Agenti chimici Agenti fisici Agenti biologici
PROTONCOGENI
(Gene normale)
altamente conservati nelle varie specie nel
corso dell’evoluzione
i loro prodotti esplicano funzioni essenziali
ONCOGENI
geni capaci di indurre lo sviluppo di un
tumore
producono proteine abnormi nella struttura
e nella funzione
Dominanti
Recessivi
Immortalizzazione
Trasformazione
Progressione neoplastica
Alterata struttura
Alterata regolazione
1911-Peyton Rous discovers a “filterable agent”
in extracts of chicken tumors that can induce
new tumors when injected into otherwise normal
chickens. (Nobel Prize)
Filterable substance is later identified as a virus
that had an RNA genome instead of DNA and is
thus termed a “retrovirus”.
Retroviruses have three basic genes:
Group Antigen Gene (GAG), nucleo-capside
a special Polymerase (POL), RT
and viral envelop proteins (ENV).
1970-Temin and Baltimore discovered that
the POL enzyme can “reverse-transcribe”
or direct DNA synthesis from an RNA
template (Nobel Prize).
Two types of the retroviruses identified:
transforming and non-transforming.
1970-Isolation of an additional genetic
element termed SRC from transforming
Rous sarcoma viruses that is directly
responsible for causing cancer
(an oncogene).
Ciclo vitale del Virus del Sarcoma di Rous che contiene l’oncogene src
L’oncogene src codifica per una proteina di pm 60000 è una protein-chinasi
Ha un’attività enzimatica che attaccava ioni fosfato
agli aminoacidi di altre proteine substrato, in particolare alla tirosina
(generalmente la fosforilazione avviene in treo e ser)
Le sequenze virali:v-onc furono identificate non solo nel pollo
ma anche in altre specie filogeneticamente lontane
1976-Varmus and Bishop discovered that normal cells
contain a homolog of the oncogene v-src.
Thus, all normal cells contain potential cancer causing
genes (Nobel Prize).
All v-onc genes have normal cellular homologs.
1983-Hanafusa elucidated the mechanism by which
normal cellular oncogenes are acquired by
retroviruses.
Gli oncogèni sono presenti in tutte le cellule normali,
necessariamente essi devono servire
a funzioni estremamente importanti e fondamentali
Pertanto i virus oncogeni non erano più da considerarsi
entità biologiche comparse prima delle cellule eucariotiche,
ma al contrario
dovevano costituire una forma biologica evolutasi successivamente,
per favorire lo scambio di informazioni genetiche
tra diverse specie animali e vegetali (Dulbecco 1984).
Durante l’evoluzione alcuni retrovirus privi di v-onc hanno acquisito
tali geni dalle loro cellule ospiti per ricombinazione genica durante
la replicazione virale
Gli stessi retrovirus possono poi reintrodurli nelle cellule ospiti infettate
v-onc
Retrovirus lenti
C-myc
Ltr del virus codifica per i prodotti virali che vanno a controllare
in modo anomalo funzioni essenziale della cellula
Retrovirus trsformanti acuti
V-onc
1982-Weinburg transforms mouse
fibroblasts with human DNA derived from
bladder carcinoma cells.
Those cells that become transformed have
a human gene homologous to v-ras.
First demonstration that an oncogene can
cause human cancer.
Over 50 oncogenes and proto-oncogenes
have been identified by studying oncogenic
viruses and transforming genes from
human and animal tumors.
