Všechny formy rakoviny vznikají jako směs dědičných změn v buněčném genomu vyskytujících se ve vývoji nádorových buněk a epigenetických změn ve stadiu nádorové promoce a progrese. r r O Hlavní účinek NÁDOROVÝCH PROMOTORU je specifická expanze iniciované buněčné populace v zasažené tkáni. Fáze je zpočátku reversibilní, později ireversibilní. Promotory se neváží kovalentně na DNA a nejsou mutagenní, působí na iniciovanou buňku a způsobují manul Mohou však též působit jinak na genetický materiál: způsobovat amplifikaci genů, synergicky působit s viry a zvyšovat transformaci. Tyto změny asi odpovídají za ireversibilní část promoce. PROGRESORY jsou karcinogény, nádorové promotory nebo hormony, které působí na nádorové buňky a přeměňují je na maligní. Mohou působit negenetické a genetické změny v nádorových buňkách. Progrese je charakterizována výskytem extensivní heterogenity v maligní buněčné populaci a vznikem invazi vity (metastázy). KOKARCINOGENY - zvyšují hladiny buněčných enzymů, které aktivují karcinogény ANTIKARCINOGENY - chemicky se váží na karcinogén, odbourávají jej, tlumí enzymy aktivující karcinogény nebo obsadí cílové místo (kompetitivní inhibice). Chování buněk a rovnováha v buněčných populacích jsou regulovány komplexním integrovaným komunikačním systémem, který zahrnuje signály mimobuněčné, mezibuněčné a vnitrobuněčné. jBarariBMifMraiiui iinvch buněk. IJMMmreBMiíM l»iiiiratiirari«MtiMittiiniiira»iM iMMil cvtoulasmě nebo v iádřel oroteinové kinázv. fosfatázv, oroteinv vážící se na GTP a řadu dalších vnitrobuněčnvch oroteinů. se ktervmi tvto smnálv interasuií. Orientační plán jy Metro Dopravní podnik hl. m. Prahy, akciová společnost 0^1 KOBYLISY 5^jl ĎÁBLICE LETŇANY STŔÍŽKOV O o Vysočanská Kolbanova Hloubétín QQE Qg A Rajská Čemý 0 zahrada Moat HORNÍ MĚCHOLUPY JIZNI MESTO RADOTÍN VELKÁ CHUCHLE KUNRATICE PKÁ »ARKA ČERVENÝ VRCH Sídliště m 126 l—l—r Vozovna Nad Džbánem Nádraží Vokovice Veleslavín ^s....... Červený Vrch Haroměrická Bořislavka Hadovka Thákurova DEJVICÍ i,; ■ l it Schéma linkového vedení Elektrických drah a Metra stav provozu-listopad 1(03 PETŘINY 118 Obchodní dům Petřiny Větrník Vojenská Baterie Ořechovka Sibeliova nemocnice Hládkov— h i II i^sa Malý VYPICH Ríčanova Břevnovský U Kaštanu Drinopol ■BÍLÁ Břevnov klášter ■hora sídliště REPY 9 [fl*^^^^—......... ILJ^™^^^^™ iiiii.]]..nii.i.|.i....y [yij__________| tramvajová links v iísáu Kotlářka - flííllištš Řepy LLr1 ■ v provozy pouze ve špičkách pracovních dníi ňři. . tramvaiová links \i lísán fimíchnvskfi nárirsží - Si« w- ---------1--------- Barrandov v provozu pouze ve špíčkách pracovních dnů lí sobotu a vneděli nejsou v provozu linky č. 2 a G. ■ linka metra v provozu m^^ifl^^iflVjívjH náhradní autobusová doprava IB liit"iip":iu stredisko Dopravnflio podniku lil. ni Prahy, a.s. 03 záchytné parkoviště systému P+R K+R místo pro krátk4'ťezsstsveni / Blatiny /Slánská / JW // jHlušičkova PfaC .Krematorium Motol S ľV M I 111 KOTLARKA Kavalírka Klamovka U Zvonu Bertramka Motol Vozovna Hotel Poštovka Motol "" k+rQJjJ ČERNÝ ZLIČÍN Stodůlky Luka Hůrka Nové Butovice Jinonice Radlická v$3 QQ k+rBB 8t= E Poliklinika Chaplinovo k Barrandovu Barrandov náměsf SÍDLIŠTĚ BARRANDOV Hlubocepy ©Dopravnipodnikhl.nl. Prahy, a.s.,' ��883.C 428955 0499 4058 9241 07 75 �03001 6�618810 6417 05 42 30 56 7338 744 68492977364738 Growth Factor Receptor