1
Malignaní transformace
Stádia rozvoje nádorového onemocnění
Teorie kancerogeneze
Znaky nádorových buněk
Onkogeny a nádorové supresory
Metastázování
Interakce nádoru a organismu
Nádorové biomarkery
2
Rozvoj nádorového onemocnění
Kancerogeneze̶ Proces formování nádorů je komplexní a zahrnuje řadu
změn v buňkách/tkáních a jejich fyziologických kontrolních
mechanismech.
̶ Komplexita procesu se projevuje dlouhými časovými
intervaly nutnými pro rozvoj většiny nádorových
onemocnění.
̶ Vícekrokovou progresi nádorů lze popsat jako formu
Darwinovské evoluce odehrávající se ve tkáních.
Define footer – presentation title / department
Teorie tkáňového pole (Tissue
Organization Field Theory
=TOFT)
• Karcinogeneze je
"neúspěšný vývoj".
• Normální tkáň blokuje
proliferaci a pohyblivost
buněk (homeostáza tkáně).
• Narušení normálního
uspořádání tkáně vede ke
ztrátě omezujících
mechanismů a následné
proliferaci a invazi buněk.
• Abnormální architektura
tkání.
• Signifikantní role
mikroprostředí.
• DNA mutace jsou méně
signifikantní.
3
Teorie somatických mutací
(Somatic Mutation Theory=SMT)
• Změny v DNA zakladatelské
buňky způsobují, že tato buňka
není schopna řídit svou
proliferaci.
• Klonální expanze.
Somatické mutace versus narušení organizace tkání
Teorie kancerogeneze: somatické mutace versus organizace tkání
Znaky umožňující rozvoj nádorového onemocnění
Define footer – presentation title / department4
̶ Genomická nestabilita a
epigenetické přeprogramování
̶ Odblokování fenotypové plasticity
̶ Nádorové mikroprostředí
̶ Polymorfní mikrobiomy
Define footer – presentation title / department5
Genomická nestabilita a epigenetické přeprogramování
Genetické změny mohou vzniknout
(1) vinou interních chyb při replikaci DNA a dělení buněk
(2) jako následek vystavení externím faktorům (karcinogenům)
̶ fyzikální – např. UV a ionizující záření
̶ chemické – organické sloučeniny, toxiny, těžké kovy
̶ biologické – některé RNA a DNA viry
Epigenetické změny mohou přispívat k získání charakteristických
onkogenních znaků během maligní progrese.
̶ epigenetické změny zprostředkované hypoxií
̶ epigenetické změny zprostředkované kyselým mikroprostředím
nádoru
̶ motivy extracelulární matrix (ECM) nebo signalizace vyvolaná tuhostí
ECM
PC-3 prostate cells, quantitative phase imaging, 10X
•10.1089/ars.2010.3368
Jednořetězcový zlom DNADvouřetězcový zlom DNA
5000/cyklus50/buněčný cyklus
U člověka 30 000 000 000 000 zlomů/den
Define footer – presentation title / department7
Genomická nestabilita–nové příležitosti pro evoluci
̶ Poškození DNA může jednotlivce předurčovat ke zvýšené tvorbě nádorů.
̶ Vyšší množství kopií chromozomů nebo genů umožňuje buňkám zvýšenou expresi určitých genů, nebo mutace
nadbytečných kopií pro získání výhod v růstu, přežívání či tvorbě metastáz.
̶ Genomová nestabilita je charakteristická pro většinu nádorových buněk, a to v důsledku nadměrné replikace.
̶ Rozsáhlé poškození DNA je spojeno s problémy v DNA replikaci (zlomy chromozomů, aneuploidie).
̶ Genomová integrita je pečlivě monitorována několika kontrolními mechanismy (checkpointy pro mitózu a DNA
poškození, aparát pro opravu DNA).
̶ Stav DNA metylace je důležitý pro integritu genomu.
Define footer – presentation title / department8
Geny/proteiny pro opravu DNA
MMR geny/proteiny (oprava chybného párování bazí = Mismatch repair)
Defekty v těchto genech vedou k mikrosatelitové nestabilitě (MSI). Různé délky mikrosatelitů (např. (CA)n repetice)
vedou k chybám v DNA replikaci. MSI je nejčastější v nádorech tlustého střeva.
Geny/proteiny nukleotidové excizní reparace (oprava jednořetězcových zlomů)
NER defekty způsobují onemocnění xeroderma pigmentosum (XP). Pacienti s XP trpí silnou citlivostí ke slunci a již
v dětství se u nich vyvíjí rakovina kůže.
Geny/proteiny homologní rekombinace (oprava dvouřetězcových zlomů)
BRCA1 a BRCA2 „breast cancer susceptibility genes”
ATM a ATR (ATM-related) kinázy „mutated in ataxia-telangiectasia“
Define footer – presentation title / department10
Narušení buněčné diferenciace
Odblokování fenotypové plasticity
Dediferenciace ze zralé formy do progenitorové buňky
Potlačená exprese hlavního regulátoru diferenciace melanocytů MITF se podílí na vzniku
agresivních forem maligního melanomu.
