ZL 24.11.09 Biologie nádorového bujení Nádor je abnormální masa tkáně, která jejíž růst je autonomní, není koordinován s růstem ostatních tkání, a nepřispívá k zajištění jeho funkcí. Nádorovým bujením (kancerogeneze) vzniká jeden nebo několik patologických klonů buněk. Nádory vznikají ve tkáních, jejichž buňky se dělí. Probíhající buněčný cyklus i vlastní dělení jsou základnou pro vznik spontánní somatické mutace, alterace-změna-poškození DNA. Pravděpodobnost mutace narůstá urychlením proliferace buněk při zrychleném buněčném cyklu. Zevní etiologické faktory TU bujení Fyzikální mutagenní podněty UV záření (sluneční) je málo pronikavé, proto působí vznik kožních nádorů (spinaliomy, basaliomy, melanogenní afekce, xeroderma pigmentosum) Ionizující záření (částice a, , záření  ) Vyšší hodnota ionizace ( částice)  vyšší pravděpodobnost mutace. Vznik mutace, která způsobí nádorovou transformaci buňky, je děj náhodný – stochastický. Déledobá expozice ionizujícímu záření vyvolá odpověď nastávající pravidelně – děje deterministické (exprese p53) Zevní etiologické faktory TU bujení Chemické přímo působící kancerogeny Alkylační látky:dimetylsulfát, diepoxybutan, b-propiolakton, cytostatika Acetylační látky: 1-acetyl-imid, Prokancerogeny vyžadující metabolickou aktivaci Polycyklické a heterocyklické aromatické uhlovodíky: benzantracen, benzpyren. Aromatické aminy, amidy, azobarviva: benzidin, dimetyl-aminoazobenzen Bakteriální a rostlinné produkty: aflatoxin B1, griseo-fulvin, dále: PCB, nitrosamin, insekticidy, fungicidy Zevní etiologické faktory - viry Viry schopné způsobit nádorovou transformaci V případě infekce onkogenními RNA viry (retrov.) jsou tyto viry přepsány reversní transkriptázou v molekulu DNA a začleněny do genomu infikované buňky. DNA viry začlení virovou DNA přímo do genomu Příklady : * Kožní veruky – verruca vulgaris (papovavirus), molluscum contagiosum (poxvirus) * T leukemie (RNA retrovirus HTLV1 ) * Burkittův ML a nasofaryngeální karcinom (EBV) Protoonkogeny a supresory Virové onkogeny byly zmíněny v předchozím textu Mutace, které souvisejí s kancerogenezí, nastávají především ve dvou typech genů: v tzv. protoonkogenech a nádorových supresorech. Protoonkogeny kódují proteiny, které regulují - urychlují buněčný cyklus a tak podporují aktivní dělení buněk, tedy jejich proliferaci. Aktivace protoonkogenu – přeměna v onkogen. Mutace proto-onkogenů mají dominantní povahu, pro kterou platí, že jediná mutovaná kopie genu je dostatečná pro neregulovanou aktivaci daného procesu. Nádorové supresory (antionkogeny) kódují proteiny, jejichž úloha spočívá ve zpomalování rychlosti proliferace buněk. Pro vznik maligního nádoru přispívají mutace supresor-ových genů, které vedou k inaktivaci jejich proteinů Onkogeny Typy onkogenů: (jejich sekvence na následujícím obr) Růstové faktory (RF) produkované v nadměrném množství: protoonkogen SIS ®koduje b řetězec destičkového růstového fakt. PDGF; produkty onkogenu RAS  over-exprese dalších RF, např. TGF-a (který je blízký epidermálnímu RF - EGF), který indukuje proliferaci vazbou na EGF receptor Receptory RF: rodina EGF receptorů, PDGF receptory, apod. Přenašeče signálů jako RAS (další obr), ABL, b-catenin Jaderné regulační proteiny - MYC Regulátory buněčného cyklu: cykliny, cyklin-dependentní kinázy (CDK4) Antionkogeny Antionkogeny jsou recesivní, a aby se mutace nádorového supresoru uplatnila v kancerogenezi, musí proběhnout inaktivace obou jeho alel. Na rozdíl od onkogenů mohou být mutantní formy nádorových supresorových genů dědičné a predisponují postiženého jedince ke vzniku určitého druhu rakoviny. Tento jedinec obvykle zdědí zárodečnou mutaci jedné alely daného nádorového supresoru, a dokud nedojde k somatické mutaci druhé alely, k tvorbě nádoru nedochází. Pokud je však vyřazena funkce zbývající „zdravé“ alely nádorového supresoru, je pravděpodobnost vzniku nádoru velmi vysoká. Nádorové supresorové geny GEN Somatická mutace Vrozená mutace Rb Sporadický retinoblastom Hereditární retinoblastom osteosarkom Ca prostaty, mléčné žlázy, močového měchýře, plic p53 Většina maligních nádorů Li-Fraumentiho syndrom WT-1 Wilmsův nádor Wilmsův nádor NF-1 Schwannom Neurofibromatóza 1. typu NF-2 Schwannom, meningeomy Neurofibromatóza 2. typu APC Ca žaludku, tlustého střeva Familiární adenomatózní pankreatu polypóza tlustého střeva Působení supresorových genů Produkty supresorových genů působí: • Snižují proliferační aktivitu buňky, udržují v G[0] stavu nebo zabrání přestupu z G1 do S fáze (pRb) 2) Dohlíží na správnost genetického kodu (p53) 3) Zpomalují (zastavují) buněčný cyklus – umožní reparaci DNA – p53, p15, p16, p21, p27 