Vznik nádorové buňky Seminář molekulární a buněčné biologie

Prezentace na téma: "Vznik nádorové buňky Seminář molekulární a buněčné biologie"— Transkript prezentace:

1 Vznik nádorové buňky Seminář molekulární a buněčné biologie
Mgr. Jan Šrámek

2 O čem si budeme povídat Buněčná transformace
Vlastnosti transformovaných buněk Mechanismy transformace Kancerogeny Nádory a jejich rozdělení Nádorová terapie

3 Buněčná transformace Proces transformace normální buňky reagující na zpětnovazebné homeostatické mechanizmy na buňku schopnou autonomního růstu a invaze Nádorová buňka = transformovaná buňka Ne všechny transformované buňky jsou nádorové buňky (buňky v buněčných kulturách)

4 Vlastnosti transformovaných buněk
Rakovinné buňky se nedělí rychleji nebo jinak než normální buňky, ale množí se pořád (v čase i prostoru). Nezávislost proliferace na stimulačních cytokinech Ztráta „anchorage dependence“ Schopnost neregulovaného klonálního růstu, ztráta kontaktní inhibice Nesmrtelnost (uvolnění ze závislosti „lifespan limit“) a rezistence k apoptóze Neschopnost diferenciace Zvýšená aktivita telomerázy Schopnost indukce angiogeneze Změna v povrchových molekulách a ve stavbě chromozomů Genetická nestabilita (schopnost přežít v hostitelském organismu)

5

6 Mechanismy transformace
Několikastupňový proces (incidence koreluje s věkem) Nevratný proces Pod selekčním tlakem Spontánní x indukovaný Genetické změny (mutace): Frekvence vzniku nádoru 10-8 (zahrnuje 4 mutace, frekvence vzniku spontánní mutace 10-6, počet buněčných dělení 1016)  1 člověk ze 100 milionů x skutečnost. Působení kancerogenů a následné zvýšení kumulace mutací x imunitní systém

7 Několikastupňový proces postupné hromadění genetických změn (4–7 mutací), v rámci desítek různých genů (onkogenů a antionkogenů). Nádorová buňka 1. mutace 2. mutace 3. mutace 4. mutace

8 Mechanismy transformace
Několikastupňový proces (incidence koreluje s věkem) Nevratný proces Pod selekčním tlakem Spontánní x indukovaný Genetické změny (mutace): Frekvence vzniku nádoru 10-8 (zahrnuje 4 mutace, frekvence vzniku spontánní mutace 10-6, počet buněčných dělení 1016)  1 člověk ze 100 milionů x skutečnost. Působení kancerogenů a následné zvýšení kumulace mutací x imunitní systém

9 Proces pod selekčním tlakem

10 Mechanismy transformace
Několikastupňový proces (incidence koreluje s věkem) Nevratný proces Pod selekčním tlakem Spontánní x indukovaný Genetické změny (mutace): Frekvence vzniku nádoru 10-8 (zahrnuje 4 mutace, frekvence vzniku spontánní mutace 10-6, počet buněčných dělení 1016)  1 člověk ze 100 milionů x skutečnost. Působení kancerogenů a následné zvýšení kumulace mutací x imunitní systém Immune system 10-8 Cancer incidence Cancer incidence 10-8 Carcinogens

11 Teorie imunitního dozoru
Vznik nádorů jako důsledek selhání imunitního systému při eliminaci nádorových buněk Většina nádorových buněk organismu je eliminována imunitním systémem (Tc-lymfocyty). Průměrná délka lidského dříve 35–40 let. Dnes v průmyslově vyspělých zemích výrazně vyšší. Maximální výkonnost imunitního systému mezi 30–40 lety života. Incidence rakoviny výrazně vyšší po 40 letech života.

