Il cancro (dal greco kàrkinos =
granchio) è un insieme molto complesso
ed eterogeneo di malattie, ma tutte le
cellule cancerose sono caratterizzate dalla
perdita di controllo della crescita
(proliferazione eccessiva) e
dall’acquisizione della capacità di
invadere altri organi o tessuti, talvolta
distanti dalla massa tumorale da cui sono
derivate (metastasi)
Cellule tumorali cellule che hanno perso
il controllo della crescita ed hanno acquisito la
capacità di moltiplicarsi senza limiti
Tumore benigno NON ha la capacità di
invadere altri tessuti e di dare metastasi
Tumore maligno o cancro ha proprietà
invasive (e metastatizzanti). Le cellule cancerose
conservano parte delle caratteristiche funzionali
del tessuto da cui derivano
Le cellule di tumore maligni hanno
acquisito alcune caratteristiche fondamentali:
1.
2.
3.
4.
5.
Indipendenza da segnali di crescita esterni
Insensibilità a segnali antiproliferativi esterni
Capacità di evitare l’apoptosi
Capacità di replicazione indefinita
Capacità di stimolare angiogenesi e
vascolarizzazione
6. Capacità di invadere altri tessuti
Figure 3.7a The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)
Il cancro è una malattia genetica la
proliferazione cellulare è sotto controllo
genetico mutazioni (somatiche) di geni che
controllano questo complesso processo
possono trasformare una cellula normale in
una cellula tumorale
Solo una piccola frazione dei casi di cancro è
rappresentata da malattie genetiche in senso
classico
I possibili
destini
evolutivi
di una
cellula
Il destino evolutivo di una cellula è sotto il controllo di numerosi
fattori che possiamo MOLTO schematicamente suddividere in
STIMOLATORI e INIBITORI
Segnali
stimolatori
Segnali
inibitori
Bilanciamento tra proliferazione
e maturazione
Aumento non regolato
dei segnali stimolatori
proliferazione
incontrollata
Perdita dei segnali
inibitori
proliferazione
incontrollata
Il cancro può essere considerato una malattia
dell’invecchiamento: la probabilità di
contrarre il cancro aumenta in maniera
esponenziale con l’aumentare dell’età
Motivi:
• Accumulo di mutazioni
• Minore efficienza dei sistemi di controllo
Il cancro è fondamentalmente una malattia
dell’età post-riproduttiva per cui la pressione
selettiva contro di esso è molto bassa
una sola MUTAZIONE non può convertire una
cellula somatica normale in una cellula maligna
Nella maggior parte dei casi per
convertire una cellula normale in un
carcinoma invasivo sono necessarie 6-7
MUTAZIONI INDIPENDENTI
La probabilità teorica che ciò si
verifichi è quindi estremamente bassa:
1013 numero di cellule; 10-5-10-6 rate di
mutazione per cellula
Quali meccanismi rendono, non solo
possibile, ma anche relativamente
frequente il verificarsi di un evento
teoricamente molto improbabile?
Alcune mutazioni aumentano la proliferazione
cellulare e forniscono in tal modo un vantaggio
selettivo alla cellula in cui si è verificata una
popolazione di cellule target per la successiva
mutazione
Alcune mutazioni interessano geni coinvolti
nel mantenimento della stabilità dell’intero
genoma, sia a livello di DNA che di
cromosomi. In tal modo, aumenta il tasso di
mutazione complessivo (quindi anche
quello dei geni più direttamente
responsabili del fenotipo tumorale)
1919 scoperta del primo virus oncogeno
anni ‘60 individuazione del gene virale (v-onc)
responsabile dell’induzione del tumore
1976 dimostrazione che nel genoma di cellule
normali (anche in quello di cellule che
non sono mai state a contatto con il virus)
sono presenti geni omologhi ai v-onc
Questi geni sono stati chiamati c-onc (=
oncogeni cellulari) o proto-oncogeni,
mostrano un’elevata conservazione evolutiva
e sono espressi da cellule normali
svolgono funzioni essenziali
I proto-oncogeni quali funzioni svolgono
normalmente?
Classe eterogenea di geni che codificano per
segnali STIMOLATORI del ciclo cellulare,
comprendono:
1.
2.
3.
4.
5.
