Mutageneza Karcinogeneza

Mutace: genomové – změna v počtu chromozomů: a) euploidní změna = násobek haploidní sady (př.triploidie) b) aneuploidie = chromosom navíc nebo chybí (př. trizomie, monozomie) chromozomové = strukturní chrom.aberace = zlomy a výměny genové = změna sekvence bazí

Mutace = náhlá, neusměrněná, trvalá změna genetického materiálu Dělení mutací: Mutace: spontánní indukované Mutace: somatické gametické Mutace: tiché = tolerované = neutrální ztrátové výhodné spontánní vznik mutací s frekvencí 10-6 na buňku a generaci

Důsledky mutací: Somatické: malignizace buňky, stárnutí Gametické: přenos mutace do další generace – nosičství mutace, genetická choroba

GENOVÉ MUTACE Rozdělení podle mechanismu vzniku: SUBSTITUCE → záměna AK - nefunkční enzym - změněná specificita (alkylační látky, analogy bazí) INZERCE - posunové mutace, posun čtecího rámce DELECE (akridinová barviva)

Rozdělení podle důsledků: SYNONYMNÍ.....…..nevedou k záměně AK MISSENSE .............chybný smysl - záměna AK NONSENSE.............vznik terminačního kodónu ELONGAČNÍ...........mutace terminačního kodónu POSUNOVÉ...............inzerce, delece

Příklady mutací: A) SUBSTITUCE záměna 1 baze = záměna 1AK MISSESNSE MUTACE - chybný smysl Př.: srpkovitá anemie G A G → G U G v beta globinovém genu glu.kys → val → HbS

http://medgen.genetics.utah.edu/

NONSENSE MUTACE vznik terminačního kodónu - vznik abnormálního produktu Př.: neurofibromatóza NF1 C G A U G A arg stop v nádorově supresorovém genu

neurofibromatóza NF1

B) DELECE, INZERCE a) malého počtu bazí (ne násobek 3) posun čtecího rámce (frame shift mutace)

b) 3 nebo násobek 3 bazí Př.: cystická fibrosa nejčastěji delece 3 bazí , chybí 1 AK ( např. delta F 508 = chybí fenylalanin)

c) celého genu Př.: X- vázaná ichtyóza delece genu pro steroidní sulfatázu d) velké části genu Př.: Duchennova muskulární dystrofie delece dystrofinového genu (asi 60 % případů )

CHROMOZOMOVÉ ABERACE Typ aberace závisí na typu agens, fázi buněčného cyklu př. ionizující záření: lidské lymfocyty G0 fáze - dicentry a ringy, zlomy obou chromatid po ozáření v G2 fázi – chromatidové aberace chemické látky – aberace chromatidové, vznik při replikaci Primární změna DNA - event. chybná reparace, nezreparované poškození - chromozomální aberace

Nádor je důsledek genetické predispozice (zděděné mutace) expozice mutagenům/karcinogenům (získané mutace, chromozomální aberace) epigenetických změn, změn spojených se stárnutím (metylace aj.) u všech se uplatňují mutace při vzniku, vícestupňový proces

Mnohastupňový vznik nádoru- více genetických změn 1.stupeň může být dědičná změna – mutace na 5q – střevní polypóza tu su genu MCC 5q Mutace/delece DNA hypometylace Mutace K-ras onkogenu 12p Normální epitel. buňka Nadměrná proliferace Adenom I tu su genu DCC 18q Mutace/delece, chrom. ztráta chrom.ztráta tu su genu p53 na 17p Mutace/delece Karcinom Adenom II Adenom III metastáze

Dědičnost Vznik nádoru - faktory genetické + faktory vnějšího prostředí, multifaktoriální dědičnost 5% nád. onemocnění AD nádor = klon - vznik z 1 buňky

Vlastnosti normální a maligní buňky in vivo: maligní zvrat - nekontrolovatelné množení, invazivní růst, metastazování (lymfogenně, hematogenně) in vitro normální maligní kontaktní inhibice nakupení omezený počet generací nesmrtelnost původní antigenní nádorové, fetální euploidie různé aberace tvar specifický dediferenciace