12 Úloha genetických změn
Kumulace genetických změn Primární úloha onkogenů a antionkogenů (tumor supresorové geny) Změna funkce (kvality) a/nebo hladiny exprese (kvantity) onko- /antionkoproteinů prostřednictvím především: Bodových mutací Delecí Chromosomálních translokací Genových amplifikací (c-abl) (c-abl) (c-abl) (c-ras) (c-ras) (c-ras) (c-myc, c-myb, N-ras) (c-myc, c-myb, N-ras) (c-myc, c-myb, N-ras)

13 Filadelfský chromozom
Regulační doména Tyrosin-kinázová doména Reciproční translokace mezi 9. a 22. chromosomem Fúze genů Bcr (22. chromosom) a Abl (proto-onkogenu [tyrosin kináza] 9. chromosom. Bcr protein je hojně produkován v lymfocytech, nejasná funkce. Fúzní Bcr/Abl protein p210 má abnormální buněčnou lokalizaci a zvýšenou tyrozin-kinázovou aktivitu (chybí regulační doména)  žádná regulace signalizace  výrazná změna kvality. Zodpovědný za řadu typů leukémií.

14 Bodová mutace genu c-ras
Ras protein má funkci GTPázy Signální molekula Mutace genu c-ras vede k nepřetržité aktivaci Ras proteinů  zvýšení exprese proteinů stimulující buněčné dělení  vznik nádoru (močového měchýře….)

15 Kancerogeny Na základě interakce s DNA způsobují genetické změny (mutace) vedoucí k transformaci buňky Faktory způsobují buněčnou transformaci: Chemické Fyzikální Biologické

16 Chemické kancerogeny Způsobují tranzice, transverze, modifikace bazí nebo se kovalntně váží na biomolukuly (DNA). Způsobují 80 % nádorů. Analogy bází: 5-bromuracil (BU) – nahrazuje T  transice bazí Látky modifikující báze: HNO2: deaminuje C na U, A na hX, G na X  transice HSO-3: deaminuje C na U  transice NH2OH H2N-O-CH3 Alkylační látky: alkylsulfáty, N-alkyl-N-nitrózaminy (dusičnany). Alkylují C, T a G  blokují nebo mění párování bází, vytváří mezi- a vnitrořetězcové křížové vazby  blokace replikace a transkripce Psoraleny: interkalární látky, furokumarin, 8-metoxypsoralen Prokancerogeny: nutná metabolická aktivace specifickými enzymy (cytochrom P-450) N-acetyl-2-aminofluoren (AAF), α-Nafthylamin, Benzo(a)pyren, Aflatoxiny, dusičnany a další.

17 Příklady z historie 1761: John Hill – polypy u šňupačů tabáku
1775: Sir Percival Pott – karcinom skrota u kominíků (první pracovní onemocnění), dlouhodobá práce s karcinogeny (asbest, benzen, nitrosaminy….) 1795: Samuel von Soemmering – kouření dýmky jako karcinogen. Sir Percival Pott Samuel von Soemmering

18 Aktivace benzo(a)pyrenu

19 Tumorigeneze aromatických uhlovodíků
„fjord“ „záliv“ Neplanární Diolepoxidy Reagující s DNA (A) Vysoce karcinogenní Planární Méně reaktivní Méně karcinogenní

20 Aktivace α-Nafthylaminu
Používán v barvířském průmyslu Silný karcinogen s latencí roků V játrech tranformován na karcinogen a následně konjugován na nekarcinogenní glykosid Hydrolýza v močovém měchýři: uvolnění aktivního karcinogenu  karcinomy močového měchýře OH OR NH2 NH2 NH2 Moč.měchýř NH-OH NH-OR

21 Fyzikální kancerogeny
Ionizující záření: dsDNA zlomy vznik křížových vazeb (kovalentní vazba mezi protilehlými nukleotidy) modifikace bazí (8-hydroxyguanin, 5-hydroxymetyluracil…) UV záření: excitace atomů  vznik tyminových dimerů  blok replikace a transkripce

22 Biologické kancerogeny
Viry: onkogenní RNA viry: retroviry (klasické onkogeny) HIV – zřejmě pouze podpůrná funkce, Kaposiho sarkom… lidský lymfotropní virus typu I a II (HTLV-1, HTLV-2) – T-leukémie, lymfomy HCV – hepatokarcinomy onkogenní DNA viry: papovaviry (HPV) – anogenitální nádory herpesviry - virus Epstein-Barrové (EBV) – lymfomy (BL, HD), nazofaryngeální karcinomy (NPC); aj. (HCMV; HSV-2; KSHV) hepadnaviry - virus hepatitidy B (HBV) - hepatokarcinomy adenoviry u zvířat