Blokovaná (terminální) differenciace
Akutní promyelocytární leukemie může být důsledkem chromozomální translokace, která
spojuje proteinový lokus promyelocytární leukemie (PML) s genem kódujícím jaderný receptor
kyseliny retinové α (RARα). Myeloidní progenitorové buňky nesoucí takovou translokaci nejsou
schopny diferenciace v granulocyty, což vede k tomu, že buňky uvíznou v proliferativním,
promyelocytárním progenitorovém stadiu.
Transdiferenciace do jiných buněčných typů.
1. Pankreatické acinární buňky se mohou během iniciace neoplastického vývoje
transdiferencovat do fenotypu duktálních buněk.
2. U Barrettova jícnu chronický zánět stratifikovaného dlaždicového epitelu indukuje
transdiferenciaci v jednoduchý sloupcový epitel (vznik adenokarcinomů, nikoliv
dlaždicobuněčných karcinomů).
̶ Od počátku růstu nádoru se mezi nádorovými buňkami a složkami TME vyvíjí
dynamický a vzájemný vztah.
̶ Nádorové buňky stimulují významné molekulární, buněčné a fyzikální změny v
hostitelských tkáních, které podporují růst a progresi nádoru.
̶ Nádorové buňky během nádorového bujení rekrutují buňky ze sousedních tkání.
̶ TME zahrnuje imunitní buňky, stromální buňky, cévy a extracelulární matrix (ECM)
a může mít pro-nádorový nebo protinádorový účinek.
̶ Složení stromálních buněk se u jednotlivých typů nádorů liší, ale zahrnuje
endotelové buňky, fibroblasty, adipocyty a hvězdicovité (stelátové) buňky.
̶ TME řídí angiogenezi, proliferaci, invazi a metastazování prostřednictvím sekrece
růstových faktorů a cytokinů.
̶ Pro nádorovou ECM je typické zvýšené zesíťování a hustota, enzymatické
modifikace a změněné molekulární složení, které společně organizují - částečně
prostřednictvím integrinových receptorů pro motivy ECM - signalizační a genové
expresní sítě vyvolávající invazivitu a další charakteristické vlastnosti.
̶ V nádorovém mikroprostředí se v důsledku vysoké metabolické aktivity a
nedostatečné perfuze hromadí kyselé metabolické zplodiny. pH TME ovlivňuje
funkci nádorových a stromálních buněk, jejich vzájemnou interakci a jejich
interakce s ECM.
Nádorové mikroprostředí
Define footer – presentation title / department11
Define footer – presentation title / department12
• Mezi nádory a zánětlivou reakcí spojenou
s hojením ran existují významné
podobnosti.
• "Nádory: Rány, které se nehojí".
• Mnoho nádorů vzniká v místech infekce,
chronického podráždění a zánětu.
• Chronický zánět může způsobit poškození
DNA a trvalou aktivaci fibroblastů.
Za normálních podmínek funguje smyčka pozitivní zpětné
vazby jako reverzibilní spínač, kterým se aktivace
fibroblastů při dostatečné úrovni stimulace "zapíná" a
"vypíná" při stažení stimulu. Tento spínač však může být
za patologických podmínek trvale zapnut přetrvávající
aktivací pozitivní zpětné vazby, což vede k trvalé proliferaci
fibroblastů.
Zánět
Zánět a obezita
Define footer – presentation title / department13
̶ Při postupující obezitě se v tkáních hromadí tukové
buňky a stále více makrofágů je rekrutováno kvůli
uklízení mrtvých adipocytů. Množství makrofágů
v obézní tukové tkáni může být až 4 z 10 buněk.
̶ Makrofágy vypouštějí koktejl cytokinů, které mohou
vyvolat chronický zánět.
̶ Obézní lidé mají obecně vyšší hladiny prozánětlivých
cytokinů v krvi.
̶ Tuk není pouze vycpávka: je to orgán jako každý
jiný. V zásadě se jedná o velkou žlázu vysílající
biologické informace ovlivňující zbytek těla. Estrogen a
růstové faktory produkované tukovými buňkami zvyšují
riziko vzniku nádorového onemocnění.
Senescentní buňky
Define footer – presentation title / department14
̶ Buněčná senescence byla původně popsána jako tumorsupresorový
mechanismus, protože rozvoj nádorů vyžaduje
buněčnou proliferaci.
̶ Kromě zastavení buněčného cyklu vyvolává senescence
změny v buněčné morfologii a metabolismu a především
aktivaci sekrečního fenotypu spojeného se senescencí
(SASP), který zahrnuje uvolňování množství bioaktivních
proteinů, včetně chemokinů, cytokinů a proteáz.
̶ Složky SASP mohou přímo či nepřímo podporovat růst, invazi
a metastazování nádorových buněk tím, že podporují
vaskularizaci nádoru, udržují vlastnosti kmenových buněk,
vytvářejí imunosupresivní prostředí, remodelují strukturu
tkáně, vyvolávají rezistenci vůči léčbě a stimulují epitelovomezenchymová
tranzice (EMT).
