L’aumento dei casi di CANCRO nel XX secolo, è una
conseguenza di vari fattori:
- la diminuzione delle malattie infettive
- l’allungamento della vita
- l’aumento degli inquinanti ambientali
È considerata cancerosa una cellula che ha perso il controllo della sua
crescita
L’origine del cancro è CLONALE (si origina cioè da una SINGOLA
CELLULA) -> si tratta di una cellula SOMATICA che ha accumulato
MUTAZIONI in diversi geni che provocano la perdita del CONTROLLO
DELLA PROLIFERAZIONE CELLULARE
Alcuni tumori continuano a crescere nel sito di origine, altri producono
cellule che migrano in altri siti e generano tumori secondari
(METASTASI)
Sono state identificate finora più di 200 tipi di sindromi cancerose che
interessano quasi tutti i tipi di cellule, tessuti e organi
Un tipo di cancro viene di solito classificato secondo il suo sito di
insorgenza iniziale (primario):
85% sono carcinomi e si orginano da cellule che costituiscono organi e
tessuti
I tipi di cancro dei tessuti ghiandolari si dicono adenocarcinomi e quelli delle
cellule non neuronali dell’encefalo sono i gliomi e astrocitomi.
2% sono sarcomi che si originano da cellule del tessuto connettivo, osseo,
muscolare
5% sono linfomi che si originano da leucociti della milza e dei linfonodi
3% sono leucemie che si originano da leucociti del sangue
I mielomi sono i tumori delle cellule plasmatiche
Relazione tra età e frequenza di tumori
La frequenza di molti tumori aumenta esponenzialmente con l ’ età.
Riportando la frequenza dei tumori in funzione dell’età dei pazienti, la
relazione risulta LINEARE
Un tumore deriva da divisioni ripetute
di un’unica cellula mutante che ha perduto
la regolazione della crescita
Un cambio nel DNA di una sola cellula è responsabile
dell’insorgenza del tumore (origine monoclonale)
L’origine CLONALE di un tumore è stata proposta a seguito
di alcune osservazioni:
1)Femmine con vari tipi di tumori ed eterozigoti per i due alleli
della G6PD, nelle loro cellule esprimono solo uno dei due
alleli
2) In alcune LEUCEMIE MIELOIDI compare sempre un
cromosoma 22 più piccolo -> chiamato cromosoma
Philadelphia. Questa particolare anomalia è riscontrata in
tutte le cellule tumorali del soggetto che presenta la leucemia
La continua proliferazione delle cellule TRASFORMATE di un
clone porta ad accumulo di ANOMALIE CROMOSOMICHE:
cromosomi aggiuntivi, mancanti, delezioni, duplicazioni e
traslocazioni.
Le anomalie cromosomiche, riscontrate nelle cellule
cancerose dello stesso individuo o tra individui che
presentano lo stesso tipo di cancro, possono essere diverse.
L’accumulo di anomalie cromosomiche è chiaramente una
conseguenza della divisione cellulare incontrollata
È stata necessaria la convergenza di vari approcci per porre le basi per la
comprensione delle BASI MOLECOLARI DEL CANCRO:
•analisi citogenetiche per le leucemie nell’uomo
•studi su forme di cancro indotte da retrovirus in roditori e altri animali
•tecniche del DNA ricombinante
Era noto già all’inizio del XX secolo che nelle cellule cancerose erano
presenti delle ANOMALIE CROMOSOMICHE.
Alcuni però sostenevano che sia la perdita di cromosomi che le anomalie
strutturali fossero le conseguenze del cancro.
Altri ipotizzavano che ne fossero la causa.
Questi aspetti sono stati chiariti negli anni ‘70
A parte l ’ elevato numero di anomalie cromosomiche casuali che si
ritrovano nelle cellule cancerose, un piccolo numero di ABERRAZIONI
CROMOSOMICHE si ritrovano regolarmente in alcuni tipi di tumore, in
particolare nelle leucemie.
Un esempio è la Leucemia Mieloide Cronica (CML) che risulta
frequentemente associata all’apparente delezione del braccio lungo del
cromosoma 22.
Il cromosoma 22 anomalo in questa malattia è stato denominato
cromosoma “Philadelphia”
Il cromosoma Philadelphia in realtà è il prodotto di
una traslocazione reciproca tra il cromosoma 22 e il
cromosoma 9 oppure il cromosoma 8
Associazione tra traslocazioni cromosomiche e leucemie umane
Studi sui cariotipi di cellule tumorali rivelarono che alcune forme di cancro avevano LE
STESSE ABERRAZIONI CROMOSOMICHE.