23

24 HPV Genom viru kružnicová dsDNA (8 kb) Protein E7 inhibice Rb-proteinu
inaktivace p21Cip a p27Kip ruší inhibiční působení TGF- na růst buněk způsobuje tvorbu násobných centrozóm Protein E6 degradace p53 (užitím ubiquitin ligázy E6AP) interaguje s Bak (inhibice apoptózy) aktivuje expresi hTERT (aktivace telomerázy) Genom se integruje do více míst hostitelského genomu Integrace však specifická vzhledem ke genomu viru – porucha exprese genu pro protein E2 (reguluje expresi E6 a E7)

25 Podíl proteinů E6 a E7 papilomavirů na transformaci buňky

26 Podíl proteinů E6 a E7 papilomavirů na transformaci buňky

27 Biologické kancerogeny
„Infekční rakovina“: CTVT u psů (Stickerův sarkom) nevirová parazitická rakovina Švanových buněk (DFTD) u Ďábla medvědovitého (Sarcophilus harrisii) Histiocyty

28 Tumor Útvar tvořený rakovinnými a pojivovými buňkami, které jsou pod kontrolou rakovinných buněk (stroma a buňky krevních cév). Nemá v organismu fyziologickou funkci Jeho růst není v koordinaci s růstem okolních tkání a rovnovážným stavem organismu. V organismu vzniká zejména na místech s vysokou proliferační aktivitou, která jsou současně nejvíce vystavena působení kancerogenů, tj. zejména epitely (kůže, plíce, trávicí trakt, ale i prsní žláza) Ke vzniku nádoru stačí jediná transformovaná buňka! (klonální charakter)

29 Klasifikace nádorů I Podle schopnosti infiltrovat do jiné tkáně:
Benigní (nezhoubné): pevný ohraničený útvar, lokalizován v jednom místě, pomalu proliferující, symtomy lokálního charakteru. Maligní (zhoubné): pronikají do okolních tkání a prostřednictvím krevního a lymfatického systému do celého těla, v nových tkáních vyvolávají tvorbu sekundárních nádorů (metastází) Z tohoto pohledu lze klasifikovat nádory na primární a sekundární.

30 Klasifikace nádorů II Podle zdrojového typu buněk (tkání):
Karcinomy – nádory epiteliálních buněk (asi 89 % lidských nádorů) Sarkomy – pevné nádory vzniklé z podpůrných či pojivových buněk (tkání) – svalů, kostí, chrupavky (asi 2 % lidských nádorů) Leukémie a lymfomy - odvozené od hematopoietických buněk a buněk imunitního systému (asi 8 % lidských nádorů) Gliomy - nádory odvozené z nervové tkáně (asi 1 % lidských nádorů)

31 Klasifikace nádorů III
Podle postiženého orgánu (tkáně): karcinom plic kolorektální karcinom nádor prsu nádor těla děložního nádor prostaty nádor žaludku nádor vaječníků akutní myeloidní leukémie a mnoho dalších

32 Proces vzniku nádoru

33 Vznik metastáze Primární nádor Sekundární nádor - metastáze

34 Nádorová terapie Klasické přístupy:
Místní terapie - chirurgický zásah, lokální ozařování ( záření) Systémový přístup k terapii (v kombinaci s chirurgickým zásahem a ozařováním) - Chemoterapie Chemoterapie: Cytotoxické látky: Cyklofosfamid, cisplatina, metotrexát, doxorubicin (interakce s DNA) Cytostatika: Vinca alkaloidy (vinblastin, vinkristin), taxany Použití cytokinů v terapii: Inhibitory buněčné proliferace a induktory apoptózy: Interferony, TNF Podpůrné působení cytokinů: IL-2, GM-CSF Biologická léčba (cílená léčba, [genová terapie]): “Antisense” oligonukleotidy: proti příslušným onkogenům Transfekce: funkční anti-onkogeny ….