Duální role
Define footer – presentation title / department15
Polymorfní mikrobiom
̶ Stále více důkazů svědčí o tom, že variabilita
mikrobiomů mezi jednotlivci v populaci může mít zásadní
vliv na fenotypy rakoviny.
̶ Mikrobiomy mohou modulovat výskyt a patogenezi
nádorů.
̶ V myším modelu karcinogeneze tlustého střeva
osídleném bakteriemi Porphyromonas se vyvinulo více
nádorů než u myší, které tyto bakterie postrádají.
Define footer – presentation title / department16
Znaky nádorových buněk
̶ Nepřetržitá neregulovaná proliferace nádorových buněk
(udržení proliferační singalizace a únik růstovým
supresorům)
̶ Replikativní nesmrtelnost
̶ Genomová nestabilita
̶ Rezistence k buněčné smrti a senescenci
̶ Indukce angiogeneze
̶ Zánět
̶ Únik před destrukcí imunitním systémem
̶ Změny v metabolismu
̶ Invazivita a metastázování
Všechny tyto znaky nemusejí vznikat nově, protože jsou součástí fyziologických
procesů jako embryogeneze a hojení ran. Nádorové buňky tyto procesy využívají
ve špatné míře na nesprávném místě a ve špatný čas. Rakovina je tedy
onemocněním regulačních systémů.
Nádorová buňka
Define footer – presentation title / department17
̶ Nádorové buňky se nadměrně dělí – mají
příliš mnoho signálů „START“ a nedostatek
signálů „STOP“ a mohou také ignorovat
signály „ZEMŘI“, „DIFERENCUJ SE“ nebo
„ZESTÁRNI“
Define footer – presentation title / department18
Onkogeny a nádorové supresory
̶ Proto-onkogeny – Geny, jejichž produkty kódují složky
molekulárních kaskád, které zprostředkovávají buněčný
růst, přežívání buněk a blokují buněčnou diferenciaci.
̶ Abnormální, mutované formy těchto proto˗onkogenů,
které vedou ke vzniku nádorů, se nazývají onkogeny.
̶ Proteiny kódované nádorovými supresorovými geny
inhibují proliferaci nebo přežití buněk a podporují jejich
diferenciaci.
Onkogeny
Define footer – presentation title / department19
Onkogeny se od proto-onkogenů liší třemi
základními způsoby:
1. načasováním a kvalitou exprese
2. strukturou a funkcí proteinových produktů
3. mírou regulace proteinových produktů
buněčnými signály
Define footer – presentation title / department20
Nekontrolovaný růst
̶ Mnoho různých mechanismů v nádorových buňkách zajišťuje, aby buněčná
proliferace nebyla omezována.
̶ Nádorové buňky produkují růstové faktory, stimulují tak svou vlastní
proliferaci (autokrinní růstová stimulace) a zneužívají buněčné mitogenní
signály.
Define footer – presentation title / department21
Nekontrolovaný růst – „START“ signály
„START” signály = hlavní mitogenní signály zahrnují:
1. růstové faktory (např. EGF, VEGFA, PDGF)
2. receptory růstových faktorů (např. receptory pro epidermální růstový faktor EGF (EGFR) a
jeho blízký homolog HER2/neu (ERBB2)
3. molekuly signální transdukce spojené s receptory (rodina RAS)
4. proteinkinázy (SRC, ABL)
5. transkripční faktory (MYC, MYB, FOS, JUN)
6. cykliny
7. cyklin-dependentní kinázy (cdk)
Define footer – presentation title / department22
Kontaktní inhibice a imortalizace
̶ Proliferace většiny zdravých buněk je inhibována
mezibuněčným kontaktem (kontaktní inhibice) a zkracováním
telomer (Hayflickův limit), nádorové buňky jsou ale k těmto
inhibitorům růstu typicky necitlivé.
̶ Většina pre-maligních buněk uniká Hayflikově limitu pomocí
stabilizace vlastních telomer (telomeráza, hTERT).
̶ Buňky se stabilizovanými telomerami mohou proliferovat
neomezeně dlouho a jsou proto označovány jako
imortalizované. Nesmrtelné buňky nemusejí být nutně
transformovanými (tumorigenními) buňkami.
Define footer – presentation title / department23
Rezistence k senescenci vyvolané onkogeny
̶ Buněčná senescence je proces zastavení buněčného růstu, který
limituje délku života buňky a brání neomezené buněčné proliferaci.
̶ Určité mitogenní onkogeny nebo ztráta antimitogenních nádorových
supresorů vyvolává senescenci. Tomuto jevu se říká senescence
vyvolaná onkogeny.
̶ Mnoho nádorových buněk nemá plně aktivní mechanismy
senescence nebo se u nich vyvine vedlejší mechanismus pro
obnovení schopnosti proliferace (overexprese c-myc).
Define footer – presentation title / department24
Nekontrolovaný růst – ztráta „STOP” signálů
̶ Zásadní rozhodnutí ohledně pokračování v růstu
nebo vstupu do klidového stavu se odehrávají
v G1 fázi buněčného cyklu.