L’esempio più impressionante era offerto proprio dalla Leucemia Mieloide Cronica (CML) in
cui più del 90% dei pazienti avevano una traslocazione tra i cromosomi 9 e 22 oppure 8 e 22 (
cromosoma precedentemente denominato Philadelphia).
Anche in altre leucemie furono osservate specifiche traslocazioni ma non nella misura del
cromosoma Philadelphia nei pazienti con CML
Leucemia
Traslocazione cromosomica
L’associazione di specifiche anomalie cromosomiche a specifiche forme di cancro indicava
un’associazione di causa-effetto.
Non si sapeva però quali geni fossero alterati o deregolati dalle varie traslocazioni
I ricercatori sapevano da anni che numerosi virus, sia a DNA che ad RNA,
specie-specifici potevano causare forme di cancro in vari organismi anche
se raramente sono la causa di cancro nell’uomo.
Questi virus sono stati estremamente utili per la comprensione dell’origine
genetica del cancro nell’uomo.
Virus del sarcoma di Rous (RETROVIRUS) determina
l’insorgenza del sarcoma nel pollo
Generico ciclo vitale di un retrovirus
LTR
GAG
Proteine
strutturali
interne
Glicoproteine dell’involucro esterno
Proteine strutturali interne
Reverse trascrittasi
RNA del virus
POL
Reverse
trascrittasi
ENV
Glicoproteine
dell’involucro
esterno
LTR
Virus del sarcoma di Rous
La capacità trasformante del virus del sarcoma di Rous era SEPARABILE dalla capacità
riproduttiva del virus che determinava il tumore
Questo gene è stato identificato ed è stato chiamato v-src; è stato anche definito ONCOGENE
perché quando introdotto in una cellula la poteva trasformare.
LTR
GAG
POL
ENV
LTR
GAG
POL
ENV
V-SRC
LTR
LTR
Si vide poi in seguito che questo gene era presente anche nel genoma di pollo ed a questo è
stato dato il nome di c-src ed è stato definito un proto-oncogene.
Il retrovirus normale durante un ciclo di infezione nelle cellule di pollo si è portato dietro un
pezzo del genoma dell’ospite contenente il gene c-src e si è trasformato in un virus oncogeno.
Tra le due sequenze ci sono delle differenze che sono la causa del tumore: il protooncogene,
presente normalmente nelle cellule dell’organismo, in seguito al suo passaggio nel genoma
virale, ha subito mutazioni ed è quindi diventato un ONCOGENE
Cambiamenti nelle cellule in coltura trasformate da virus oncogeni
Anomalie relative alla membrana plasmatica
•Aumento del trasporto di metaboliti
•Elevata produzione di attivatore del plasminogeno che esalta la proteolisi
extracellulare
•Eccessiva bollosità della membrana plasmatica
Anomalie della adesività
•Diminuita adesione alle superfici, le cellule rimangono tondeggianti
•Incapacità dei filamenti di actina di organizzarsi in grossi fasci
•Scarsa deposizione di fibronectina extracellulare
Anomalie nell’accrescimento e nella divisione
•Accrescimento sino a raggiungere una densità cellulare insolitamente alta
•Diminuita richiesta di fattori di accrescimento nel siero
•Diminuita necessità di ancorarsi (le cellule possono crescere senza necessità di
distendersi su una superficie solida)
•Le cellule provocano tumori se vengono iniettate in animali sensibili
Alcuni virus oncogeni
Retrovirus
Virus del sarcoma di Rous
Virus del sarcoma dei felini
Virus della mieloblastosi aviaria
Virus della mieloblastosi aviaria
MC29
Virus del sarcoma aviario
Virus del sarcoma Gardner-Rashid
dei felini
Virus del sarcoma della scimmia
Virus dell’osteosarcoma murino
di Finkel,Biskis e Jinkins
Virus dell’eritroblastosi aviaria
Virus di Sloan-Kettering
Virus della leucemia murina
di Abelson
Virus del sarcoma aviario UR2
Virus del sarcoma murino
di Moloney
Virus della reticoloendoteliosi aviaria
Virus del sarcoma murino di Harvey
Virus del sarcoma murino di Kirsten
v-oncogene
origine
v-src
v-fes
v-myb
v-myc
Pollo
Felini
Pollo
Pollo
v-yes
v-fgr
Pollo
Felini
v-sis
v-fos
v-erbA
v-ski
v-abl
Sarcoma
Sarcoma
Mieloblastosi
Leucemia
Sarcoma
Sarcoma
Scimmia
Topo
Pollo
v-ros
v-mos
v-rel
v-Hras
v-Kras
Tipo di cancro
Eritroblastosi
Pollo
Topo
Carcinoma
Leucemia
Pollo
Topo
Sarcoma
Sarcoma
Tacchino
Ratto
Ratto
Sarcoma
Osteosarcoma
Leucosi linfoide
Sarcoma
Sarcoma
Gli ONCOGENI identificati nei retrovirus hanno
omologhi nei genomi di tutti i vertebrati
compreso l ’ uomo, questi geni sono stati
chiamati proto-oncogeni
Come mai gli organismi mantengono
certi geni che possono risultare
pericolosi?
