Corso di Laurea in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche Insegnamento di Patologia Generale e Terminologia Medica Dr. Marco Cei e Dr. Alberto Genovesi Ebert UO Medicina 1 - Cardiologia e UTIC Azienda USL 6 di Livorno Neoplasia AGENDA definizioni benignità e malignità cancerogenesi e cancerogeni basi molecolari crescita neoplastica metastasi definizioni ● neoplasia: letteralmente “nuova crescita”. Tessuto di origine clonale, caratterizzato da alterazioni genetiche ereditabili, la cui crescita supera in modo scoordinato quella dei tessuti normali anche dopo la cessazione degli stimoli che l’hanno determinata ● tumore, cancro: sinonimi di neoplasia ● scirro: tumore con dura componente stromale ● metastasi: diffusione a distanza per via linfatica o ematica 3 neoplasie benigne ● caratteristiche micro- e macroscopiche relativamente differenziate ● possibile mantenimento di un certo grado di specializzazione ● crescita relativamente lenta ● restano localizzate e spesso incapsulate ● si prestano alla facile asportazione chirurgica ● sintomi prevalentemente di massa ● buona prognosi ● raramente gravi manifestazioni cliniche 4 neoplasie benigne in genere si aggiunge il suffisso -oma fibromi: originano in tessuti fibrosi adenomi: originano in tessuti ghiandolari cistoadenomi: formazione di masse cistiche papillomi: proiezione della superficie epiteliale simile a una digitazione o verruca ● polipi: proiezioni sessili o peduncolate a livello di una superficie mucosa con aggetto nel lume ● ● ● ● ● 5 A C B D A = papilloma congiuntivale; B = papilloma cutaneo C = polipo sessile; D = polipo peduncolato 6 neoplasie maligne: caratteristiche fenotipiche cellulari ● instabilità genetica ● deregulation proliferativa: incremento fattori di crescita e decremento fattori di controllo ● incapacità a differenziarsi ● perdita delle normali vie per l’apoptosi ● perdita della senescenza ● induzione della neoangiogenesi ● capacità invasiva ● capacità di metastatizzare ● evasione dal sistema immune 7 neoplasie maligne ● caratteristiche micro- e macroscopiche di mancata o alterata differenziazione ● crescita tendenzialmente rapida ● tendenza alla necrosi tessutale ● tendenza a infiltrare, invadere e distruggere ● di regola metastatizzano a distanza ● sintomi molto variabili e generalmente prima o poi gravi ● prognosi generalmente infausta 8 KK Kmetastasi tumore del pancreas che ingloba la arteria splenica; metastasi epatiche 9 Kmetastasi k pancreas (caso precedente): metastasi polmonari 10 neoplasie maligne ● sarcomi: originano nel tessuto mesenchimale ● carcinomi: origine epiteliale ● adenocarcinomi: origine da epitelio ghiandolare 11 eccezioni ● tumori misti o adenomi pleomorfi: componente epiteliale, stroma mixoide, isole di cartilagine o di osso ● teratomi: contengono cellule mature e immature rappresentative di più di un foglietto embrionale ● neoplasie ematologiche: difficile applicabilità dei concetti di benignità e malignità ● carcinoma in situ:citologia maligna senza superamento della membrana basale 12 fibroadenoma della mammella 13 carcinoma della mammella 14 carcinoma in situ intraduttale della mammella 15 neoformazione pelvica con ascite massiva (TC addome, osservazione personale) 16 17 differenziazione e anaplasia ● differenziazione: grado di somiglianza morfologica e funzionale tra le cellule neoplastiche e le corrispondenti cellule normali ● metaplasia: sostituzione di un tipo cellulare con un altro ● displasia: perdita di uniformità cellulare e dell’orientamento architettonico ● anaplasia: apparente regressione della differenziazione fino alla sua completa assenza 18 displasia e anaplasia ● polarità: crescita anarchica e disorganizzata ● pleomorfismo: variazioni di forma e grandezza delle cellule, gigantismo ● anomalie nucleari: cromatina aumentata e grossolanamente azzollata, presenza di nucleoli, alterazioni del rapporto nucleo citoplasma (da 1:4-1:6 a 1:1) ● mitosi: numerose e bizzarre 19 20 cancerogenesi ● ● danno genetico (mutazione) non letale: acquisito per effetto di agenti ambientali ereditato dalla linea germinale spontaneo o stocastico a carico di 4 classi di geni regolatori espansione monoclonale: a partire dalla cellula che ha subito la mutazione ● crescita e accumulo di nuove mutazioni: prevalgono varianti cellulari più adatte a eludere le difese dell’ospite o resistere ai farmaci (cd. “pressione