̶ Růst zdravých buněk je kontrolován signály
z okolního prostředí (extracelulární matrix,
povrch sousedních buněk) a přímo z buňky
(poškození DNA, poškození buňky, poškození
dělicího vřeténka).
Define footer – presentation title / department25
Nádorové supresory
̶ V mnoha tumorech chybí nebo jsou inaktivovány.
̶ Tumor supresorové proteiny inhibují stejné buněčné regulační dráhy,
které jsou stimulovány produkty onkogenů.
̶ Většina familiárních nádorových syndromů se dědí jako recesivní
znak a odpovídá trvalé inaktivaci důležitého nádorově supresorového
genu.
̶ Nádorové supresory jsou často pojmenovány podle typu nádoru, který
vzniká při ztrátě jejich funkce.
̶ Rb (= retinoblastom)
̶ WT (= Wilmsův tumor)
̶ NF1 a NF2 (= neurofibromatóza)
̶ APC (= Adenomatous Polyposis Coli - Familiární adenomatózní
polypóza)
̶ DCC (= Deleted in Colon Cancer - deletovaný v nádorech střeva)
̶ VHL (= von Hippel-Lindau syndrom)
hypotéza „dvou zásahů“ vysvětluje dědičnost
retinoblastomu, vzácného typu dětských nádorů
(1971, Knudsen)
Define footer – presentation title / department26
Rb protein – pravý tumor supresor
̶ Rb je hlavní inhibitor buněčného cyklu a kontroluje přechod
z G1- do S-fáze.
̶ Rb inhibuje transkripční faktor E2F, který po uvolnění z Rb
zvyšuje expresi genů S-fáze (např. enzymy DNA replikace)
̶ Rb je v buňce přítomný neustále, jeho aktivita je řízena
fosforylací
– fosforylovaný Rb = neaktivní
– defosforylovaný Rb = aktivní
̶ Rb mutace se účastní také rozvoje nádorů u dospělých
(karcinomy močového měchýře, prsu, plic).
̶ Důležitost genu pro nádorový supresor Rb tedy sahá dále
než pouze ke vzniku retinoblastomu.
Define footer – presentation title / department27
Budeš mým nádorovým supresorem navždy?
̶ Nádorová suprese je závislá na kontextu.
̶ TGF-β (transforming growth factor-β) má
antiproliferativní efekt a udržuje genomovou
stabilitu. Během vývoje nádoru se mění reakce
nádorových buněk na TGF-β.
̶ V pozdních stádiích nádorů TGF-β podporuje
buněčnou migraci, invazivitu a stává se faktorem
podporujícím přežití buněk.
Define footer – presentation title / department28
Další “ STOP“ signály
p53 protein (ch. 17p13)
̶ „strážce genomu” – aktivní v G1 a G2 kontrolních bodech buněčného cyklu
̶ poškození DNA zvyšuje expresi p53
̶ funguje jako transkripční faktor genů spojených s opravami DNA
a s apoptózou
inhibitory cyklin-dependentních kináz (např. p21, p27, p16, ...)
̶ p21 je hlavním cílem p53 = inhibitor Cdk – zastavení buněčného cyklu ve
fázi G1 inhibicí komplexu Cdk2/cyklin E
Define footer – presentation title / department29
Procenta nádorů nesoucí mutaci p53
HPV a p53
Define footer – presentation title / department30
̶ Virový protein E6 exprimovaný HPV
se specificky váže k proteinu p53
a vyvolává jeho degradaci. Toto
pozorování vysvětluje vzácnost p53
mutací v nádorech děložního čípku.
Define footer – presentation title / department31
Buněčná smrt
• Apoptóza
̶ Aktivní (= spotřeba energie) programovaná buněčná smrt. Aktivita kaspáz a
dalších apoptotických enzymů (proteáz a nukleáz) vede k fragmentaci buňky
do apoptotických tělísek, která jsou následně odstraněna makrofágy.
• Nekróza
̶ Náhodná buněčná smrt způsobená převážně vnějšími faktory (infekce,
toxiny apod.). Buněčný obsah je vypuštěn do prostředí a poškozuje okolní
tkáně. Nekróza podporuje vznik zánětu a nádorů.
• Regulovaná nekróza
1. Nekroptóza (řízena kinázami RIP1 a RIP3).
2. Ferroptóza (závislá na železe a akumulaci peroxidovaných lipidů).
3. Parthanatos (závislá na aktivitě poly (ADP-ribóza)-polymerázy (PARP)).
4. MPT-řízená nekróza (indukce propustnosti mitochondriální membrány
může vést k bobtnání mitochondrií a buněčné smrti; membrane permeability
transition=MPT)
5. Pyroptóza (zánětlivá buněčná smrt obvykle způsobená mikrobiální infekcí,
doprovázená aktivací inflammasomů a zráním prozánětlivých cytokinů
interleukinu-1β a interleukinu-18. Proteiny z rodiny gasderminů jsou
vykonavateli pyroptózy).