Studi ulteriori hanno dimostrato la presenza nelle cellule normali di:
Esistono nel genoma umano protooncogeni mai trasferiti a retrovirus
Questi geni sono presenti nelle cellule tumorali
Amplificati
o
Mutati
Geni per l’immortalizzazione
Geni per l’apoptosi
Geni per il controllo dell’angiogenesi
Geni per l’invasività
Geni per le metastasi
Geni per favorire l’accumulo di mutazioni
Meccanismi di attivazione degli oncogeni e
loro effetti sull’espressione genica
Meccanismi di riparazione del DNA
Oncogeni
Amplificatione genica
Overexpressione genica
Mutatione attivante
Geni oncosoppressori
CANCRO
Alterazioni epigenetiche
Ipermetilazione dei promoter
Deletione
Mutatione inattivante
Ipermetilazione
Un retrovirus può convertire un proto-oncogene a un oncogene
alterando le sequenze geniche
La proteina codificata avrà un’attività abnorme
Un proto-oncogene può diventare oncogene
quando è spostato sotto il controllo
di promoter o enhancer del genoma virale
Es: ras
Proliferazione
Mutazioni puntiformi dei geni della famiglia RAS sono l’anomalia singola
più comune di oncogeni trasmesse
come caratteri autosomici domananti nei tumori umani (15-20%)
Nelle cellule tumorali possono essere presenti molte copie dello
stesso gene sia geni normali sia geni mutati
C-myc
microcitoma
N-myc
neuroblastoma
Trasferimento di un
frammento di cromosoma
Tumori mesenchimali
(Recombinasi)
Traslocazione c-myc
Controllo ciclo cellulare alterato
Linfoma di Burkitt
traslocazione di c-myc
-t (8,14) (90% dei casi)
-t (8,2)
-t (8, 22)
Leucemia linfoide acuta a cell T
Traslocazione (8.14) della catena α
del TCR in contatto con c-myc
Inserzione del gene trasferito
sul sito di un altro gene
Gene ibrido
Prodotto abnorme
Leucemia mieloide cronica t(9,22)
(q34, q11)
Il protooncogene abl viene
traslocato e fuso in un sito bcr
(Breackpoint Cluster Region)
Il prodotto bcr/abl è una proteina
p210 con una potente attività
tirosinchinasica
Leucemia mielomonocitica acuta,
unv 16 (p16,q22)
Leucemia mieloide acuta
Inv 3 (q21,q26)
Linfomi a cell T
Inv 14 (q11,q32)
Eventi epigenetici:
Sono ereditati dalle cellule figlie
ma non sono dovuti ad alterazione dell’informazione genetica
Attività telomerasica
Siti fragili
Instabilità cromosomica
di alcune regioni ricche di CGG O CCG
Metilazione
Possono agire singolarmente o in sinergia
Alcuni sono segnali negativi
Proteine aberranti con omologie con i GF
Eccesso di GF
Innesco di un meccanismo autocrino
di stimolazione alla proliferazione
Es: p28 sis omologo PDGF
Cellule (coinvolte nella riparazione
dei tessuti: fibroblasti,
endoteliociti, c muscolari lisce)
con recettori per il PDGF
continuamente stimolate
Glioblastomi producono
PDGF e rec PDGF
Sarcoma:Scimmia, gatto
Spesso altri oncogeni inducono iperespressione (ras) di GF e rec GF
Le cellule mostrano un elevato n° di recettori
per amplificazione
oppure
possono mostrare recettori
strutturalmente e funzionalmente aberranti
GUADAGNO DI FUNZIONE
Recettori Tirosinchinasici: poco espressi nelle cellule normali
AEV erb-b recettore troncato
dell’EGF
AEV erb-a recettore per l’ormone
tiroideo
Sarcoma felino v-fms forma del rec di
MCSF
Sarcoma felini v-kit forme attiva del
rec per Stem Cell Factor
ERB B1, gene normalke del EGFR è iperespresso:
80% del ca squamocellulare del polmone, 50% glioblastomi, 80-100% t. testa-collo
ERB B2, HER-2/NEU è amplificato:
25% ca mammella e ovaio, polmone, stomaco e ghiandole salivari
Monoclonali che contrastano
l’attività di EGFR
CETUXIMAB
ERLOTINIB
GEFINITIB
RET è normalmente espresso nelle c neuroendocrine e
interagisce con il fattore neurotrofico derivato dalle c gliale
promuovendo la sopravvivenza cellulare
durante lo sviluppo neuronale
RET è normalmente espresso in cellule neuroendocrine:
CelluleC parafollicolari della tiroide
Cellule della Midollare del Surrene
Cellule parafollicolari
Mutazione del recettore ret trasmessa per via germinale
Carattere autosomico dominante
Neoplasie del sistema endocrino
MEN-2B
MEN-2A: ca midollare della tiroide, surrene e paratiroidi
MEN-2B: ca tiroide e surrene
MEN-2B
1.Interazione ligando-recettore
2. Riorganizzazione del recettore e autofosforilazione
delle strutture intracitoplasmatiche
3. Interazione con proteine citoplasmatiche
4. Messaggio nel nucleo
Oncogeni codificano:
Proteine leganti la guanosina trifosfato
e
Protein chinasi di tipo non recettoriale
Proteine G eterotrimeriche legano nucleotidi guanilici
Ras- mutato
legano GPT più a lungo
diversa attività GTPasica
Mutazioni ras ubiquitarie nei tumori solidi, linfoidi e mieloidi
K-ras: sarcoma murino indotto dal virus di Kirsten
H-ras: sarcoma murino indotto dal virus di Harvey
N-ras: neuroblastomi e carcinomi presenti anche nell’uomo
Riduzione dell’attività GTPasica
Le mutazioni di ras si manifestano
Facilitazione del distacco di GDP
Alcuni tumori hanno
mutazioni in proteine
presenti sulla via di ras
Le proteine di ras fungono da mediatori tra i recettori per i GF
e gli effettori mitogenici coinvolti a valle
nella proliferazione e nel differenziamento cellulare
Mutazioni dei geni ras sono coinvolti nel processo
di iniziazione della cancerogenesi
Modello di cancerogenesi di Beremblum
Ras mutato o alterazioni a monte
si riscontrano nel 15-20% dei tumori umani
90% adenocarcinomi e colangiocarcinomi del pancreas
50% ca colon, endometrio e tiroide
30% adenocarcinomi del polmone e leucemie mieloidi
RAS
Le proteine ras sono un componente essenziale nei meccanismi di segnale
tra i recettori per i fattori di crescita e i loro effettori.