DYSFUNCTIONAL SIGNALING PATHWAYS IN CANCER The tumojí suppressor/" oncoprotein network Ali t prarrtDtfri itll SurWyal h> pshuipha-ry!a.Ll£rt aí iubi trate;, thil decrease, the activity oř or c» a po oto tic* ŕ increase the activity ofanti-apoptotjc. protems. M dma is only one of many Alit substrates Normally pHospho-inositide 3-kinase [Ptdins 3-kinrae)-Akt sigm^i^E JuppfOJíffí pJJ function P+io*phgryla(k>n of Mdml by Akt InfJuĽčí Wdmí [rJrt&lĽ.ca!iún m1ů thr nuĽisuS whtT» II binds Foi j:lI tArg^n It fůr prütri^urnjl degradation. The FTEN tum-oť suppressor prolem inhibits Ptdlns g-kinase signaling;, including act^atron of Akt- When PTEN blocks the Ptdlns j-kinase-Alrt signaling pathway. Mdms is restricted In ihr nytop^im, wh*ro H Iť degrad-cd Th-c-rrfcrp, FT E N prgrtCts pjj frgm M Jmj, alluding trlli tú 1 eirund tů DNA damage. Hie psj/tadrtu aulů-r<ľgu1a[ú.ry hied. u:.k ■ :>(.; u Is n:?: depicted for clarity, p$] can also indues PTE N. which may override the aulonesulatory feedback loop amplifying pj3 function and promoting a cellar apopT-otk response rw?™w*1 The fl& PATHWAY AND ftü'S MANY POÍÉHTIAL FUNCTIONS E if tran »Lriptlun faclůri regulate [h« flapnesM^n S>f jjjptttl, apgptoíu, DNA Tcphcatkon, DNA repak. checkpoint control, and differentiation (m redj. Regulation of these processes may be mediated thrůugh EiF ůf through interaction with ořu gr moro gf lni. Kw fijdon with which Rb kiterairts. Gl/S Phaít Transition Cell Cycle Arrest hy DNA Damage Checkpoints ceM cycle DNA (repair- THE mammalia» DNA DAMAGE response pathway (DRP] Prate ins are shown at then approximate functional location. The general organ ilatign ofth* pathway rj a«uT»t*. fujWity", iónu protein» a« gmlttH Tor -clarity UNA dumag* gr mpkation Hr*íí üihvrt« ihr DDP, Se-nsor protein? (grorn) irnw the ď^mígír sind- acHvaln lraniduwr prgtflJm, suih *t the fclran-H ATM and aTR (yellůwl The^e (hen Hantduce aignatj 1* tlhei- kinase* {Chki andthks) (jellüv^ úr eftecLbr proteins (purple) such as p^j, EtRCAt, Nbü etc.. Effector proteins regulate cell cycle arrest, apoptosis, transcriptta/i, and DNA repair. II j Srpw-mbrrZü.iiUUli Sfi|juil*aríírÍM)Í Tlw-uciťiMni j 15 v v r MEZIBUNECNE INTERAKCE v růstu a neoplasii ► uvolnění růst modulujících faktorů (hormonů, růstových faktorů, inhibitorů, cytokinu, eikosanoidů apod.) do krve (endokrinní regulace) nebo mezibuněčného prostoru - tkáňové mediatory (parakrinní regulace) ► odpovědi buněk na složky buněčných membrán sousedních buněk a na složky extracelulární matrix - kadheriny, integriny - důležité z hlediska metastatického procesu ► přímý přenos signálů (malé molekuly asi 1 kDa) mezi buňkami prostřednictvím membránových spojení, tzv. gap junction GJIC - gap junctional intercellular communication (homologni nebo heterologní) vytváření konexonů z proteinů konexinů Poruchy GJIC mohou vést k deregulaci růstu a k neoplasii - negenotoxické mechanismy karcinogeneze Formy mezibunecných signálů {A) CONTACT-DEPENDENT signaling cell target cell membrane bound signal molecule (C> SYNAPTIC neuron synapse axon (B) PARACRINE local mediator target cell neurotransmitter (D) ENDOCRINE receptor endocrine cell r\ target cell hormone £ bloodstream target cell Autokrinní signál A SINGLE SIGNALING CELL RECEIVES A WEAK AUTOCRINE SIGNAL IN A GROUP OF IDENTICAL SIGNALING CELLS, EACH CELL RECEIVES A STRONG| AUTOCRINE SIGNAL Figure 15-6. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Vazba mimobuněčných signálních molekul na povrchové nebo vnitrobuněčné receptory CELL-SURFACE RECEPTORS cell-surface plasma membrane recei hydrophilic signal molecule INTRACELLULAR RECEPTORS small hydrophobic signal molecule 7 carrier protein intracellular receptor nucleus Figure 15-3. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Zjednodušené schéma vnitrobuněčné signálni dráhy aktivované mimobuněčnou signální molekulou EXTRACELLULAR SIGNAL MOLECULE RECEPTOR PROTEIN INTRACELLULAR SIGNALING PROTEINS TARGET PROTEINS metabolic gene regulatory cytoskeletal enzyme protein protein 1 I I altered altered gene altered cell metabolism expression shape or movement pigure 15-1. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Závislost živočišné buňky na mnohonásobných mimobuněčných signálech lN B SURVIVE b— (•)- D|V|DE ^r^s D X B DIFFERENTIATE i DIE * ^* apoptotic [Figure 15-8. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Tři hlavní způsoby mezibuněčné komunikace Nongenotoxic chemicals (e.g.: TPA, DDT and Phenobarbital) Cell adhesion molecules K A Endogenous regulators (e.g.: hormones, growth factors, neurotransmiters) Extracellular communication Gap junction Intercellular communication ............... Cytoplasmic receptor Second messages Intracellular communication A alters membrane function B activates inactive proteins C modulates GJ function D modulates gene expression According to: J.E.Trosko: Environmental Health Perspectives; 106: 331 - 339, 1998 Hlavní mechanismy charakterizující negenotoxickou karcinogenezi ■ ovlivnění mechanismů signálové transdukce ■ ovlivnění exprese onkogenu, nádorově supresorových genů a genů buněčného cyklu ■ aktivace specifických receptoru ■ produkce reaktivních kyslíkových radikálů (ROS) ■ změny v metylaci DNA nebo v acetylaci histonů ■ změny GJIC ■ změny buněčného cyklu ■ změny proliferace (regenerativní nebo mitogenní) ■ změny v apoptóze ■ změny v rovnováze vyúsťující ve změnu obratu buněk ve tkáni environm. chemicals] drugs, radiation, dietary PUFAs, fiber w-x EXTRACELULLAR STIMULI hormones, growth factors, cytokines changes of membrane _____properties______ drug-and hormone metabolizing enzymes membrane receptors cytosolic receptors, transcription factors (AhR, NFkB etc.) INTRACELULLAR SIGNALLING PATHWAYS prooxidative/ antioxidative balance nuclear receptors (PPARs, RXR, etc.) transcription factors (AP-1, etc.) "TuTCl/TCl histone acetylation/ deacetylation DNA methylation ALTERED GENE EXPRESSION on transcription, translational or post-translational levels Main epigenetic (non-genotoxic) mechanisms involved in carcinogenesis oborotoř VYZNÁM GJIC udržování homeostázy ve tkáních šíření signálů regulujících proliferaci a diferenciaci mezi buňkami Faktory inhibující GJIC - umožňují klonální expanzi preneoplastickych buněk ► růstové faktory (EGF) ► negenotoxické karcinogény, nádorové promotory ► onkogeny -exprese některých onkogenů koreluje s redukcí GJIC Faktory stimuluiící GJIC ► růstově inhibiění látky ► látky působící protinádorově - retinoidy, karotenoidy, dexamethasone Výzkum genů pro konexiny - fungují jako nádorově supresorové geny - uplatnění v terapii propojuje všechny teorie karcinogeneze dohromady. Mají totiž zásadní roli při udržování tkáňové homeostázy a existuje řada důkazů