Define footer – presentation title / department32
Define footer – presentation title / department33
Imunogenicita různých typů buněčné smrti
• Ztráta integrity plazmatické membrány, která nastává při
regulované nekróze vede k uvolnění molekulárních vzorů
spojených s poškozením (DAMPs) do extracelulárního
prostoru.
• Během nekroptózy se mohou uvolňovat cytokiny, které mají
v určitém kontextu protizánětlivé účinky, příkladem může být
IL-33. IL-33 podporuje nábor regulačních T-lymfocytů do
střevní sliznice, čímž může omezit imunogenní odpověď při
nekroptóze.
• Během ferroptózy nebo MPT-řízené nekrózy nebyla popsána
žádná aktivní produkce protizánětlivých cytokinů nebo
imunomodulačních faktorů.
• Nejvíce imunogenní formou regulované nekrózy je
pyroptóza, která zahrnuje aktivní produkci prozánětlivých
cytokinů (IL-1β, IL-18), což vede k systémové zánětlivé
odpovědi.
Define footer – presentation title / department34
Odolnost k apoptóze
U nádorových buněk se vyvinula řada strategií pro omezení apoptózy.
Nejznámější jsou:
̶ ztráta p53
̶ zvýšená exprese antiapoptotických regulátorů (Bcl-2, Bcl-xL) a signálů
podporujících přežití (insulin-like growth factors; Igf1/2)
̶ downregulace proapoptotických faktorů (Bax, Bim, Puma)
Define footer – presentation title / department35
Odolnost k apoptóze
̶ Chromozomální translokace spojené s B-buněčným lymfomem.
Gen Bcl-2 je translokován za silný imunoglobulinový promotor. Zvýšená exprese Bcl-2 je spojena s inhibicí apoptózy.
Define footer – presentation title / department36
Odolání buněčné smrti pomocí buněčné fúze
̶ Oportunistické chování
nádorových buněk
Define footer – presentation title / department37
Resistence k anoikis
̶ Anoikis je formou programované buněčné smrti
nastávající při ztrátě kontaktu s okolní extracelulární
matrix.
̶ Bariéra proti vzniku metastáz.
̶ Cirkulující nádorové buňky jsou k anoikis rezistentní.
̶ Overexprese TrkB (neurotrofický receptor) chrání
diseminované cirkulující nádorové buňky před anoikis.
Define footer – presentation title / department38
Indukce angiogeneze
̶ Stejně jako zdravá tkáň, nádory potřebují živiny a kyslík.
̶ Nádor bez krevního oběhu roste do velikosti 1–2 mm3. Při
absenci vaskulární podpory mohou tumory nekrotizovat.
̶ Zvýšení aktivity angiogenních faktorů není dostatečné pro
vyvolání angiogeneze v neoplastické tkáni. Je třeba i oslabení
negativních regulátorů růstu cév.
̶ Nové cévy umožňují invazi nádorových buněk do cirkulace
a tvorbu vzdálených metastáz.
Define footer – presentation title / department39
Indukce angiogeneze
̶ Buňky vrozené imunity (makrofágy,
neutrofily, žírné buňky, myeloidní
progenitory) mohou infiltrovat premaligní
léze a přispívat k nádorové angiogenezi.
̶ VEGF (Vascular endothelial growth factor)
produkovaný stromálními fibroblasty hraje
důležitou roli v nádorové angiogenezi.
Define footer – presentation title / department40
Únik před destrukcí imunitním systémem
̶ Defektivní antigenní prezentace vlivem oslabení
mechanismů prezentujících antigeny (↓ hlavní
histokompatibilní komplex, MHC)
̶ Imunosuprese v nádorovém mikroprostředí zprostředkovaná
regulačními CD4+CD25+ FoxP3+ T buňkami (Tregs) nebo
jinými typy supresivních buněk.
̶ Paralýza cytotoxických T lymfocytů (CTL) a „přirozených
zabíječů“ (natural killer - NK) produkcí imunosupresivních
cytokinů nádorovými buňkami nebo nenádorovými buňkami
v nádorovém mikroprostředí. TGF-β je v tomto případě
hlavním mediátorem.
̶ Snížená exprese receptorů smrti brání zničení nádorových
buněk vyvolanému ligandy smrti z CTL a NK buněk.
Define footer – presentation title / department41
Nádorové neoantigeny: Slibný zdroj imunogenů pro nádorovou
imunoterapii
̶ Somatické mutace v nádorových genech mohou být reflektovány v proteinech. Mutace
měnící smysl nebo čtecí rámec (missense, frameshift) mají potenciál vytvořit nádorově
specifické antigeny (tumor-specific antigen - TSA), které mohou být hostitelským imunitním
systémem teoreticky rozpoznány jako „cizí“.
̶ TSA, také známé jako „nádorové neoantigeny“, mají potenciál k využití jako biomarkery
předpovídající klinickou odpověď a výsledky imunoterapie, nebo přímo jako
imunoterapeutické cíle.
Define footer – presentation title / department42
Onkologická trogocytóza – způsob, jak se zbavit antigenů
̶ Mezibuněčná výměna větších
neporušených částí membrán.
̶ Výměna membránových
molekul/antigenů.