I geni della famiglia ras codificano per proteine ad alta omologia
Le proteine di ras sono delle proteine G, piccole GTPasi
Controllano meccanismi molecolari molto complessi
Mutazioni di ras sono state evidenziate in numerosi tipi di tumore
Nell’uomo sono stati isolati
tre geni altamente omologhi .
Hras, Kras e Nras
che codificano per
tre proteine di PM21kDa
Le tre isoforme correlano
in modo diverso
con le varie neoplasie
e con la prognosi
Alcune mutazioni
di queste isoforme ricorrono
più frequentemente
nei diversi tumori
L’attività tirosin-chinasica nelle cellule normali è scarsa
L’aumento di fosfotirosina è un marker di malignità
Substrati di proteine con attività
tirosichinasica possono essere:
Enzimi
Proteine di trasporto
Proteine del citoscheletro
Proteine di adesione
Fattori di trascrizione
Pp60del virus sarcoma di Rous
Sito di regolazione
Delezione Tyr527
Riarrangiamento e attivazione dell’attività chinasica
Fattori che controllano direttamente la regolazione di geni,
legando specifiche sequenze di DNA
jun
fos
Activator Protein 1 (AP-1)
È un fattore di trascrizione costituito da fos e
jun
Regolato da una serie di fattori:
citochine. fattori di crescita, stress, infezioni
batteriche e virali
Controlla numerose funzioni cellulari:
proliferazione, differenziazione e apoptosi
Traslocazioni cromosomiche attivano fattori di trascrizione
MYC è espresso in tutte le cellule eucariote,
viene attivato quando le cellule quiescenti ricevono un segnale di divisione
Attività modulate da MYC:
Acetilazione degli istoni, riduzione adesione cellulare, aumento motilità cellulare,
aumento telomerasi, aumento sintesi proteica
Apoptosi
c-myc appartiene ad una famiglia di geni:
N-myc (neuroblastoma)e L-myc(microcitoma)
Come fattore di trascrizione funziona da repressore e in alcuni casi da
attivatore
Splicing alternativo: c-Myc1 e c-Myc2
c-Myc2 Progressione del ciclo cellulare
c-Myc1 Morte per apoptosi, quando attivato
senza segnali di sopravvivenza
Myc-Max attivatori della trascrizione genica
Max-Max inibitori
Myc risulta iperespresso in numerose neoplasie maligne:
Leucemie, ca del colon, ovaio e polmone, ecc
Cicline e chinasi ciclino-dipendenti
Oltre 15 cicline
DEAB
CDK
fosforilano proteine che guidano il cicli cell
CDK I sono spesso mutate o inibite in neoplasie umane:
Ca pancreas, glioblastomi, esofago, leucemie, polmone, vescica
CDK I
Contrastano lo sviluppo di neoplasie
Regolano la proliferazione cellulare
Controllano i meccanismi di pausa
del ciclo cellulare
Avvio ai processi di riparazione del
DNA
Differenziazione
Morte cellulare
Sono colpiti da mutazioni inattivanti
Esperimenti di fusione cellulare
Esperimenti di micronucleazione
Analisi del cariotipo delle cellule tumorali
Meccanismo oncogeno degli OncoDNA virus
Nelle cellule tumorale i geni oncosoppressori risultano:
Perduti
Delezione genica
Alterati
mutazioni
Repressi
ipermetilazione
La mancata funzione dei geni oncosoppressori provoca
trasformazione e progressione neoplastica
Caratteristiche del cancro ed oncosoppressori
Proliferazione autonoma:
Rb, p53. APC, NF1
Resistenza all’apoptosi:
P53, PTEN
Insensibilità ai segnali
di inibizione della crescita:
Rb, DPC4
Invasività e metastasi.
CDH1
Angiogenesi.