na podporu jejich zásadní úlohy v tomto procesu. ■ pro většinu nádorových buněk je charakteristická dysfunkce homo- nebo heterologní komunikace ■ většina nádorových promotorů inhibuje (reverzibilně) GJIC ■ růst. faktory a hormony mající nádorově promoční účinky inhibují GJIC ■ onkogeny jako jsou ras, raf, src mohou snižovat GJIC ■ nádorově supres. geny zvyšují GJIC ■ transfekce nádorových buněk konexinovými geny obnovuje GJIC a růstovou regulaci těchto buněk ■ "antisense" geny pro konexiny mohou snižovat GJIC ■ protinádorové látky a chemopreventivní agens zvyšují GJIC ■ konexinové geny fungují jako nádorově supresorové geny ■ GJIC jsou důležité pro adaptivní odpověď i apoptózu Snižování GJIC exogenními chemickými promotory nebo endogenními růst. faktory nebo hormony vyžaduje ■ překročení prahové dávky ■ stále, pravidelné chronické působení U všech známých epigenetických a negenotoxických látek existují prahové hodnoty, pod nimiž je buňka schopna obnovovat svůj původní stav bez osudových důsledků. Je jasné, že také různé typy chemikálií mají své prahové hodnoty pro modulaci GJIC a cytotoxicitu a že také různé živ, druhy a různé typy buněk reasuií na tutéž látku různě. Gap Junctions in Cellular Homeostasis Distal cell ŕ Toxic Chemicals Extracellular Communication Translational Regulators _ranscriptional Regulators Post translational Regulators -J y w*^ x.—Transcriptional Regulators f~ Intracellular Communication Biological End Points Cell <ť...........*V-.,j^ Apoptosis proliferation ý\ Cell X............... Differentiation Intercellular Communication Adaptive responses of differentiated cells Fig. L Endogenous extra-cellular signals which can trigger various intra-cellular signal transducing mechanisms can either increase or decrease gap junctional intercellular communication between the cells in a multicellular organism. Growth, wound healing tissue repair, pattern formation or tissue differentiation, programmed cell death and adaptive responses of tissues occur when either there is an up- or down-regulation of gap junction function. (Reproduced from Trosko, IE., Inoue, T., 1997. Oxidative stress, signal transduction, and intercellular communication in radiation carcinogenesis. In: Dainiak N.f Schull, W.J., Karkanitsa, L., Aleinikova, O.A. (Eds.), Radiation Injury and the Chernobyl Catastrophe, AiphaMed Press, Ohio, published as a supplement to Stem Cells 15(Suppl. 2):59-67). Small ions and molecules pass through gap junction channels, but macromolecules cannot. Connexon 1 Connexon 2 Gap junctional channels are comprised of two connexons. Each connexon contains six connexin subunits. FIGURE 1. Model of gap junction particles embedded in the plasma membranes of two adjacent cells. gap of 2-4 nm two connexons in register forming open channel between adjacent cells (A) interacting plasma membranes channel 1.5 nm in diameter \J> fSft homomeric connexon composed of six subunits £tö iLks> 49» «* <*s » W koTToVptc Heterotypic Hoiefömerc MoTiomefic Homorreric Heterotypic Figure 2 Assembly of connexins into gap junctions Cx<3 and Gk45, ai examples of connexin family nnembe '3, typically thread 1 hro ugh the membrane f our times, with the AT, CT and CL exposed to the cytoplasm. Conneiiin arrangement in Ihe membrane also yields two extracellular loops dcsignitcd EL 1 and EL 2. Sixconncxirs oligomcrizcinto