selettiva”) 21 elettroforesi delle proteine plasmatiche normale e con componente M 22 fasi della cancerogenesi ● ● - iniziazione: esposizione a cancerogeno danno permanente al DNA irreversibile, non letale, trasmissibile necessaria ma non sufficiente promozione: non coinvolge direttamente il DNA reversibile promuove la proliferazione di cellule “iniziate” 23 agenti cancerogeni - 1 ● ● - chimici: alchilanti acilanti idrocarburi aromatici amine aromatiche, ammidi, azidi prodotti da microrganismi fisici: radiazioni ultraviolette radiazioni ionizzanti 24 agenti cancerogeni - 2 ● virus: - a RNA (HTLV-1) - a DNA (HPV, EBV, HBV, HCV) ● batteri: - Helicobacter pylori 25 26 la regolazione del ciclo cellulare normale 27 regolazione della trasduzione dei segnali ● fosforilazione: la aggiunta o la rimozione di un gruppo fosfato gioca sempre un ruolo fondamentale ● chinasi: enzimi deputati alla fosforilazione - recettoriali e non recettoriali - tirosin-chinasi: agiscono su residui di tirosina, generalmente attivatrici - serin/treonin-chinasi: agiscono su residui di serina o treonina e generalmente disattivano ● fosfatasi: rimuovono un gruppo fosfato 28 attivazione delle chinasi del dominio citoplasmatico di recettori transmembrana 29 proto-oncogeni ● oncogeni: geni che promuovono la crescita autonoma della cellula tumorale ● proto-oncogeni: controparti fisiologiche degli oncogeni, partecipano a molte funzioni cellulari, strettamente regolate, connesse alla crescita e proliferazione ● oncoproteine: prodotti degli oncogeni che garantiscono alla cellula l’autosufficienza per la crescita; generalmente hanno le stesse funzioni delle loro controparti naturali 30 targeted therapy erlotinib, gefitinib imatinib vemurafenib 31 fattori di crecita (FDC) e recettori ● azione paracrina: un tipo cellulare produce un FDC che agisce su una cellula adiacente per stimolarne la proliferazione ● azione autocrina: cellule tumorali producono lo stesso FDC al quale sono sensibili ● iperespressione: il gene del FDC può essere non mutato ma indotto ad iperesprimersi dal prodotto di altri oncogeni (RAS) ● esempi: PDGF da parte di glioblastoma; TGF-alfa da parte di sarcomi ● mutazioni nel recettore per FDC: c-KIT, PDGF (GIST, imatinib cancro a cellule renali) sunitinib 32 ruolo del JAK2 mutato nelle malattie mieloproliferative croniche 33 didascalia figura 31 Mechanism of activation of JAK2 kinase activity by mutations in the JAK2 signalling pathway. a | Cytokine ligands normally bind cytokine receptors, which results in Janus kinase 2 (JAK2) phosphorylation, recruitment of signal transducer and activator of transcription (Stat) signalling proteins and phosphorylation and activation of downstream signalling pathways including Stat transcription factors, mitogen activated protein kinase (MAPK) signalling proteins, and the phosphotidylinositol 3-kinase (PI3K)–Akt pathway. b | The JAK2V617F and JAK2 exon 12 mutant kinases bind cytokine receptors and are phosphorylated in the absence of ligand, and lead to ligandindependent activation of downstream signalling pathways. c | By contrast, MPLW515L/K mutant thrombopoietin receptors are able to phosphorylate wild-type JAK2 in the absence of thrombopoietin, and result in the activation of signalling pathways downstream of JAK2. Negative regulation of JAK2 signalling is normally mediated by suppressor of cytokine signalling (Socs) proteins, most notably SOCS1 and SOCS3; recent data indicate that the JAK2V617F allele might escape negative feedback by SOCS3. 34 ruxolitinib 35 oncogeni di proteine trasduttrici del segnale ● le mutazioni puntiformi dei geni della famiglia RAS sono la singola anomalia più frequente dei proto-oncogeni umani ● K-RAS: carcinomi di colon e pancreas ● H-RAS: tumori della vescica ● N-RAS: neoplasie del tessuto emopoietico 36 37 38 alterazioni delle tirosin-chinasi non recettoriali: t(9:22)(q34.1;q11.21) 39 40 imatinib dasatinib nilotinib 41 fattori di trascrizione (FDT) ● i FDT sono proteine che contengono specifiche sequenze amminoacidiche che permettono loro di legarsi al DNA (direttamente o previa formazione di dimeri) ● il loro legame a specifiche sequenze del DNA genomico attiva la trascrizione ● i proto-oncogeni MYC, MYB, JUN, FOS e REL codificano per fattori di trascrizione ● mutazioni di questi geni conducono alla replicazione autonoma e svincolata 42 la traslocazione