VHL
Resistenza alla senescenza:
Rb, p53
Processo oncogenetico multifasico :
“ teoria dei due colpi “ di Knudson
Due eventi mutazionali
Un allele del gene oncosoppressore
può essere ereditato mutato da uno
dei due genitori (eterozigosi),
l’altro viene inattivato da un evento
mutageno occasionale(omozigosi)
Cicline :
Proteine regolatorie attive in
particolari momenti del ciclo
cellulare
How do the cells over come these checkpoints?
i.e. the negative controls in resting cells that
prevent cell cycle progression?
Positive signals like:
Hormones (insulin)
Growth factors (PDGF)
Cytokines (interleukins, IL1-18)
Rb e p53
Oncosoppressori:
Rb e p53
Espressione genica:
Fos, jun, myc
Cicline
Fattori di crescita
(controllo pos):
EGF, FGF, PDGF, TGFα IGF I, IGF II
Fattori negativi:
IFN, TGFβ, TNF
Primo oncosoppressore identificato
associato alla comparsa di retinoblastoma
Il retinoblastoma è un tumore raro
che colpisce la retina
1 su 20000 tra bambini e neonati
60% sporadico, 40% ereditario
Retinoblastoma
Colpisce i due sessi in età infantile
Forma precoce (60%): entro 15 mesi di vita
Multifocale, bilaterale, tendenza ad altre neoplasie
Forma tardiva (40%): si manifesta tra i 4 e 5 anni
Teoria difasica
Nella forma precoce la prima mutazione è prezigotica
La seconda è casuale
Le mutazioni/delezione di Rb è associata a numerose neoplasie umane e animali
Elevato rischio di osteosarcomi, sarcomi,
ca della mammella, ca a pioccole cellule del polmone e ca della vescica
Gene Rb
P105 RB
Fosfoproteina nucleare
fondamentale nella regolazione
del ciclo cellulare
E’ espressa in tutte le cellule
p105 ipofosforilata lega il fattore E2F
blocca il ciclo cellulare
p105 iperfosforilata libera il fattore di
trascrizionepassa E2F
Si complessa con DP1 e passa nel nucleo
dove
attiva geni indispensabili per la replicazione
del DNA
e
protooncogeni: es myc e myb
che determinano l’avanzamento della cellula
della fase G1 alla fase S
Rb
esercita la sua azione modulatrice con intensità diversa nei vari citotipi
Rb
è anche coinvolto nell’arresto irreversibile del ciclo della proliferazione:
senescenza
Rb
è coinvolto nel differenziazione cellulare:
Regola fattori di trascrizione tessuto-specifici
Mutazioni Rb
nei tumori umani sporadici
Altri geni possono mimare la funzione diRb
Carcinoma a piccole cellule 90%
Carcinoma non a piccole cellule 10-15%
Ca prostata 20%
Ca mammella10%
Ca vescica 20-50%
Leucemia mieloide cronica 20%
Glioma 15-20%
Ca esofago 15-50%
Ca fegato 15-30%
P105 mutato lascia il fattore E2F continuamente disponibile per la trascrizione genica
Delezione o legame con
proteine virali
p105 iperfosforilato
Viral oncoprotein
Simian virus 40
Host cell
tumor suppressor protein
large T antigen
p53
Adenovirus
E1b
E1a
Human papillomavirus
E6
E7
Rb
p53 fosfoproteina nucleare che funziona da fattore trascrizionale
in grado di legare sequenze di DNA
Controllo della proliferazione
Attivano i meccanismi
di riparazione al DNA danneggiato
Apoptosi
Ipossia
Erosione dei
telomeri
Privazione dei
fattori di crescta
Attivazione degli
oncogeni
E’ attiva come tetramero,
anche mutazioni di un solo allele
risultano in una p53 inattiva
molto più stabile
Ha una breve emivita
Viene inattivata da MDM2
Interazione con il DNA
Interazione con p53
Autoinibizione
Attiva geni che
inibiscono la progressione
del ciclo cellulare e
inibisce quelli che ne
favoriscono la progressione
Il gene mutato perde la capacità di agire come attivatore
trascrizionale dei geni coinvolte nel ciclo cellulare
Mutazioni e delezioni
P53
mutata è molto frequente nei tumori umani sporadici
Ca ovarici ed esofagei 50%
Ca colon-retto pancreas e polmone 40-50%
Utero e mammella 25-30%
Sarcomi15-20%
Sindrome di LI Fraumeni:
Mutazione germinali di p53
Alto rischio all’insorgenza di:
Sarcomi, leucemie, neoplasie alla mammella
30% entro i 30anni
90% dopo i 65 anni
Mutazioni di p53 sono associate
ad una ridotta risposta ai chemioterapici e alla radioterapia
Care taker (curatori):