Genetické faktory (mutace): protoonkogenů → onkogeny, charakter dominantní nádorových supresorových genů – charakter recesivní = ztráta funkce obou alel mutatorových genů (reparačních) – charakter recesivní - zvýšená frekvence mutací

Změna protoonkogenu na onkogen : bodovou mutací chromozomální translokací → fuzované geny nebo abnormální regulace genu v nové pozici inzercí retroviru amplifikací: „ double minutes“ – volné kopie onkogenu HSR = homogenně se barvící oblasti, integrované do chromozomu porucha imprintingu, metylace imprinting = mechanismus regulace genové exprese, kdy jedna alela určitého rodičovského původu je neaktivní

Amplifikace onkogenu Her-2/neu(=ERBB2) v buňkách nádoru prsu – FISH s lokus specifickou sondou v interfázním jádře (double minutes)

Důsledek změny: tvorba abnormální produktu nadprodukce normálního produktu CML = chronická myeloidní leukemie Ph1 chromozom - t (9;22), proto-onkogen abl z 9q přenesen na 22q, kde je proto-onkogen bcr → chimerický gen (fuzovaný gen bcr/abl) → abnormální protein abnormální stimulace buněčného dělení BL= Burkittův lymfom - t(8;14) Protonkogen c myc z 8q přenesen na 14q do blízkosti imunoglobulin.genů - vysoká transkripční aktivita - nadprodukce normálního produktu 22

Translokace 9q/22q u CML

Translokace 8q/14q u Burkittova lymfomu

Fuzovaný gen bcr/abl u CML

Mutace nádorově supresorového genu Bodová mutace, delece Retinoblastom charakter mutace - AR, ale dědičnost AD (model 2 stupňového vzniku nádoru) a) sporadický nádor: unilaterální většinou, pozdější nástup obě mutace somatické v 1 buňce retiny b) dědičný nádor: časný nástup, bilaterální 1.stupeň: mutace zárodečná je ve všech buňkách jedince(heterozygot) 2. stupeň: mutace somatická v 1 buňce retiny = ztráta heterozygozity

Retinoblastom dědičný → → → sporadický mutace druhé alely v somatické buňce = ztráta heterozygozity heterozygot dědičný → → → sporadický Mutace obou alel postupně v 1 somatické buňce

Mutageny Fyzikální: záření UV – dimery T-T, T-C, C-C, poruchy replikace, traskripce ionizační (rtg,gama) – přímý účinek - DNA zlomy, nepřímý účinek – ionizace molekul – DNA zlomy Biologické – viry – začlenění do genomu

Chemické látky – alkylační látky - addukty - analogy bází – chyby v párování - akridinová barviva – inzerce - kys. dusičná – deaminaci bází – chyby v párování látky přímo působící nepřímo působící – po metabolické aktivaci (cytochromy)

Příklad deaminace: přeměna cytosinu v uracil

Úloha virů při vzniku nádorů schopnost virů integrovat svoji NK do genomu hostitelské buňky nesou onkogeny (buď vlastní - DNA nádorové viry) nebo přenáší buněčné protoonkogeny- RNA nádorové viry) Buněčné protoonkogeny homologní virovým onkogenům Retroviry = RNA nádorové viry v-onkogeny - nemají introny, buněčný původ 31

Expozice mutagenům/karcinogenům Životní prostředí: zplodiny průmyslových výrob, spalování fosilních paliv, odpadů, emise spalovacích motorů Výživa: mutageny/karcinogeny v potravě Životní styl : kouření, alkohol, opalování Léčba: chemoterapie, dg. a terapeut. dávky záření Profesionální expozice Nitrosaminy jsou látky vznikající za určitých podmínek z dusitanů a bílkovin, resp. ze sekundárních aminů (aminokyseliny, biogenní aminy, některá aromata aj  nitrosaminy – aminy substituované skupinou –NO většinou na dusíkovém atomu R–NH–NO, RN2–NO; vznikají někdy přímo reakcí aminu a kyseliny dusité z dusitanů v kyselé žaludeční šťávě; některé jsou mutagenní či kancerogenní

