Cellule cancerose
Il cancro è la conseguenza di anomalie della funzionalità cellulare
In base al tipo di tessuto colpito, diverse categorie :
•Carcinomi: cell. epiteliali rivestimenti est e int
•Sarcomi: tessuti sostegno (osso, muscolo, cartilagine, etc)
•Linfomi: tessuti linfatici-ematici
•Leucemie: cellule del sangue
Dopo le malattie cardiovascolari il cancro è la
seconda causa di morte nei Paesi industrializzati
Lo sviluppo completo del
fenotipo maligno richiede 37 mutazioni
su geni che controllano
motilità, adesione, crescita,
differenziamento e morte
cellulare
Il cancro è una malattia genetica multistep:
una popolazione cellulare clonale si espande assumendo via via
caratteristiche aberranti
CARATTERISTICHE DELLE CELLULE TUMORALI
la crescita tumorale è caratterizzata da uno squlibrio tra divisione cellulare
e differenziamento cellulare
Tumore benigno:
resta confinato, in
genere non
pericoloso
Tumore maligno o
cancro: capace di
invadere altri tessuti
Rispetto alle cellule normali, le cellule
cancerose presentano caratteristiche di
crescita peculiari :
•Crescita indipendente da ancoraggio (cell
normali che non riescono ad aderire ad un
substrato vanno incontro ad apoptosi)
•Crescita non inibita dalla densità cellulare
(cell normali formano monostrati, cell
cancerose ammassi)
•in coltura numero divisione cellulari
indefinito-illimitato
(meccanismi
che
evitano accorciamento telomeri)
•Cellule normali crescono in vitro solo in presenza di fattori di
crescita
•Crescita delle cellule tumorali è indipendente da fattori di crescita
Caratteristiche genetiche: cellule tumorali hanno assetti cromosomici
anomali (che non si sarebbero potuti generare in cellule dotate di normali
sistemi di controllo del ciclo cellulare e delle vie apoptotiche
Angiogenesi e crescita tumorale
I tumori riescono a crescere solo se si sviluppa una rete vascolare
infiltrante
Il tumore stesso induce l’angiogenesi mediante rilascio di specifici
attivatori (VEGF, EGF)
Metastasi tumorale
La cellule cancerose sono capaci di
colonizzare organi e tessuti distanti dal
sito d’origine
La diffusione avviene in 3 fasi:
1.Migrazione nei tessuti e vasi
circostanti
2.trasporto nel circolo sanguigno
3.Invasione e crescita in un nuovo
tessuto: metastasi
Meccanismi basati su:
• alterazioni proteine di adesione (caderina,
integrine);
• secrezione di proteasi o attivatori di
proteasi che degradano MEC e lamina
basale.
I tumori sono costituiti da una popolazione cellulare eterogenea, con una
diversa capacità di dare metastasi.
In genere solo una esigua % di
cellule cancerose entrate in
circolo riesce poi a colonizzare
un nuovo sito;
alcuni siti sono attaccati
preferenzialmente (in genere il
primo letto capillare esteso, es:
polmoni, fegato), anche in base
alle caratteristiche del tumore
originario.
Il ruolo del sistema immunitario
I linfociti CTL possono riconoscere come estranee-anomale e quindi
distruggere le celllule cancerose in circolo, se queste presentano
molecole di superficie distintive rispetto alle cellule normali
Il SI riconosce ed elimina le cellule trasformate
Le cause principali del cancro sono da ricercarsi in fattori
ambientali e stili di vita (dieta, fumo, attività fisica)
Gli studi epidemiologici hanno permesso di identificare diversi fattori ambientali
che possono favorire il cancro: il fumo è una causa accertata di cancro ai
polmoni.
Diversi agenti di natura chimica, fisica e biologica sono carcinogeni
Sono stati individuati molti agenti chimici cancerogeni o pre-cancerogeni: queste
sostanze sono in grado di indurre mutazioni sul DNA, generando le disfunzioni
cellulari alla base del cancro.
La mutagenicità di un agente chimico può essere valutata mediante test di Ames,
in cui i batteri sono sfruttati come organismi di verifica.
Anche le radiazioni ionizzanti e UV possono provocare mutazioni del DNA che
promuovono il cancro.
Le radiazioni UV provocano un danno caratteristico: la formazione di dimeri
pirimidinici che distorcono la doppia elica e inducono errori di replicazione.
Lo sviluppo del cancro procede per fasi:
1) inizio,
2) promozione e
3) progressione
Esistono agenti chimici che:
che:
-stimolano l’inizio del cancro:
cancro: trasformano le
cellule normali in cellule alteratealterate-precancerose
(mutazioni sul DNA, esposizione breve)
breve)
-promuovono il cancro:
cancro: stimolano le cellule
alterate a dividersi e formare tumori (esposizione
prolungata)
prolungata)
Durante la fase di progressione,
progressione, molte mutazioni
successive introducono varianti cellulari nella
popolazione cancerosa:
cancerosa: si producono forme
tumorali sempre più
più aggressive.