̶ Human epidermal growth factor
receptor 2 (HER2) může být
přemístěn z nádorových buněk
na monocyty pomocí trogocytózy.
Define footer – presentation title / department43
Změny v metabolismu
̶ Schopnost získat nezbytné živiny z nepřátelského (hypoxie, oxidativní stres)
a nutričně chudého (nízká glukóza) prostředí a následně je využít pro udržení
viability a pro stavbu nové biomasy.
̶ Metabolické změny spojené s nádory mají výrazný vliv na genovou expresi,
buněčnou diferenciaci a na nádorové mikroprostředí.
̶ Tyto adaptace zahrnují schopnost získávat živiny z běžně nepřístupných
zdrojů.
Define footer – presentation title / department44
Znaky nádorového metabolismu
(1) deregulovaný příjem glukózy a aminokyselin
(2) využití oportunistických modelů získávání živin
(3) využití intermediátů glykolýzy/Krebsova cyklu pro biosyntézu a
produkci NADPH
(4) zvýšené požadavky na dusík
(5) změny v genové regulaci spojené s metabolity – metabolity
ovlivňují enzymy účastnící se ukládání a odstraňování
epigenetických znaků
(6) metabolické interakce s mikroprostředím
Define footer – presentation title / department45
Metabolické změny
̶ Dvě hlavní živiny odpovědné za přežití a biosyntézu jsou glukóza a
glutamin.
̶ Glutamin poskytuje dusík nutný pro biosyntézu purinových a
pyrimidinových nukleotidů a neesenciálních aminokyselin.
̶ Warburgův efekt – významně zvýšená spotřeba glukózy některými
nádory v porovnání se zdravou neproliferující tkání.
̶ Pozitronová emisní tomografie (PET) je zobrazovací metoda
založená na zvýšeném příjmu radioaktivně značeného analogu
glukózy (18F˗fluorodeoxyglukózy - 18F-FDG), která je úspěšně
využívána v klinické praxi pro diagnózu nádorů.
̶ Onkogenní signální protein Ras zvyšuje expresi GLUT1 mRNA a
zvyšuje spotřebu glukózy.
Define footer – presentation title / department46
Využití oportunistických modelů získávání živin
̶ Ras nebo c-Src onkogeny umožňují opětovné využití
volných aminokyselin prostřednictvím lysozomální
degradace extracelulárních proteinů.
̶ Makropinocytóza.
̶ Makroautofagie - autofagie nemůže poskytovat novou
biomasu a podporovat tak proliferaci buněk v prostředí
chudém na živiny.
̶ Fagocytóza apoptotických tělísek.
̶ Kanibalismus.
Define footer – presentation title / department47
Define footer – presentation title / department48
Define footer – presentation title / department49
Metabolické interakce s mikrosprostředím
̶ Nádorové buňky mění chemické složení extracelulárního
prostředí, což pleiotropně mění fenotyp zdravých
buněk v okolí nádoru.
̶ Stejně tak mikroprostředí ovlivňuje metabolismus a
signální dráhy nádorových buněk.
̶ Vysoké metabolické nároky nádorových buněk vedou
k akumulaci H+ iontů v mikroprostředí nádoru – acidóza.
Define footer – presentation title / department50
Metabolická symbióza
̶ Katabolické fibroblasty jsou bohatým zdrojem
energie a biomasy pro růst a přežívání
anabolických nádorových buněk.
̶ Lineární posloupnost a klonální model vývoje
nádoru jsou příliš zjednodušené pohledy na věc –
ve skutečnosti v nádorové tkáni existuje řada
geneticky odlišných podtypů buněk: metabolická
heterogenita - oxidativní a glykolytické nádorové
buňky v jednom tumoru.
Define footer – presentation title / department51
Invaze a metastázování
̶ Nádorové buňky ztrácejí mezibuněčnou adhezi závislou na
E-cadherinu a získávají migrační fenotyp (rezistence
k anoikis, epitelovo˗mezenchymová tranzice EMT), penetrují
bazální membránu a invadují intersticiální matrix (produkce
MMP).
̶ Nádorová angiogeneze umožňuje nádorovým buňkám vstoupit
do krevního oběhu (cirkulující nádorové buňky) procesem
intravazace a to buď přímo, nebo přes lymfatický systém.
̶ V krevním oběhu nádorové buňky tvoří malé agregáty
s krevními destičkami a leukocyty.
̶ Po zastavení v mikrocirkulaci cílového orgánu nádorové buňky
opouštějí krevní oběh procesem extravazace a dochází
k jejich lokální expanzi.
Define footer – presentation title / department52
Prsní nádorová buňka invaduje cévu
Andrew D. Wong and Peter C. Searson,
Cancer Research September 1, 2014
74:4937-4945; Published OnlineFirst
June 26, 2014; doi:10.1158/0008-
5472.CAN-14-1042
Define footer – presentation title / department53
Migrační fenotyp
• Migraci buněk lze rozdělit na migraci jednotlivých
buněk (mezenchymální, améboidní) a způsoby
kolektivní migrace (buněčné řetězce, vrstvy,
shluky).