Fattori di crescita
Recettori di membrana per fattori di crescita
Proteine coinvolte nella trasduzione del segnale
Fattori di trascrizione in grado di legarsi al DNA
Cicline, chinasi ciclino-dipendenti e loro inibitori e
attivatori (= regolatori del ciclo cellulare)
FUNZIONI DEI PROTO-ONCOGENI CELLULARI
Meccanismo di attivazione dei recettori per fattori di crescita
Le proteine RAS
GTPase
Activating
Proteins
Guanine
nucleotide
Exchange
Factors
Modificata da The Biology of Cancer, Garland Science, 2006
Proto-oncogeni
Quali tipi di mutazioni trasformano un protooncogene in oncogene?
Le mutazioni oncogeniche sono mutazioni del tipo
‘acquisizione di funzione’ di varia natura e
generalmente sono dominanti:
1. Mutazioni puntiformi che cambiano le proprietà
della proteina codificata
2. Amplificazione genica (anche centinaia di copie)
3. Traslocazioni di segmenti cromosomici che
portano il proto-oncogene in regioni
trascrizionalmente attive
4. Traslocazioni cromosomiche che creano geni
chimerici
Mutazioni che trasformano un proto-oncogene
in oncogene (mutazioni oncogèniche)
Mutazioni che trasformano un protooncogene in oncogene: mutazioni puntiformi
in sequenze codificanti
Singola
Sostituzione
Nucleotidica
MisSense
Delezione
parziale
Figure 5.12a The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)
Traslocazione 9-22(q34;q11) formazione del
cromosoma Philadelphia (leucemia mieloide
cronica): creazione di un gene chimerico
Il cromosoma
Philadelphia è un
piccolo cromosoma
acrocentrico
presente nel 90% dei
pazienti affetti da
leucemia mieloide
cronica
Il gene di fusione
BCR/ABL produce
una proteina simile a
quella prodotta da
ABL, ma
costitutivamente
attiva
Traslocazione di un oncogene in un
dominio trascrizionalmente attivo
Traslocazione 8-14(q24;q32),
presente nell’80-85% dei pazienti
affetti da linfoma di Burkitt
Il restante 15-20% dei pazienti
presenta la traslocazione
2-8(q11;q24) o la 8-22(q24;q11)
Sul cromosoma 8 (nella regione
q24) si trova l’oncogene MYC, sui
cromosomi 14, 2 e 22 si trovano i
geni per le catene pesanti e
leggere delle immunoglobuline,
cioè geni espressi a livelli molto
elevati nei linfociti B
MYC, traslocato in una regione
trascrizionalmente attiva, viene
sovraespresso
L’altra categoria di geni coinvolti nella
trasformazione tumorale è quella dei geni
soppressori di tumore (geni TS = Tumor
Suppressor)
La loro esistenza è stata ipotizzata sulla base di:
1. Esperimenti di fusione in vitro tra cellule
normali e cellule tumorali talvolta si ha la
correzione del fenotipo trasformato e
restaurazione di un fenotipo normale;
2. Esistenza di tumori caratterizzati da piccole
specifiche delezioni in omozigosi;
3. Studi sulle rare forme di tumori ereditari
1971 studi di Knudson sul Retinoblastoma
Raro tumore infantile dei retinoblasti (ca. 1/20000 nati)
60% forme sporadiche, unilaterali e monofocali
età di insorgenza media: 29 mesi
40% forme ereditarie, trasmissione AD a
penetranza incompleta ma comunque molto
elevata, bilaterali e multifocali, età di
insorgenza media: 15 mesi
IPOTESI DEI DUE COLPI
Il tumore insorge quando entrambe le copie del
gene Rb subiscono una mutazione inattivante
Nei casi sporadici devono verificarsi 2 eventi
mutazionali nello ‘stesso’ retinoblasto
Nei casi ereditari TUTTE le cellule sono
portatrici di una mutazione a carico di Rb, è
quindi sufficiente 1 solo evento mutazionale
(a carico del secondo allele)
Retinoblastoma bilaterale
Retinoblastoma unilaterale
Rischio più elevato di avere altri
tipi tumori
Non aumenta il rischio di
avere altri tumori
Insorgenza precoce
Insorgenza più tardiva
no. retinoblasti ca. 106, tasso mutazione per gene per cellula ca. 10-5
Meccanismi mutazionali responsabili del
‘secondo colpo’ (studi su casi di tumore ereditari)
Il secondo colpo può essere anche rappresentato da ipermetilazione del
promotore o di altre regioni di controllo dell’espressione genica
Il gene RB1 è localizzato sul cromosoma 13 e, in una
piccola percentuale di pazienti, la mutazione ereditaria
è dovuta ad una delezione o a una traslocazione di
questa porzione del cromosoma
Il gene RB1 è espresso in molti altri tessuti oltre alla
retina, ma la perdita di RB1 è in grado di “iniziare”
tumori precoci solo nella retina e, più tardi nella vita, in
pochi altri siti secondari (sarcomi, fibrosarcomi e melanomi)
Il prodotto del gene RB1 è la proteina p110 Rb1 (110 kDa):
è una fosfoproteina che viene ipo- (forma attiva) o
iperfosforilata nei diversi stadi del ciclo cellulare ed ha
un’importanza cruciale nel punto di controllo G1-S
Lo studio di altri tipi di tumori ereditari ha portato
all’identificazione di numerosi geni TS
Qual è normalmente la funzione dei geni TS ?