Oltre ad agenti chimici e fisici, anche agenti biologici
infettivi possono provocare il cancro
Negli animali molti tipi di cancro sono provocati da virus oncogeni (es.
Sarcoma di Rous, nei polli)
Nell’uomo pochi tipi di cancro sono causati da agenti infettivi: es
• virus Epstein-Barr (EBV) → linfoma di Burkitt
• HBV e HCV → cancro al fegato
• HPV (Human Papilloma Virus) → cancro cervice uterina
• Helicobacter pylori → cancro stomaco
Gli agenti infettivi inducono il cancro secondo 2 diverse modalità:
1. Provocano infiammazione cronica dei tessuti infettati e l’intensa
risposta del SI crea condizioni adatte per insorgenza mutazioni
cancerogene
2. Stimolano direttamente la proliferazione delle cellule infettate
(mediante geni virali oncogeni o alterando il comportamento di
funzioni geniche dell’ospite)
BASI GENETICHE DEL CANCRO
Tumore può derivare da:
1) Trasformazione di protooncogeni in oncogeni
2) Mutazione di oncosoppressori
Gli oncogeni sono geni in grado di indurre tumori:
possono essere di origine virale o derivare da geni
cellulari mutati, che nella forma normale, non mutata,
sono detti proto-oncogeni.
In genere, i proto-oncogeni codificano per funzioni di
controllo della crescita cellulare
I proto-oncogeni sono convertiti in oncogeni mediante meccanismi di
mutazione diversi
Le mutazioni che trasformano un proto-oncogene in oncogene (c-gene es: c-my
myc) possono essere:Indotte dall’ambiente, o da virus, spontanee, ereditate
traslocazione cromosomica
Nei linfociti che sviluppano il linfoma di Burkitt, la traslocazione di un segmento
cromosomico porta allo spostamento del gene c-myc: myc viene a trovarsi in una
regione genica trascrizionalmente molto attiva, ed è a sua volta attivato→ eccesso
della proteina Myc
Myc è un fattore trascrizionale che stimola trascrizione di geni deputati a
proliferazione cellulare (es cicline D)
Riarrangiamenti locali del DNA:
inversione
A seguito di una rottura un segmento di DNA
viene rinsaldato con orientamento inverso
creando una fusione genica: l’oncogene trk;
il recettore di membrana TRK codificato è una
proteina ibrida e risulta permanentemente
attivo.
La maggioranza degli oncogeni codifica per forme alterate o quantità eccessive di:
•
Fattori di crescita
•
Recettori di fattori di crescita
•
Proteine di membrana leganti
GTP (es Ras) e trasduttori di
segnale
•
Proteine kinasi non recettoriali
•
Fattori trascrizionali (es Myc)
•
Regolatori di ciclo cellulare e
apoptosi (es Cdk e cicline,
Bcl2)
Es. Recettore TRK mutato (sempre attivo) o amplificato
proliferazione cellulare
Il cancro può essere causato da presenza di oncogeni ma anche da
assenza o inattivazione-alterazione di geni oncosoppressori
In condizioni normali i geni oncosoppressori limitano/frenano la
proliferazione cellulare. La perdita di funzione di geni oncosoppressori
può derivare da mutazioni e/o dall’azione di virus oncogeni
L’esistenza dei geni oncosoppresori è stata
dimostrata da esperimenti di fusione cellulare.
Le iniziali cellule ibride hanno una crescita
normale: i geni oncosoppressori limitano e
regolarizzano il comportamento anomalo delle
cell. cancerose, che ricompare solo dopo
molte divisioni cellulari (→perdita o mutazione
degli oncosoppressori)
Esempi di geni oncosoppressori
p53 (danni DNA arresto ciclocell.)→50% tumori
p15-16 inibitore Cdk-ciclina → melanoma
p27 (inibitore Cdk-ciclina inibiz contatto) → tumori
vari
p21 (inibitore Cdk-ciclina)→ tumori vari
Rb (inibisce espressione geni fase S)→ retina, osso
APC → colon
Per alcuni tipi di cancro esiste una predisposizione ereditaria (es retinoblastoma)
Spesso, questa suscettibilità dipende da un difetto ereditario in un gene
oncosoppressore: se un individuo eredita la forma mutata di un
oncosoppressore, il rischio di cancro è maggiore perchè basta una mutazione
sull’altra copia omologa. RB è un oncosoppressore individuato studiando il
retinoblastoma ereditario
Gli oncogeni dell’HPV (virus responsabile tumore cervice uterina, Nobel 2008)
codificano per proteine che inattivano gli oncosoppresori p53 e Rb
•Rb è un regolatore di ciclo cellulare: frena le cellule prima dell’ingresso in fase S
a meno di un segnale specifico.
p53 è un oncosoppressore alterato in molti tipi di cancro
la normale funzione di p53 è quella di arrestare in G1 o indurre
apoptosi nelle cellule che hanno subito danni al DNA.
l’alterazione di P53 permette alle cellule di proliferare anche in
presenza di agenti genotossici
Oncosoppresore APC: anomalie relative a questo gene sono spesso
associate al cancro del colon.