• Tyto způsoby migrace jsou spojeny s energetickým
stavem buněk, charakteristickou strukturou
cytoskeletu, specifickým využitím integrinů, enzymů
rozkládajících matrix a adhezních molekul.
• Epitelovo-mezenchymová tranzice (EMT).
• Mezenchymální typ migrace buněk je způsob
pohybu, který se vyznačuje protáhlým, vřetenovitým
tvarem buněk, vysokou polarizací buněk a v případě
příliš těsných prostor v ECM proteolytickou degradací
ECM matrixovými metaloproteinázami a serinovými
proteázami. Mitochondrie jsou lokalizovány na
předním okraji, aby podpořily migraci buněk tím, že
poskytují lokální zdroje energie.
Define footer – presentation title / department54
Migrace mezenchymální buňky v kolagenové matrici. Buňky
byly vloženy do hovězího kolagenového gelu (1 mg/ml) a
pozorovány pomocí koherencí řízeného holografického
mikroskopu (CCHM).
Tolde 2018 https://doi.org/10.1038/s41598-018-30408-7
Charakteristiky mezenchymálního pohybu
• vřetenovitá morfologie
• pseudopodia (vznik závisí na polymerizaci aktinu)
• adheze k substrátu
Vytváří koordinované působení MMP a aktomyozinových
mechanismů, které "dláždí cestu„.
55
Nucleus stiffness. lamin A/C as limiting factor in migration
We use combined AFM and side-view SPIM to study how forces correlate with nuclear shape change under compression in
live cells. https://twitter.com/C_M_Hobson/status/1227278696798539777
Hobson 2020 https://doi.org/10.1091/mbc.E20-01-0073
Define footer – presentation title / department56
Invaze a metastázování ̶ Nádory narušující bazální membránu a invadující tkáň pod ní
jsou označovány jako maligní.
̶ Pokročilejší fází vývoje onemocnění je metástázování,
zakládání nádorových kolonií v dalších částech těla. Metastázy
vyžadují nejen invazivitu, ale také motilitu, a adaptaci buněk
k prostředí cizí tkáně.
̶ Několik způsobů šíření:
1. krví (velmi často ve směru proudění: z GIT do
jater, žilní krví do plic, z plic arteriální krví do kostí
a mozku)
2. lymfou (nejprve přilehlé mízní uzliny, později i
vzdálené)
Define footer – presentation title / department57
Hypotéza semene a půdy – příznivé mikroprostředí
̶ Metastatické vlastnosti samotných buněk nestačí pro
zakládání metastáz.
̶ Vznik metastáz je závislý na interakcích mezi „semeny“
(nádorové buňky) a „půdou“ (mikroprostředí hostitele).
̶ Různé nádory mají různá preferenční místa pro
metastázování = orgánový tropismus (nádory prostaty –>
kosti a játra).
̶ Sekretované faktory a extracelulární vezikuly pocházející
z nádorů umožňují „půdě“ ve vzdálených místech podporovat
růst nově příchozích nádorových buněk
̶ Pre-metastatické niky (PMNs) jsou místa s deregulovanou
imunitou, vzniklá přítomností pro-tumorigenního a prozánětlivého
prostředí indukovaného faktory sekretovanými
nádorem, které podporují imunosupresi a poruchy srážlivosti.
Faktory ovlivňující orgánově-specifické
metastázování
Define footer – presentation title / department58
Hypotéza nádorových kmenových buněk (CSC)
̶ Nádorové kmenové buňky jsou vzácné nesmrtelné buňky uvnitř nádoru, které jsou schopné
sebeobnovy dělením a zároveň dávají vznik těm typům buněk, ze kterých se nádor skládá.
̶ CSC jsou zodpovědné za vznik a růst nádorů (tumorigenní), asociovány s metastázami a
relapsem.
̶ Zvýšená odolnost k terapii a buněčnému stresu.
̶ Takové buňky byly nalezeny v různých typech lidských nádorů a mohou být atraktivním cílem
pro terapii.
Define footer – presentation title / department59
Nádorové kmenové buňky-držitelé hlavních znaků
nádorových buněk a cíle pro terapii
Define footer – presentation title / department60
Klasifikace nádorů
̶ Nejčastější lidské nádory vznikají z epitelů - karcinomy.
̶ dvě hlavní kategorie karcinomů jsou: spinocelulární karcinomy
(z epitelu tvořícího ochranné vrstvy) a adenokarcinomy (ze
žlázových epitelů).
̶ Mezi ne-epiteliální maligní nádory patří: sarkomy
(z mezenchymálních buněk); hematopoietická nádorová
onemocnění (z prekurzorů krevních buněk); a neuroektodermální
nádory (z komponent nervového systému).
Define footer – presentation title / department61
Klasifikace nádorů
̶ Když nádorové buňky dediferencují (ztratí veškeré tkánově specifické znaky), jejich původ je těžko identifikovatelný;
takové nádory nazýváme anaplastické.