4) Kodují reparační enzymy DNA Supresor RB Fosforylace RB je kritická pro průběh buněčného cyklu. RB v aktivním hypofosforylovaném stavu tvoří RB pevný komplex s transkripčním faktorem E2F. Mutace obou alel inaktivuje RB Þ Fosforyl-ace uvolní komplex s transkripčními ff. a aktivuje transkripci genů cílových pro E2F, které jsou potřebné pro přechod do a skrze S fázi (cyklinu E apod) Základní typy mutací • Bodové mutace: substituce (tranzice, trans-verze), nemá vliv na čtecí rámec, označuje se missense; delece nebo inzerce může posunout čtecí rámec - nonsense • Amplifikace • Translokace Mutace - kancerogeneze • Nádory jsou onemocnění genomu, protože základem jejich vzniku jsou především genetické změny, mutace. K přeměně normální zdravé buňky v buňku plně maligní nestačí mutace jediná, je to vícestupňový proces postupného hromadění několika mutací. • Během vývoje nádoru se uplatňuje přírodní selekce, která umožňuje přežívání aktivně se množících mutantních buněk bez ohledu na buňky sousední. Původní populace mutovaných buněk roste a v některých buňkách této populace se nahodile objevují další mutace v buňkách, které jsou přírodní selekcí preferovány. Důsledky mutací, kancerogeneze (1) Deregulace buněčného cyklu často představuje první fáze procesu kancerogeneze. Jak lze přimět buňku k dělení bez ohledu na skutečné potřeby organismu? Např určitá mutace může vyvolat neadekvátní tvorbu růstového faktoru, na který pak již buňka „adekvátně“ reaguje tím, že se rozdělí. Jiná mutace může pozměnit strukturu a funkci některého z proteinů, který se podílí na přenosu signálů v buňce, takovým způsobem, že začne příliš citlivě reagovat na původně podprahový signál Procesy související s kancerogenezou (2) Poškození mechanismů vedoucích k apoptóze nádorových buněk. Klon nádoro-vých buněk neadekvátně odpovídá na signály vyvolávající apoptózu. (3) Získání neomezeného replikačního potenciálu způsobem, který dovoluje kompletní syntézu konců DNA během buněčného dělení. Při každém dělení nenádorových buněk jsou dceřiné řetězce DNA na svém konci postupně zkracovány (viz buněčné stárnutí). Procesy související s kancerogenezou (4). Indukce angiogeneze. Proliferující premaligní léze jsou zpočátku neangiogenní, což limituje jejich schopnost expanze. Angiogenní charakter získávají až během dalšího vývoje. Přechod v angiogenní stav, se odehraje „skokem“. Nejvýznamnějším stimulátorem nádorové angiogeneze je patrně nedostatek kyslíku, tzv. hypoxie Procesy související s kancerogenezou (5) Tvorba metastáz: maligní nádor tvoří metastázy, tedy invaduje do okolní tkáně.V první fázi se nádorová buňka musí uvolnit z primárního nádoru. Dále prostupuje extracelulární matrix (ECM) a endoteliální membránou se dostává do krevního systému. Migruje tímto systémem a opět prostupuje cévní stěnou, posléze i ECM a zakládá ohnisko sekundárního nádoru. Klíčovou roli při invazi nádorových buněk a remodelaci extracelulární matrix hrají proteázy, především metaloproteinázy. a několik typů adhezních molekul Procesy související s kancerogenezou (6) Pravděpodobnost vývoje maligního nádoru zvyšuje ještě genetická nestabilita nádorových buněk. Ta způsobuje významné zvýšení mutační rychlosti, která potom zvyšuje pravděpodobnost akumulace všech mutací souvisejících s kancerogenezí. Genetická nestabilita bývá navozena mutacemi, které (1) snižují přesnost replikace genomu, (2) snižují účinnost mechanismů opravujících DNA nebo (3) zvyšují výskyt chromosomálních přestaveb, což navozuje nestabilitu karyotypu, Buněčné stárnutí Buněčné stárnutí znamená postupné hromadění subletálních lézí, které mohou vést k zániku buňky nebo aspoň k její omezené adaptační kapacitě. Stáří buňky je výsledek progresivního útlumu prolifera-tivní kapacity a životnosti buněk, i výsledek neustálého vystavení vlivu exogenních faktorů. Buněčné stárnutí • Důvodem tohoto stavu je neúplná replikace konců chromosomů – zkrácení telomer při normální replikaci somatických buněk. Telomery jsou krátké sekvence DNA (TTAGGG) přítomné na koncích chromosomů; zajišťují úplnou replikaci chromosomálních konců a chrání je před degradací a fuzí. Při replikaci somatických buněk nedojde k duplikaci malého úseku telomery, která se tak postupně zkracuje. Buněčné stárnutí Aby ke zkracování telomer nedocházelo, je v buňkách aktivní enzym telomeráza. Ta zajišťuje, aby replikace konců chromozomů proběhla úplně. U většiny somatických buněk se telomeráza postupně inaktivuje. Schopnost udržovat délku telomer je vlastní germinálním bb, kmenovým bb a téměř všem maligním nádorovým buňkám. U velké většiny nádorů (85 až 90%) souvisí tato schopnost právě s aktivací telomerázy.