Proliferazione cellulare e cancro
Durante lo sviluppo di un organismo ci sono molti processi finemente
controllati che regolano il numero delle divisioni cellulari e che, se alterati,
possono provocare il cancro:
- proliferazione cellulare
- quiescenza
- apoptosi
- l’ attivazione di cellule quiescenti ad opera
extracellulari (FATTORI DI CRESCITA)
di
fattori
Dopo l’embriogenesi, in condizioni normali, la maggior parte delle cellule
sono in uno stato di quiescenza, detto G0, durante il quale non si dividono.
Alcune continuano a dividersi secondo necessità e l’APOPTOSI assicura
che non ci sia un eccessivo accumulo di cellule in alcuni tessuti o organi
Proliferazione cellulare in condizioni di normalità
Interphase
G0
Fattori di crescita attraverso vie di
trasduzione
del
segnale
ATTIVANO il passaggio delle
cellule dallo stato G0 al G1
Si
stabilisce
un
equilibrio
tra
proliferazione, stato di quiescenza e
apoptosi
Via di trasduzione del segnale mediata da ras
Se c’è una mutazione nel gene ras……..
Ras si ATTIVA
Amminoacido 10
Amminoacido
15
DNA del gene ras
di tipo selvatico
DNA dell’oncogene ras
Gly Ala Gly Gly Val Gly
GGC GCC GGC GGT GTG GGC
GTC
La proteina Ras risulta sempre attiva
ELK1 FOS
JUN
Attivazione di ras
Ras inattiva
GAP
NF-1
Ras attiva
L’oncoproteina Ras resta
bloccata nello stato attivo
se c’è la mutazione e il
segnale diventa continuo
Forma sempre attiva anche
senza segnali esterni (via
della
trasduzione
del
segnale)
È attivata una serina/treonina
chinasi a valle
L ’ interazione
con
SOS
stimola
lo
scambio GDPGTP
Espressione delle cicline durante il ciclo cellulare
La ciclina D1 si accumula precocemente nella fase G1 ed è espressa a livelli costanti
La ciclina E si accumula in G1 raggiunge un picco e diminuisce a metà della fase S
La ciclina D2 inizia ad accumularsi nella seconda metà di G1 raggiunge un picco
La ciclina A compare in tarda fase G1, si accumula in fase S; ha un picco nel momento di
transizione G2/M e diminuisce rapidamente in fase M
La ciclina B segue un po’ sfalsata la ciclina A
Ciclina B
La ciclina B inizia ad accumularsi in fase S; ha un picco nel momento di transizione G2/M e
diminuisce rapidamente in fase M: la ciclina B favorisce il passaggio alla mitosi
La transizione dalla fase G2 alla fase M è controllata dalla ciclina B e da
un’altra proteina: CDK1. Queste molecole interagiscono per formare un
complesso che fosforila componenti cellulari. Questi a loro volta danno
origine ai cambiamenti biochimici e strutturali necessari per la mitosi
Funzioni dei protooncogeni (ciclo cellulare)
Fattori di crescita (PDGF->sis)
Recettori dei fattori di crescita
recettori per PDGF, EGF ->erb-B
Proteine Kinasi associate alle
membrane
src C-kinase
Trasduzione del segnale
H-ras
Kinasi citoplasmatiche
raf
Fattori di trascrizione
jun
DNA
Proteine che promuovono
la proliferazione cellulare
Altri fattori di trascrizione
fos
Fattore di crescita
-fattori di crescita (sis) e recettori (erb-B)
-proteine kinasi (src)
-trasduzione del segnale (H-ras)
C
-fattori nucleari (myc, fos, jun ecc.)
Aberrazioni cromosomiche e tumori
Ciò che fu fondamentale per compiere un grosso passo in avanti nell’identificazione di quali
geni fossero alterati nelle traslocazioni eventualmente responsabili dei tumori, fu la scoperta
che la posizione dei PROTO-ONCOGENI umani omologhi agli oncogeni virali coincidessero
con i punti di rottura della traslocazioni presenti in varie leucemie.