̶ Benigní tumory mohou být hyperplastické nebo metaplastické. Hyperplastické tkáně jsou tvořeny normálními
buňkami v nadměrném množství, zatímco v metaplastických tkáních se normální buňky určitého typu nachází na
netypických lokalitách.
̶ Dysplastické nádory obsahují cytologicky abnormální buňky. Dysplázie je přechodem mezi zcela benigním a
premaligním stavem.
̶ Adenomy, polypy, papilomy a bradavice jsou dysplastické epiteliální nádory považované za benigní, protože
respektují bariéru vytvořenou bazální membránou.
Define footer – presentation title / department62
Klasifikace nádorů
̶ typing = histologický typ
̶ grading = benigní × maligní
̶ staging = TNM klasifikace
(T = tumor, N = uzlina (node),
M = metastáza)
Define footer – presentation title / department63
lokální efekty nádorů
Interakce nádoru s hostitelem
̶ mechanické stlačení (např. nádory mozku)
̶ obstrukce (karcinom hlavního žlučovodu)
̶ krvácení, modřiny (leukémie)
̶ chronická ztráta krve do GIT (nádory žaludku a střev)
̶ otok (lymfomy)
̶ kašel (karcinom plic)
̶ trombóza
̶ potíže s polykáním (karcinom jícnu)
̶ ztráta zraku (stlačení optického nervu adenomem hypofýzy)
̶ změna hlasu (karcinom hrtanu)
̶ patologické zlomeniny (myelom)
Define footer – presentation title / department64
systémové efekty nádorů
Interakce nádoru s hostitelem
̶ anémie (potlačení funkce krevní dřeně) – efekt prozánětlivých cytokinů
̶ horečka - produkce cytokinů (pyrogenů) nádorem (IL-1, TNFα)
̶ nádorová kachexie – anorektické mediátory (TNFα)
̶ paraneoplastické syndromy – některé nádory produkují hormony (adenomy); důležité pro
diagnostiku
– pigmentace
– endokrinopatie (Cushingův sy., hyperkalcémie)
Define footer – presentation title / department65
Nádorové biomarkery
̶ Nádorové biomarkery jsou látky produkované v reakci na procesy spojené
s kancerogenezí.
̶ Tyto látky mohou být nalezeny v nádorové tkáni, stolici, krvi, moči a jiných
tělních tekutinách.
̶ Většina nádorových biomarkerů jsou proteiny. Nicméně lze využít také vzorce
v genových expresích (mRNA, miRNA) nebo změny v DNA (polymorfismy,
mutace).
Define footer – presentation title / department66
Nádorové biomarkery
Nádorové biomarkery mohou být podle využití rozděleny
do kategorií:
1. Prediktivní biomarkery předpovídají odpověď na
určitou terapii (pozitivita/aktivace HER2 předpovídá
odpovídavost nádoru prsu na trastuzumab).
2. Prognostické biomarkery se snaží informovat o
rizicích klinických výsledků, jakými jsou rekurence nebo
progrese onemocnění.
3. Diagnostické biomarkery jsou využívány k identifikaci
specifického onemocnění pacienta.
Define footer – presentation title / department67
Nádorové biomarkery – klinicky relevantní příklady
Alfa-fetoprotein (AFP)
̶ Typ nádoru: Nádory jater, germinální nádory
̶ Analyzovaná tkáň: Krev
̶ Využití: Pomoc při diagnóze rakoviny jater, sledování odpovědi k léčbě; posouzení stádia, prognózy a odpovědi k léčbě u
germinálních nádorů
Fúzní gen BCR-ABL (Filadelfský chromozóm)
̶ Typ nádoru: Chronická myeloidní leukémie, akutní lymfoblastická leukémie a akutní myeloidní leukémie
̶ Analyzovaná tkáň: Krev a/nebo kostní dřeň
̶ Využití: Potvrzení diagnózy, předpověď odpovědi k cílené terapii, monitorování stavu onemocnění.
Nádorový antigen (Cencer Antigen) CA 15-3
̶ Typ nádoru: Nádory prsu
̶ Analyzovaná tkáň: Krev
̶ Využití: Posouzení účinnosti léčby či případné rekurence onemocnění
Define footer – presentation title / department68
Nádorové biomarkery – klinicky relevantní příklady
Amplifikace genu HER2/neu či navýšení jeho proteinové exprese
̶ Typ nádoru: Nádory prsu, žaludku
̶ Analyzovaná tkáň: Nádor
̶ Využití: Určení vhodnosti určitých cílených terapií
Prostatický specifický antigen (PSA)
̶ Typ nádoru: Nádory prostaty
̶ Analyzovaná tkáň: Krev
̶ Využití: Pomoc při diagnóze, posouzení odpovědi k léčbě a sledování rekurence
Karcinoembryogenní antigen (CEA)
̶ Typ nádoru: Kolorektální karcinom, některé další typy nádorů (pankreatu, plic a prsu)
̶ Analyzovaná tkáň: Krev
̶ Využití: Kontrolování účinnosti terapie a hlídání rekurence
̶ Je to antigen vyskytující se normálně jen v embryonálním období
Define footer – presentation title / department69
Děkuji za pozornost