35 Biologická léčba (cílená léčba)
Využívá obranyschopnost organismu a cílená léčiva (modifikátory imunitní odpovědi) se specifickým účinkem. zastavuje, napravuje nebo omezuje procesy umožňující nádorový růst označuje nádorové buňky zlepšuje schopnost některých buněk imunitního systému (T-lymfocyty, makrofágy) ničit nežádoucí buňky mění růstové schopnosti nádorových buněk blokuje či napravuje procesy, které ze zdravé buňky dělají buňku nádorovou zlepšuje schopnost organismu opravovat a nahrazovat buňky poškozené jinými typy protinádorové léčby zabraňuje šíření nádorových buněk

36 Biologická léčba Preparáty: Vysoké ceny specifických preparátu
Monoklonální protilátky Diferenciační léčba Inhibitory proteasomu, tyrosinkináz Antiangiogenní léčba Antisense oligonukleotidy Vysoké ceny specifických preparátu Využívá se v přesně definovaných situacích a vzhledem k extrémní finanční náročnosti pouze po splnění daných kritérií: vhodný podtyp nádoru vyčerpání jiných možností léčby dosažení nežádoucích účinků předchozí léčby

37 Monoklonální protilátky

38 Biologická léčba Preparáty: Vysoké ceny specifických preparátu
Monoklonální protilátky Diferenciační léčba Inhibitory proteasomu, tyrosinkináz Antiangiogenní léčba Antisense oligonukleotidy Vysoké ceny specifických preparátu Využívá se v přesně definovaných situacích a vzhledem k extrémní finanční náročnosti pouze po splnění daných kritérií: vhodný podtyp nádoru vyčerpání jiných možností léčby dosažení nežádoucích účinků předchozí léčby

39 Difereciační terapie Vývojová řada Diferenciovaná buňka
Progenitorová buňka Mutace Diferenciovaná buňka Nádorová buňka Specifický preparát

40 Biologická léčba Preparáty: Vysoké ceny specifických preparátu
Monoklonální protilátky Diferenciační léčba Inhibitory proteasomu, tyrosinkináz Antiangiogenní léčba Antisense oligonukleotidy Vysoké ceny specifických preparátu Využívá se v přesně definovaných situacích a vzhledem k extrémní finanční náročnosti pouze po splnění daných kritérií: vhodný podtyp nádoru vyčerpání jiných možností léčby dosažení nežádoucích účinků předchozí léčby

41 Inhibice proteasomu

42

43

44 Biologická léčba Preparáty: Vysoké ceny specifických preparátu
Monoklonální protilátky Diferenciační léčba Inhibitory proteasomu, tyrosinkináz, Antiangiogenní léčba Antisense oligonukleotidy Vysoké ceny specifických preparátu Využívá se v přesně definovaných situacích a vzhledem k extrémní finanční náročnosti pouze po splnění daných kritérií: vhodný podtyp nádoru vyčerpání jiných možností léčby dosažení nežádoucích účinků předchozí léčby

45 Anti-angiogenní terapie

46 Biologická léčba Preparáty: Vysoké ceny specifických preparátu
Monoklonální protilátky Diferenciační léčba Inhibitory proteasomu, tyrosinkináz, Antiangiogenní léčba Antisense oligonukleotidy Vysoké ceny specifických preparátu Využívá se v přesně definovaných situacích a vzhledem k extrémní finanční náročnosti pouze po splnění daných kritérií: vhodný podtyp nádoru vyčerpání jiných možností léčby dosažení nežádoucích účinků předchozí léčby

47 Antisense oligonukleotidy

48 Biologická léčba Vysoké ceny specifických preparátu
Využívá se v přesně definovaných situacích a vzhledem k extrémní finanční náročnosti pouze po splnění daných kritérií: vhodný podtyp nádoru vyčerpání jiných možností léčby dosažení nežádoucích účinků předchozí léčby

49 Biologická léčba Typy nádorů u kterých připadá biologická léčba v úvahu: nádory ledvin nádory prostaty nádory tlustého střeva nádory plic nádory prsu nádory ženských pohlavních orgánů melanom Kaposiho sarkom

50 Děkuji za pozornost Navazující seminář: Mechanismy působení onkogenů a tumor- supresorových genů (č. 130)