměněný TP53 ztrácí schopnost vazby na příslušný lokus
DNA, což vede k nedostatečné produkci faktorů potlačujících
nádorový růst. Alterace genu p53 se objevuje nejen jako
somatická mutace, ale též jako mutace v zárodečných buňkách
u některých nádorových onemocnění s familiárním výskytem
(syndrom Li-Fraumeni).

GEN Alterace genu TUMOR
Retinoblastoma gen (Rb) Delece
Bodová mutace
Retinoblastomy,
Osteosarkomy
Sarkomy měkkých tkání,
Malobuněčné karcinomy plic,
Karcinomy močového měchýře
a prsu
Cyklin D Translokace chromosomů,
Genová amplifikace
Adenom parathyreoidey,
Některé lymfomy,
Karcinomy mléčné žlázy,
Ca hlavy a krku, jater
(primární),
Ca jícnu
cdk4 Amplifikace,
Bodová mutace
Glioblastom,
Sarkom,
Melanoblastom
p16
INK4a
(p15
INK4b
) Delece,
Bodová mutace,
Methylace
Karcinomy pankreatu,
ezofagu, plic (malobuněčné)
Glioblastomy,
Sarkomy,
Familiární melanomy
Karcinomy pankreatu
Regulátory buněčného cyklu u maligních nádorů
Charakteristika nádorově transformovaných buněk
À Transformované buňky vykazují zvýšené vychytávání glukózy pro vyšší afinitu
glukosového transporteru v membráně, podobně jako je tomu normálně pouze u
erytrocytů nebo buněk v mozku. Koreluje to s vysokou glykolytickou aktivitou.
À Chybí u nich dále povrchový fibronektin, který mají klidové buňky a který udržuje
jejich tvar.
À Změny cytoskeletových elementů (aktinová mikrofilamenta nejsou difuzně
rozptýlena, ale koncentrují se blíže povrchu) jsou příčinou zvýšené mobility
povrchových proteinů.
À Nepřiměřená sekrece transformujícího růstového faktoru a a b a dalších růstových
faktorů, které řídí normálně vývoj embryonálních buněk.
À Produkují též plasminogenový aktivator, což je proteáza přeměňující plasminogen
na plasmin. Vysoká tvorba plasminu nádorovou buňkou pomáhá penetraci skrz
lamina basalis.
À Mikroprostředí nebo stroma, v kterém se nádorové buňky nalézají, mají rovněž vliv
na progresi (teorie semene a půdy"). Bylo prokázáno, že metaloproteinasy stromální
proteinové matrix (MMP 9) hrají významnou úlohu v časných stádiích vývoje
tumoru a při angiogenezi.
U metastáz karcinomu prostaty do kostí se předpokládá jakýsi „osteomimetický"
účinek (chemoatrakce a podpora adherence ke kostnímu endotelu) a ovlivňování
vlastností a chování osteoblastů a osteoklastů.
Heritabilita nádorů
¾ Zatím se předpokládád, že ačkoli některé formy nádorů jsou dědičné,
většina vzniká na podkladě mutace somatických buněk a je způsobena
endogenními chybami v replikaci DNA nebo jsou změny vedoucí
k maligní transformaci navozeny účinkem kancerogenů. UV-záření
příslušné vlnové délky může být absorbováno bazemi DNA, která je tak
poškozena za vzniku dimerů dvou sousedících pyrimidinů. Tato změna
překáží normální transkripci i replikaci DNA. Účinek X-paprsků (ionizující
záření) je odlišný: dochází k rozštěpení (přerušení) DNA-řetězce; vznikají
tak volné řetězce DNA, které musí být beze zbytku opět navázány
opravným mechanismem. Nestane-li se tak (buňka netoreluje volné konce
DNA), může dojít k translokaci určitých úseků chromosomů, což bývá
příčinou aktivace proto-onkogenů.
¾ Jedna genetická změna však nestačí navodit maligní transformaci buňky;
ta obvykle vzniká až po několika (5ti až 10ti) genových mutacích
vprůběhu řady let.
¾ Genová alterace navodí vznik nádorového fenotypu, např.:
¾ proliferace epitelové buňky - hyperplazie - adenom - dysplazie - karcinom
„in situ" - karcinom invazivní.
¾ Přeměna normální tkáně organismu do stavu invazivní nádorové choroby
trvá v průměru 5 – 10 let. Ovlivňují to hereditární genetické faktory a
somatické faktory epigenetické.
Nádorový genotyp
¾ Současná koncepce modelu vícestupňového vývoje
maligního nádoru předpokládá, jak bylo řečeno,
nejprve postupné hromadění genetických změn. Ty se
odehrávají v určitých skupinách genů jako jsou:
9 proto-onkogeny
9 tumor-supresorové geny
9 geny udržující stabilitu genomu
9 modifikující geny.
Protoonkogeny a onkogeny
ÀProtoonkogeny tvoří normální vybavení
genomu;
Àkódují proteiny, které řídí
proliferaci, diferenciaci a přežívání buněk.
À100 různých lidských proto-onkogenů vkaždé
somatické buňce.
ÀJsou cílem extra- a intracelulárních cest
transdukce signálů (zejména mitogenních),
kterými se reguluje jejich exprese.
Proto-onkogeny a onkogeny
ÀDojde-li k mutaci proto-onkogenů, mění se na
onkogeny a jejich aktivita získává tumorigenní
charakter.
ÀKpřeměně proto-onkogenu na onkogen stačí alterace
pouze jedné alely genu – tzv. dominantní mutace a
gen má charakter dominantního onkogenu.