Classe molto eterogenea, producono fattori INIBITORI del
ciclo cellulari o fattori pro-apoptotici o fattori coinvolti
nel mantenimento della stabilità del genoma:
- geni direttamente coinvolti nella regolazione del ciclo
cellulare; es. RB1 (p110); TP53 (p53)
- geni coinvolti nella inibizione della crescita da contatto
cellula-cellula; es. NF2 (Nf2)
- geni coinvolti nella riparazione dei danni al DNA e nel
mantenimento della integrità genomica; es. BRCA1 e
BRCA2 (Brca1 e Brca2); MLH1 e MLH2 (Mlh1 e Mlh2)
(G0)
Due punti di controllo principali: G1-S e G2-M
I principali geni TS:
RB1 produce la proteina pRB, è espresso in tutti i tessuti.
La forma attiva è defosforilata e blocca la
trascrizione di E2F1 gene fondamentale per il
passaggio G1-S. La sua inattivazione (tramite
fosforilazione) è finemente regolata da una
complessa rete di cicline e di chinasi ciclinadipendenti e consente alla cellula di entrare in fase S
Mutazioni di RB1 sono coinvolte principalmente in tumori
delle ossa e nel retinoblastoma
TP53 produce la proteina p53 che svolge numerose
funzioni. E’ stato definito ‘guardiano del genoma’, è
fortemente coinvolta nel checkpoint G1-S blocca
le cellule con un DNA danneggiato consentendo la
riparazione del danno o inducendo la cellula ad
andare in apoptosi
Le mutazioni di TP53 costituiscono probabilmente il più
frequente singolo cambiamento genetico coinvolto
nella trasformazione tumorale
Mutazioni germinali di TP53 sono responsabili della
Sindrome di Li-Fraumeni (trasmissione AD, tumori
multipli)
CDKN2A codifica per 2 proteine strutturalmente non correlate
p16 (o INK4A) agisce a monte di RB1: inattiva le chinasi che
fosforilano pRB (forma inattiva). La sua assenza causa quindi,
indirettamente, un aumento della fosforilazione di pRB, cioè della
sua forma inattiva
p14 (o ARF) blocca il gene MDM2 che, a sua volta, blocca p53 (la lega e
la degrada); quindi l’assenza di p14 causa, in maniera indiretta , la
diminuzione di p53
Proliferazione e differenziamento cellulare sono
sotto stretto controllo genetico, i geni coinvolti
sono numerosi così come le vie di controllo che
sono oltre tutto interconnesse e parzialmente
ridondanti. Alcuni geni (e alcune vie) sono
espressi in modo specifico in uno o pochi tipi
cellulari, mentre altri hanno un’espressione
sostanzialmente ubiquitaria.
L’interruzione di una determinata via potrebbe
avere effetti diversi in tipi cellulari diversi e
indurre l’attivazione di una via alternativa solo
in un determinato tessuto.
Il destino
evolutivo di
una cellula è
determinato da
una complessa
rete di
interazioni
parzialmente
ridondanti
E’ estremamente difficile prevedere le
conseguenze che specifiche mutazioni
possono avere in specifici tessuti
