Genetica dei tumori
Corso di Genetica Medica
Corsi di Laurea in Fisioterapia,
Logopedia, Ortott. Ass. Oft,
T.N.P.E.
Facoltà di Medicina e
Chirurgia
Alberto Piazza
Insorgenza tumorale
Processo patologico multiplo a più stadi (neoplasia)
Crescita cellulare anomala -> perdita dei meccanismi di controllo
responsabile della divisione e del differenziamento cellulare
Alcune mutazioni aumentano la proliferazione cellulare, creando
una popolazione espansa di cellule nella quale si verifica la
mutazione successiva;
Le mutazioni successive intervengono sulla stabilità del genoma,
favorendo a loro volta l’insorgenza di successive mutazioni.
A
B
C
17_17.jpg
Ciclo vitale cellulare
Spesso le mutazioni tumorali interessano geni che controllano la
proliferazione (ciclo cellulare) o la morte (apoptosi) della cellula o
la riparazione del DNA:
•Oncogeni
•Geni soppressori del tumore
•Geni mutatori
Gli oncogeni virali
DNA virus
•Geni virali per l’antigene T di SV40;
•Geni virali per E1A o E1B di adenovirus;
Retrovirus
I loro genomi contengono un oncogene che solitamente sostituisce i
geni virali essenziali
Gli oncogeni virali
DNA virus
•Geni virali per l’antigene T di SV40 ;
•Geni virali per E1A o E1B di adenovirus;
È noto dal 1960 che SV40 (simian virus) fu trasferito dalla scimmia
all'uomo mediante le vaccinazioni anti-polio (vaccini Salk e Sabin)
eseguite su scala planetaria durante il periodo 1955-63.
Gli scienziati hanno scoperto da tempo che i
tumori indotti da SV40 negli animali sono
provocati da una sua proteina, denominata
antigene T grande (agT), in grado di legare e
di inattivare due importanti proteine della
cellula, p53 e pRB, che agiscono come
controllori della moltiplicazione cellulare. Di
recente, la rivista Nature Medicine ha
pubblicato due lavori del Prof. Michele
Carbone della Loyola University di Chicago
dove si forniscono le prove, nei mesoteliomi
della pleura dell'uomo, che queste proteine
della cellula sono sequestrate dalla proteina
virale agT di SV40
Retrovirus
Integrazione nella cellula del genoma virale
[A] : penetrazione nella cellula.
[B] : isolamento dell’RNA
[C] : reazione di trascrittasi inversa.
[D] : incorporazione del DNA trascritto.
[E]: sintesi di nuovo RNA virale.
[F]: sintesi della capsula e degli antigeni di
superficie.
[G] : uscita dei retrovirus senza distruzione
della cellula
Gli oncogeni
Gli oncogeni derivano quasi sempre da
proto-oncogeni in seguito a sostituzioni o
tagli aminoacidici
Proto-oncogeni:
•Fattori di crescita secreti (es. SIS);
•Recettori di superficie cellulare (es. ERBb,
FMS);
•Componenti del sistema di trasduzione del
segnale (es. fam. RAS);
•Proteine nucleari che si legano al DNA (es.
MYC);
•Elementi che governano la progressione del
ciclo cellulare (es. MDM2).
Proto-oncogeni e oncogeni
I proto-oncogeni sono normali
geni cellulari implicati nel controllo
della crescita cellulare. Le
mutazioni possono convertire i
proto-oncogeni in oncogeni
attivati che sovraintendono la
crescita delle cellule tumorali.
Il loro bersaglio è localizzato in
differenti compartimenti e funzioni
della cellula , come nei recettori
per la crescita cellulare, nei fattori
di crescita cellulare, nel sistema di
trasduzione intracellulare, nelle
proteine che regolano il ciclo
cellulare e nei fattori di
trascrizione.
Mutazioni del protooncogene e insorgenza
tumorale
Caratteristiche peculiari dei tumori
benigni e maligni.1
Nella disseminazione metastatica,
l’organizzazione del tessuto di
origine è alterata, cellule maligne
invadono il parenchima
circostante, si staccano dalla
massa primaria per penetrare in
vasi linfatici o sanguigni. La
conseguenza di tali
stravolgimenti è la distruzione del
parenchima sano e la
disseminazione della neoplasia.