Mutageny/karcinogeny ve výživě látky vznikající při tepelné úpravě, skladování kontaminanty potravin aditiva a ochucovadla přirozené složky potravy Endogenní vznik: NO, volné radikály, nitrosaminy

Mutageny/karcinogeny ve výživě Z bílkovin nevhodnou tepelnou úpravou – heterocyklické aminy např.IQ - přepalované maso - nitrosaminy, N-nitrososloučeniny - PAU – polycyklické aromatické uhlovodíky Z lipidů – oxidované formy mastných kyselin… Pyrolýzou tuků → polycyklické aromatické uhlovodíky Ze sacharidů karamelizací → heterocyklické sloučeniny Z látek obsahujících škrob pečením, smažením → akrylamid Pyrolýzou je míněn termický rozklad organických materiálů za nepřístupu médií obsahujících kyslík. Podstatou pyrolýzy je ohřev materiálu nad mez termické stability přítomných organických sloučenin, což vede k jejich štěpení až na stálé nízkomolekulární produkty a tuhý zbytek. Z technologického hlediska lze pyrolýzní procesy dále rozdělit dle dosahované teploty na:

Kontaminující látky polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU), aromatické aminy………. polychlorované dioxiny (přírozený vznik, nedokonalým spalováním organických látek – hoření lesů - kontaminace půdy, krmiva, živočišných produktů), polychlorované bifenyly (PCB - průmyslově vyráběné), ftaláty (spalování fosilních paliv-ovzduší, z plast.hmot do potravin) nitrosaminy, dusičnany, Hg, Pb, As, Cd, Ni… mykotoxiny

Kontaminující látky: PAU - 65% v potravě jako kontaminanty obilovin, rostlinných olejů, listové zeleniny,ovoce - z ovzduší (spalovací motory, neúplné spalování organických látek) - 35% vznik při technologické úpravě – uzení, grilování masa nejzávažnější B(a)P – benzo(a)pyren Nitrosaminy aj. N-nitrososloučeniny Endogenní nitrozace za účasti střevní mikroflory Exogenní vznik při výrobě piva, uzení masa, ryb tabákový kouř, výfukové plyny nitrosace inhibována např. kys.askorbovou

Mykotoxiny = sekundární metabolity plísní účinky hepatotoxické, neurotoxické, kardiotoxické, cytotoxické, imunotoxické, hemorrhagické, alergenní, imunosupresivní, mutagenní, karcinogenní Aflatoxin B1 – Aspergillus flavus, A.parasiticus cereálie, podzemnice olejná, ořechy, koření… Ochratoxin Patulin

Nutriční ochranné faktory prevence nádorových onemocnění Vitaminy – C, E, A, kys.listová ….. Minerální látky - Se, Ca, Mg, Zn Vláknina Přírodní antikarcinogeny karoteny, karotenoidy (ß-karoten, lykopen) flavonoidy – hrozny, červené víno, zelenina, ovoce polyfenoly, polyfenolové kyseliny - kys.elagová, resveratrol, genistein, epigallokatechin gallát , kurkumin thioly: allyl sulfidy - česnek, cibule Rostlinné fenoly – flavonoidy, třísloviny, antrachinony větš. příznivý účinek v nižších dávkách (antioxidanty, antikarcinogeny), některé ve vysokých dávkách karcinogenní

Další faktory karcinogeneze: 1. Geny podmiňující přeměnu chemických látek = metabolická aktivace geneticky podmíněná schopnost detoxikovat škodlivé látky

3. Geny imunitní odpovědi 2. Geny pro reparaci 3. Geny imunitní odpovědi selhání imunitních mechanismů - rozvoj nádoru defekt v imunitě - vrozený nebo AIDS = vysoké riziko nádorů

Děkuji za pozornost

Genetický kód