APC codifica per una proteina che inibisce la via di segnalazione Wtn, implicata
nell’attivazione di geni di proliferazione cellulare. L’assenza di APC blocca la via
Wtn nello stato attivo
Lo sviluppo del cancro richiede in concomitanza
a) perdita dei freni della crescita cellulare (oncosoppresori) e
b) attivazione degli stimolatori della crescita cellulare (oncogeni).
Durante la fase di progressione si accumulano le mutazioni necessarie
all’insorgenza del cancro: i tassi di mutazione delle cell. cancerose sono >> delle
cellule normali: forte instabilità genetica.
L’instabilità genetica è dovuta ad
alterazioni dei geni codificanti per funzioni
relative a:
•meccanismi di controllo e riparazione dei
danni al DNA e
•smistamento dei cromosomi in mitosi
(→aneuploidia)
Associazione danno genetico-tumore
L’alto tasso di mutazione tipico delle cellule pre/cancerose deriva da
malfunzionamento dei sistemi di riparo del DNA
•perdita funzione p53 “guardiano iniziale” del danno a DNA: da p53
dipende attivazione vari meccanismi di riparo
•Tumore ereditario al colon (HNPCC) associato a mutazioni di geni per
sistema di riparo DNA da mismatch
•Individui con xeroderma pigmentoso hanno mutazione su geni per
sistema di riparazione del DNA per excisone di nucleotidi→ maggior
rischio di sviluppare cancri della pelle in seguito a UV.
Ruolo delle telomerasi
Riscontrata attività telomerasica nelle cellule
tumorali umane: anomalia in q. l’attività di
questo enzima in organismi multicellulari si
trova solo nelle cellule germinali (destinate a
formare gameti). Accorciamento progressivo
dei telomeri è la norma in cellule somatiche.
Nelle cellule cancerose i telomeri non si
accorciano e così viene a mancare un sistema
di orologio biologico essenziale che determina
invecchiamento cellulare consentendo solo un
numero limitato di divisioni cellulari
Nel complesso la tumorigenesi si basa su alterazioni dei sistemi di
controllo del ciclo, riparo danno genetico, apoptosi:
cellula iperproliferante e immortalizzata
Diagnosi del cancro
•Esame microscopico di campioni di tessuto
(biopsie): nuclei grandi e irregolari, scarso
differenziamento, ↑variabilità morfologica, ↑indice
mitotico, contorni tessuto irregolari; grading del
tumore
•Esame citologico :es PAP test, ideato da
Papanicolau, per diagnosi precoce tumore cervice
uterina;
•Esame del sangue per antigeni tumore-specifici:
es test PSA→tumore prostata;
•Analisi proteomica del sangue: es. cancro ovaie
Test genetici per definire predisposizione/rischio verso tumore
L’analisi genetico-molecolare mediante PCR
su fluidi biologici permette individuare
precocemente mutazioni di oncogeni e
oncosoppressori
valutare suscettibilità a cancro
Es analisi di geni BrcA1-2 : mutazioni su q
geni sono associate a aumentato rischio di
sviluppare cancro mammella
(BRCA1-2 proteine coinvolte in sistemi
riparazione DNA)
Ricadute sociali e psicologiche dei test !!
Nuove frontiere terapeutiche
Valutazione di profili di espressione genica prognosi e terapia personalizzata
Terapie anticancro
•Rimozione chirurgica del tumore primario
•Chemioterapia: farmaci che inattivano e bloccano enzimi o
strutture implicate in divisione cellulare
•Radioterapia: radiazioni ionizzanti→danni DNA → apoptosi via
p53 o danni cromosomici così gravi da bloccare cellule prima
mitosi
(Sia chemio- che radio-terapia hanno effetti collaterali tossici su
cellule normalmente proliferani: es. distruzione cellule
ematopoietiche)
Problemi: effetti collaterali, terapie non selettive che uccidono
anche cellule sane
Nuove e più mirate terapie
Immunoterapia: stimola il SI affinchè riconosca e combatta cellule
trasformate (es INFα e IL-2)
Immunoterapia passiva: somministrati anticorpi che riconoscono
proteine tumore-specifiche inattivazione e/o
attrazione/organizzazione attacco da parte di cellule del SI (es
Erceptina)
Targeting molecolare: anticorpi
specifici per proteine tumorali
coinvolte in proliferazione cell.;
piccoli inibitori molecolari che
legano proteine presenti solo
sul tumore
(es Gleevec blocca
selettivamente tyrosina kinasi
tumorale)
Terapia genica (fase sperimentale): sostituire oncogene o
ripristinare oncosoppressore (es p53)
Terapia antiangiogenica: farmaci bloccano lo sviluppo di rete
sanguigna che nutre il tumore (successo limitato nelle
sperimentazioni cliniche)