t(8;14)(q24;q32) nel linfoma di Burkitt 43 didascalia figura 41 The t(8;14)(q24;q32) translocation, the most common translocation in Burkitt lymphoma, leads to the deregulation of the MYC gene at 8q24 through its juxtaposition with regulatory elements of the immunoglobulin heavy chain (IGH) gene at 14q32; that is, the MYC gene is constitutively activated because its expression is driven by immunoglobulin enhancers (E). The MYC gene has three exons, and is oriented with its 5' end towards the centromere. The breaks show considerable variability and might be scattered over an area larger than 200 kb at the 5' part of the gene upstream of exon 2, the first coding exon. As a consequence, the two protein-encoding exons are always spared and are translocated to the IGH locus in 14q32. The breaks in the IGH gene usually take place within switch regions, but can also involve joining regions; occasionally the breaks take place in a variable or a constant region. The IGH gene is oriented with its 5' part towards the telomere, so the translocation leads to a 5'–5' (head-to-head) fusion of MYC with sequences from the IGH locus. 44 cicline e chinasi ciclino-dipendenti ● la progressione ordinata del ciclo cellulare dipende dalle chinasi ciclino-dipendenti (CDK) ● le CDK sono attivate dal legame con le cicline, proteine così chiamate a causa della natura ciclica della loro produzione e degradazione ● i complessi ciclina-CDK fosforilano proteine bersaglio che guidano il ciclo cellulare ● gli inibitori delle CDK (CDKI) esercitano un controllo negativo sul ciclo cellulare 45 46 melanomi pancreas glioblastoma esofago LLA NSCLC mammella esofago fegato linfomi melanoma sarcomi glioblastoma 47 i check-point ● check-point G1-S: - tutto è pronto per la replicazione? - la macchina riparativa è pronta? - gli enzimi replicativi sono disponibili? - ci sono sufficienti nucleotidi? - c’è sufficiente energia? ● check-point G2-M: - tutti i cromosomi sono stati completamente duplicati? - ci sono copie eccessive di qualunque segmento di DNA? 48 geni oncosoppressori ● azione tipica: le proteine da essi codificate frenano la proliferazione cellulare e prevengono la crescita incontrollata ● altre azioni: promozione dell’ingresso delle cellule in pool postmitotici differenziati ● esempi: RB e p53 49 Knudson A. Two genetics hits (more or less) to cancer. Nat rev Cancer 2001;1;157 50 51 didascalia figura 49 The role of RB in regulating the G1-S checkpoint of the cell cycle. Hypophosphorylated RB in complex with the E2F transcription factors binds to DNA, recruits chromatin-remodeling factors (histone deacetylases and histone methyltransferases), and inhibits transcription of genes whose products are required for the S phase of the cell cycle. When RB is phosphorylated by the cyclin D–CDK4, cyclin D–CDK6, and cyclin E–CDK2 complexes, it releases E2F. The latter then activates transcription of S-phase genes. The phosphorylation of RB is inhibited by CDKIs, because they inactivate cyclin-CDK complexes. Virtually all cancer cells show dysregulation of the G1-S checkpoint as a result of mutation in one of four genes that regulate the phosphorylation of RB; these genes are RB1, CDK4, the genes encoding cyclin D proteins, and CDKN2A(p16). EGF, epidermal growth factor; PDGF, platelet-derived growth factor; TGF-g, transforming growth factor-beta. 52 p53, il “guardiano” del genoma ● più del 50% dei tumori umani ha mutazioni di questo gene ● sindrome di Li-Fraumeni: mutazione di un allele di p53 ereditaria, aumenta di 25 volte il rischio di tumore entro i 50 anni (double hit) ● azioni di p53: contrasta la trasformazione neoplastica per - induzione arresto temporaneo del ciclo (quiescenza) - arresto permanente del ciclo (senescenza) - induzione della morte cellulare programmata (apoptosi) 53 54 didascalia figura 52 A, The role of p53 in maintaining the integrity of the genome. Activation of normal p53 by DNA-damaging agents or by hypoxia leads to cell cycle arrest in G1and induction of DNA repair, by transcriptional up-regulation of the cyclin-dependent kinase inhibitorCDKN1A (p21) and the GADD45 genes. Successful repair of DNA allows cells to proceed with the cell cycle; if DNA repair fails, p53 triggers either apoptosis or senescence. In cells with loss or mutations of p53, DNA damage does not induce cell cycle arrest or DNA repair, and genetically damaged cells proliferate, giving rise eventually to malignant neoplasms. B, p53 mediates gene repression by activating transcription of miRNAs. p53 activates transcription of the mir34 family of miRNAs. mir34s repress translation of both proliferative genes, such as cyclins, and anti-apoptotic genes, such as BCL2. Repression of these genes can promote either quiescence or senescence as well as apoptosis. 