ÀMechanismy aktivace mají různé cesty:
À(a) virová transdukce (kupř. onkogen src)
À(b) genová amplifikace (myc, abl),
À(c) virová inzerce (myc)
À(d) chromosomální přestavba (myc, abl)
À(e) mutace (ras)
Protoonkogeny a onkogeny
ÀOnkogen může vzniknout mutací genů kódujících
proteiny signálních drah, které realizují přenos
růstového stimulu (růstového faktoru), dojde-li k jeho
abnormální aktivitě.
ÀTo může být způsobeno tím, že
Àse tvoří v buňce, kde se normálně netvoří nebo
Àse tvoří v nadměrném množství anebo v tak
pozměněné formě, která se vymyká normální
regulaci.
ÀTakovéto mutované geny jsou tumorigenní, protože
umožňují buňce proliferovat i v nepřítomnosti
extracelulárního signálu.
Typy onkogenů
À
Navození transkripce onkogenů, kódujících syntézu
onkoproteinů, transkripčními faktory zahajuje maligní
transformaci buňky.
ÀOnkoproteiny jsou velmi podobné (někdy i shodné)
s proteiny kódované proto-onkogeny normálních
buněk, jejichž úkolem je řídit a kontrolovat růst,
proliferaci, diferenciaci a zánik buněk. Klasifikují se
do pěti tříd:
À(1) růstové faktory
À(2) receptory růstových faktorů
À(3) intracelulární transducery signálu
À(4) nukleární transkripční faktory
À(5) proteiny kontrolující buněčný cyklus.
Základní skupiny proteinů regulujících buněčný růst
Tumor-supresorové geny (antionkogeny, také recesivní
onkogeny)
À Kromě mutací v protoonkogenech mohou vznikat mutační změny v
anti-onkogenech (tumor supresorové geny).
À Na rozdíl od onkogenů jimi kódované proteiny mají antiproliferační
účinek, podporují diferenciaci a apoptózu. V každé somatické buňce
je asi 40 tumor supresorových genů. Aby se staly tumorigenními,
musí být mutovány obě jejich alely – proto název recesivní onkogeny.
S tím souvisí tzv. dvouzásahová teorie, kterou po prvé formuloval
Knudson, když vysvětloval vznik vzácného hereditárního
retinoblastomu. Na rozdíl od mnohem častějšího sporadického
retinoblastomu, kde se jedná o náhodné mutace jedné a posléze druhé
alely v buňce sítnice, je u hereditární formy jedna mutovaná alela
zděděna, příslušný jedinec je heterozygot, u něhož se zděděná
nádorová predispozice zatím neprojevuje. Dojde-li však
k mutaci/eliminaci druhé alely, iniciuje se rozvoj nádorového klonu
buněk sítnice. Tomuto procesu se říká ztráta heterozygozity
(LOH=loss of heterozygozity). Prvně objevený tumor-supresorový gen
byl nazván retinoblastomový gen = Rb-gen a jeho produkt RB-
protein. Vyskytuje se v každé buňce, kde reguluje buněčný cyklus
dělení.
Tumor supresorový gen p53
¾ je klíčovým regulačním faktorem, který monitoruje
poškození DNA.
¾ inaktivace p53 bývá jedním z prvních kroků, který vede
k maligní transformaci při vývoji řady nádorových
onemocnění.
¾ Pacienti s Li-Fraumeniho syndromem mají obvykle jednu
mutantní alelu v zárodečných buňkách a tím i riziko vzniku
sarkomů, leukemie a karcinomu mléčné žlázy. Vzácně
pacienti s Li-Fraumeniho syndromem nemají
v zárodečných buňkách tuto mutaci, ale mutaci genu CHK
2, kódující proteinkinasu, která fosforyluje
protein p53, čímž dochází k jeho aktivaci. Tito pacienti
však mívají alteraci v jiných genech – MDM 2 a p14ARF,
které regulují expresi p53.
Přehled některých recesivních onkogenů
podmiňujících nádorová onemocnění
Symbol Název Nádorové onemocnění
APC Gen adematózní polypózy tlustého střeva Kolorektální karcinom
Karcinom pankreatu
Desmoidy
Hepatoblastom
BRCA1 Gen 1 pro familiární
karcinom prsu/vaječníku
Hereditární karcinom prsu/
ovaria
BRCA2 Gen 2 pro familiární
karcinom prsu/vaječníku
Hereditární karcinom prsu/
ovaria
CDH1 Gen pro kadherin 1 Familiární karcinom žaludku
Lobulární karcinom prsu
CDNK2A Gen inhibitoru cyklin-dependentní kinasy
2A (p16)
Maligní melanom kůže
CYLD Gen familiární cylindromatózy Cylindromy
EP300 Gen vazebného proteinu
300 kD-E1A
Karcinomy kolorektální,
pankreatu, prsu
Geny udržující stabilitu
genomu
À
Označují se někdy jako mutatorní geny a bývají i řazeny
k tumor supresorovým genům. Produkty těchto genů se
uplatňují v opravných mechanismech poškozené DNA. Ale
mutatorní geny, na rozdíl od onkogenů a tumor-supresorových
genů neposkytují buňce schopnost nekontrolované proliferace
samy o sobě.
À Jejich mutace vede ke zvýšené frekvenci mutovaných
onkogenů a tumor supresorových genů, někdy až 1000krát.
Patří sem geny, jejichž produkty zajišťují vystřižení
poškozeného úseku DNA a umožňují excizní opravný proces.
Jejich recesivní mutace způsobuje onemocnění zvané
xeroderma pigmentosum a Cockayenův syndrom, což jsou
prekancerózy se z