L’oncogene v-abl (gene ritrovato nel virus della leucemia murina di Abelson) identificava il
gene ABL umano omologo localizzato sul cromosoma 9 in posizione 9q34.1 che corrisponde
proprio al sito coinvolto nella traslocazione del cromosoma Philadelphia e che codifica per una
fattore di trasduzione del segnale.
Si poteva quindi dedurre che fosse proprio un’alterazione del
gene ABL a contribuire alla leucemia.
Cromosoma Philadelphia
Traslocazione
In realtà la traslocazione t (9;22) determina la fusione del proto-oncogene c-ABL con il gene BCR, sul
cromosoma 22 (è una serina-treonina chinasi, la cui funzione non è ancora completamente chiarita). La
proteina ABL ha attività di tirosina-chinasi e quindi la proteina di fusione è una potente molecola ibrida
che attiva impropriamente vie di trasduzione del segnale e porta le cellule a sfuggire al controllo del
ciclo cellulare, contribuendo allo sviluppo della Leucemia Mieloide Cronica (CML)
Gene di fusione che si origina a seguito della traslocazione t (9;22)
La traslocazione corrispondente al cromosoma
Philadelphia (Ph1) crea un gene chimerico che ha
il promotore e la prima parte del gene BCR, viene
sempre espresso e determina la:
LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA
Conseguenze di varie traslocazioni che coinvolgono il gene myc
Queste traslocazioni portano il gene myc in
vicinanza di enhancer per l ’ espressione
delle catene sia leggere che pesanti delle
immunoglobuline, lasciando quindi che il
gene myc si esprima costitutivamente
LINFOMA DI BURKITT
Gene Bcl-2 e la leucemia linfocitica cronica (CLL)
Centromero
Punto di rottura
Enhancer dell’ IGH
Cromosoma
umano 14
Gene per la catena pesante
dell’immunoglobulina IGH
Non attivo nei linfociti
Cromosoma
umano 18
Gene bcl-2
Punto di rottura
Riunione dei punti di rottura
Attivo nei linfociti B
Traslocazione
14,18
Il gene bcl-2 risulta sempre attivato nei linfociti (in cui normalmente non è
espresso), il gene bcl-2 è importante per l’apoptosi e di conseguenza
l’apoptosi in queste cellule è bloccata
Bcl-2, BAX, p53 e controllo dell’apoptosi
Globulo bianco
che sta andando
incontro
ad apoptosi
Globulo bianco
normale
Le concentrazioni relative delle proteine Bcl-2 e BAX regolano l’apoptosi. Una cellula normale contiene
Bcl-2 e BAX in equilibrio, che formano eterodimeri inattivi. Un eccesso di Bcl-2 dà origine a omodimeri
BCL-2, che prevengono l’apoptosi. Le cellule tumorali che sovraesprimono Bcl-2 sono resistenti alle
chemioterapie e alla radioterapia. Un eccesso relativo di BAX dà origine a omodimeri BAX che inducono
l’apoptosi.
Nelle cellule normali, la proteina p53 attivata induce la trascrizione di BAX e inibisce la trascrizione di BCL2, portando la cellula alla morte. In molte cellule tumorali, la p53 è difettiva per cui è preclusa la via che
rimuove le cellule tumorali tramite l’apoptosi
Oncogene
Funzione
nella cellula normale
Cancro
Oncogeni
Protooncogene
H-ras
c-erbB
c-myc
c-fos
c-kit
c-raf
RAR-
E6
MDM2
cicline
CDK2;4
funzione normale
Alterazioni nel cancro
Tumori associati
ONCOGENI -> agiscono in maniera dominante; sono causa di forme
sporadiche di tumori
-Fattori di crescita (GF)
-Recettori dei fattori di crescita
-Componenti della trasduzione del segnale intracellulare (ras)
-Fattori di trascrizione (myc)
-Regolatori del ciclo cellulare (cicline)
Meccanismi di attivazione degli oncogeni
Differenti tipi di alterazioni genomiche possono avere effetti
oncogeni.
-Amplificazione genica
-Mutazioni puntiformi
-Creazione di geni chimerici (traslocazione 9; 22), come BCR-ABL
-Traslocazione di geni in regioni cromosomiche trascrizionalmente attive (mycIGH)
Oltre alle proteine necessarie per l ’ attivazione della
proliferazione cellulare, del ciclo di divisione e dell’apoptosi ce
ne sono altre che controllano le proteine attivatrici e ce ne
sono ancora altre che sono necessarie a riparare eventuali
danni a carico del DNA genomico e contribuire così a
prevenire il cancro (ANTIONCOGENI).