55 genoma del papilloma virus umano (HPV) 56 cancerogenesi - 3 ● evasione dall’apoptosi: in conseguenza della inattivazione di p53 o dell’attivazione di geni antiapoptotici ● potenziale replicativo illimitato: le cellule tumorali evitano la senescenza e l’inibizione delle mitosi (via della telomerasi) ● neoangiogenesi: i tumori soidi non possono crescere oltre 1-2 mm senza essere vascolarizzati (aumento di fattori angiogenetici e riduzione di inibitori) 57 BCL2 nei linfomi - 85% dei linfomi follicolari ha una t(14;18)(q32;q21) - che provoca iperespressione di BCL2 - che protegge i linfociti dalla apoptosi - la proteina BCL2 può essere ricercata (FISH) - questi linfomi si sviluppano più per diminuzione della apoptosi che per aumento della proliferazione - risentono poco della terapia 58 59 didascalia figura 57 Replication of somatic cells, which do not express telomerase, leads to shortened telomeres. In the presence of competent checkpoints, cells undergo arrest and enter nonreplicative senescence. In the absence of checkpoints, DNA-repair pathways are inappropriately activated, leading to the formation of dicentric chromosomes. At mitosis the dicentric chromosomes are pulled apart, generating random double-stranded breaks, which then activate DNA-repair pathways, leading to the random association of double-stranded ends and the formation, again, of dicentric chromosomes. Cells undergo numerous rounds of this bridge-fusionbreakage cycle, which generates massive chromosomal instability and numerous mutations. If cells fail to re-express telomerase, they eventually undergo mitotic catastrophe and death. Re-expression of telomerase allows the cells to escape the bridge-fusion-breakage cycle, thus promoting their survival and tumorigenesis. 60 bevacizumab VEGFR: Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 61 schema riassuntivo della cancerogenesi e della progressione neoplastica 62 crescita dei tumori - 1 una cellula di 10 micron deve andare incontro a 30 cicli per produrre 109 cellule, pari a 1 cm3 e 1 g di peso (slatentizzazione clinica) solo altri 10 cicli sono necessari per produrre 1012 cellule e 1 kg di peso (letale) alla diagnosi quindi la maggior parte dei tumori si trova verso la fine del loro ciclo vitale nell’ospite 63 modello gompertziano della crecita tumorale 64 crescita dei tumori - 2 la velocità di crescita di un tumore è determinata da: ● tempo di raddoppiamento delle cellule ● frazione di crescita: frazione di cellule che sono nel pool replicativo (2-3% o meno abitualmente, pari a quella del midollo e delle mucose intestinali) ● velocità con cui le cellule vengono liberate o perdute 65 crescita dei tumori - 3 ● in generale la produzione supera la perdita cellulare (accumulo) ● una elevata frazione di crescita si accompagna a maggiore malignità clinica e maggiore chemiosensibilità ● terapie combinate (radio + chemio, chirurgia + chemio) hanno lo scopo di spostare le cellule residue dalla fase G0 riportandole nel pool proliferativo 66 metàstaṡi s. f. [dal gr. μετάστασις «spostamento», comp. di μετα- «meta-» e tema di ἵστημι «porre, collocare»] ● i tumori benigni non metastatizzano mai ● i tumori maligni possono metastatizzare precocemente o, più frequentemente, tardivamente ● il 30% dei tumori maligni ha metastasi alla diagnosi ● la metastatizzazione dipende da numerosi fattori relativi al tumore e all’ospite ● gliomi e basaliomi cutanei metastatizzano molto raramente 67 68 vie di diffusione delle metastasi ● attraverso le cavità e le superfici del corpo: pleura, peritoneo, pericardio ● attraverso le vie linfatiche, secondo le naturali vie di drenaggio ● per via ematica: al fegato, al polmone, alle ossa, secondo la sede di partenza e il suo particolare apporto sanguigno ● a qualunque organo ● secondo particolari localizzazioni tessutospecifiche: ossa, encefalo, cuore, surreni 69 Floating Heart Metastasis. Nicola Mumoli, MD, Marco Cei, MD, et al. J Am Soc Echocardiogr 2006; 19:1293.e1-1293.e2 70