La perdita della organizzazione
del tessuto in sede tumorale è
legata anche alla modificazione
delle interazioni tra cellule
trasformate, tra queste e le cellule
normali circostanti e con la
matrice extracellulare.
Caratteristiche peculiari dei tumori
benigni e maligni.2
L’attivazione dei proto-oncogeni
•Amplificazione: la cellula contiene copie in
soprannumero di un oncogene strutturalmente
normale (es. ERBB2);
•Mutazioni puntiformi: sostituzione di un
nucleotide con un altro (es.gene H-RAS);
•Modificazione del promotore: es inserzione
retrovirus
•Traslocazione: inserimento di sequenze
enhancer, proteine di fusione
Il cromosoma Philadelphia
Il gene di fusione ABL-BCR produce una proteine che non risponde più ai normali
controlli.
LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA
17_04.jpg
17_04_2.jpg
Geni soppressori del tumore
Spesso le mutazioni tumorali interessano geni che
controllano la proliferazione (ciclo cellulare) o la morte
(apoptosi) della cellula o la riparazione del DNA:
•Oncogeni
•Geni soppressori del tumore
•Geni mutatori
Gene
APC
BRCA1
BRCA2
DPC4
INK4
Geni oncosoppressori
Type of cancer
Colon/rectum
carcinoma
Breast and ovarian
carcinomas
Breast carcinoma
Pancreatic carcinoma
Melanoma, lung
carcinoma, brain
tumors, leukemias,
lymphomas
MADR2 Colon/rectum
carcinoma
NF1
Neurofibrosarcoma
NF2
Meningioma
p53
Brain tumors; breast,
colon/rectum,
esophageal, liver, and
lung carcinomas;
i
PTC
Basal cell carcinoma
PTEN
Rb
Brain tumors;
melanoma; prostate,
endometrial, kidney,
and lung carcinomas
Retinoblastoma;
sarcomas; bladder,
breast, and lung
carcinomas
VHL
Renal cell carcinoma
WT1
Wilms' tumor
Gene oncosoppressore:
oncosoppressore
Un gene oncosoppressore è un gene la cui
presenza contrasta l’insorgenza di tumori.
Quando una cellula non è in grado di
produrre un gene oncosoppressore, in
quanto entrambi gli alleli che lo codificano
sono
alterati,
va
incontro
alla
trasformazione tumorale, e cresce senza
controlli.
Le funzioni di questi geni vanno in genere
ricercate nella capacità di impedire a una
cellula con delle anomalie acquisite nel
codice genetico di riprodursi.
Tra gli esempi più noti di geni
oncosoppressori si ritrovano i geni Rb e
BRCA1, implicati rispettivamente nello
sviluppo del retinoblastoma e del tumore
della mammella.
Il retinoblastoma (MIM 180200)
•Tumore aggressivo infantile
che colpisce la retina;
•60% casi sporadici;
•40% casi ereditari
(autosomico dominante,
penetranza incompleta,
bilateralità comune);
•Cromosoma 13q14;
Il retinoblastoma
Ipotesi dei due stadi di Knudson
Il retinoblastoma
Perdita dell’allele wild-type del gene oncosoppressore e crescita
cellulare incontrollata.
Effetti delle
mutazioni
di Rb
Controllo del ciclo cellulare
Alcuni “punti di controllo” (checkpoints) funzionano per assicurare che il
genoma intatto venga trasmesso alle cellule figlie.
Il danno del DNA induce la sintesi
di un maggior quantitativo di
proteina p53, la quale induce la
cellula ad arrestarsi al checkpoint
della fase G1
Il gene RB e il controllo del ciclo
cellulare
Il gene RB codifica per una proteina nucleare (pRb), che è in
grado di inattivare il fattore di trascrizione cellulare E2F1,
bloccando così la progressione della cellula verso la fase S.
L’attività di Rb in condizioni
fisiologiche
Breast Cancer
La più frequente neoplasia maligna
tra le donne di tutte le età;
Principale causa di morte nella
popolazione femminile oltre i 35 anni
d’età (la probabilità aumenta intorno
al periodo di menopausa e cresce
con l’età);
L’età è il principale fattore di rischio,
assieme ad altre circostanze come
la predisposizione familiare
(BRCA1/BRCA2, nel <10% casi),
storia riproduttiva (età prima
gravidanza), obesità, cattiva
alimentazione ed esposizione a
raggi X (radioterapia di tumori vicini
alla mammella, no mammografie);
Breast Cancer
•La prevenzione e la
diagnosi precoce possono
ridurre notevolmente la
mortalità: l’identificazione
della malattia negli stadi
precoci innalza la
probabilità di guarigione al
90%
•In Italia l’incidenza è pari a
48 casi per 100.000
abitanti;
British Medical Journal 2000
KOMEN ITALIA onlus
www.komen.it/HOMEKOMENITALIA.html
Breast Cancer
Nel 1994-1995 sono stati
identificati due geni responsabili
della suscettibilità al cancro della
mammella: BRCA1, sul
cromosoma 17, e BRCA2 sul
cromosoma 13.
Gli individui portatori di mutazioni a
carico di uno dei due geni hanno
un rischio maggiore di insorgenza
di tumore alla mammella o tumore
ovarico ad un certo punto della loro
vita.
Breast Cancer
BRCA1 e BRCA2 sono ritenuti due geni oncosoppressori.
Breast Cancer
•70-80% sporadici
•15-20% familiari
•5-10%
ereditari
BRCA1 e BRCA2
•
•
Espressione estesa a tutti i
tessuti;
Interazione con proteine
nel riparo del DNA e nella
regolazione della
trascrizione.
a. Nessuna storia familiare.
b. Storia familiare (fattori genetici, ambientali o anche
casuali).
c. Mutazioni con alta penetranza.
BRCA1
BRCA2
Mastectomia e prevenzione del tumore,
aspetti etici
Soggetti giovani con precedenti familiari
risultati positivi per una mutazione genica:
asportazione bilaterale?
Soggetti che già hanno subito mastectomi
unilaterale: mastectomia totale?
Geni mutatori
Spesso le mutazioni tumorali interessano geni che
controllano la proliferazione (ciclo cellulare) o la morte
(apoptosi) della cellula o la riparazione del DNA:
•Oncogeni
•Geni soppressori del tumore
•Geni mutatori
I geni mutatori
Sono geni che possono causare il cancro in
maniera indiretta. La loro inattivazione non
consente la riparazione di danni che
casualmente si verificano in diversi geni con
potenziale oncogenico, come gli oncogeni.
Esempio: tumore del colon non-poliposico.
The MutHLS error correction system in E.
coli.
These genes (MutHLS complex) encode an
error-correction system that checks the DNA
for mismatched base pairs.
17_07.jpg
GLOSSARIO: Mutazioni del DNA
Le mutazioni si possono suddividere in
mutazioni cromosomiche e geniche o
puntiformi
GLOSSARIO: Mutazioni puntiformi
Cambiamenti genetici che coinvolgono l’alterazione di solo uno o
pochi nucleotidi. Gli effetti sul DNA o sulle proteine può essere
profondo. Si suddividono in:
•Mutazioni “nonsense”;
•Mutazioni silenti;
•Mutazioni missenso;
•Mutazioni “frameshift”.
Mutazioni nonsenso
Mutazioni nonsenso: il nuovo codone codifica per un segnale di stop,
cosicchè la proteina risulta più corta del normale e solitamente non esplica la
sua funzione.
Mutazioni silenti.1
La mutazione crea un nuovo codone che tuttavia codifica per
lo stesso aminoacido codificato in partenza: non c’è alcun
cambiamento fenotipico (degenerazione del codice genetico).
Mutazioni silenti.2
Degenerazione
del codice
genetico
Mutazioni missenso.1
La sostituzione di un nucleotide con un altro può causare
l’inserimento di un aminoacido diverso nella proteina.L’effetto
sulla funzione della proteina dipende da quale aminoacido andrà a
sostituire quello originario.
Mutazioni missenso.2
Sostituzioni conservative:
Un aminoacido è sostituito
da un altro chimicamente
simile
Sostituzioni non conservative:
Un aminoacido è sostituito da
un altro con la catena laterale (in
rosso) completamente diversa
La carica elettrica dell’aminoacido derivato dalla mutazione è un fattore
critico nel ripiegamento della proteina e perciò nella sua funzionalità.
Mutazioni frameshift
La perdita o l’inserzione di uno o due nucleotidi fa si che il codone interessato
e tutti i codoni a valle di esso siano letti scorrettamente rispetto alla
condizione “wild-type”. Il risultato è una proteina molto diversa
dall’originaria o addirittura non funzionale
Mutazioni del sito di splicing
NCBI database