iconncxon orhcmichanncl :hat docks in homorypic, heterotypic and combined hctcrotypic/hcjcromcric arrangements. In :otal,as many as 1-1 differen: connexon arrangement can form when two membsrs of t he connexin family intermix. Figure 4 Cx43-binding proteins Protein kinases known to phosphorylate Cx43 are shown along the top of a diagrammatically represenled gap-junction plaque. A number of scaffolding proteins and proteins of unknown function that have been shown to bind directly or Indirectly to Cx43 are shown along the bottom of the gap-Junction plaque. It Is Important to note that I: Is not necessarily expected that all proteins shown here bind to Cx43 while it is a resident of the gap-junction plaque. MAP kinase, mitogen-activated protein kinase; CIP85, Ck43- interacting protein of 85 kDa. ľij". I. A ■schematic diagram of a gap junction plaque joining the cytoplasm of two adjacent cells (Cell 1 and Cell 2: top panel). The opposed phospholipid bilayeis. are traversed by connexions that cluster and aggnrgate In the plane of the membrane to form a gap junction plaque. Connexions f com two adjacent cells form an intercellular channeJ that allows- the passage of smaJJ (s) moJecuJes (up to 1.5 kDa) _ such as Ca++_ IF5, and c AMP. but not Lange (L-) mol ecu I es such as proteins, from the cytopJasm of one ce]] to the other. Dc pending on the t>pe of connexin ("for esc. bJack, grey, light grey), the connexon formed coixld be homonreric or heteromeric and consequently the gap junction could be honrotypic or heterotypic, with selective permeability 1 ■ A * /j. Each connexon Cnriddle panel) is made of six connexins f 1. 2, 3, 4. 5. and 6). Tangential twisting of the connexon mediates gap junction gating that opens rieft connexon) or closes (right connexon) the hemlchannel. Changes in cytoplasmic pH andcaJcium (Ca) ion concentration, among, other things, regulate gap j unction function. A connexin (lower paneJ) has four hydrophobic transmembrane domains, two extraceUuJar Joops (El and E2)_ one cytoplasmic Loop of different lengths (indicated by connexin iso-forms cť_ j3, y)_ and N- and C-teimini, both cytopJasmic. The main variation bet-ween the different connexins resides in the O-terminal domain and the cytoplasmic loop. P7 indicates phosphorylation sites (Adapted from (4)). Jji-I •■* t ľ'i-% i Schematic diagram showing the Yy.nt belie pathway of connexins. and the assembly route into hom.oceLLu.Lar f between epitbieLLa] ceLLs or between. myoepithelial cells'! or possible heteroceJJular ŕ between epltheLLaL and myoepithelial ceils) £.ap junctional ŕGJ) s-tructuies- and their tnown binding partners. Connexins traffic from the ER to the GoJgi. Conneji-ons- pinch off in vesicles from the GoJgL apparatus and are transported to the pLasjna membrane where they align and dock with other connexons from, the neighboring ce]] to form a gap junctional channel. The precise .localization and manner of how connesdn binding partners (i.e. Sic. ß-CRi^nin^ p-120 catenin, cLaudin. occludin. and tubulin") associate with the O-terminus. of conneiin is not cLear yet. Optimal mammaiy epithelial ceLL differentiation in a complex tissue environment requires the proper assembly of gap junctional plaques with their associated, proteins in addition to proper ceJJ/ECM interactions^ ceJJ/cell adhesion, and soluble factor signaling. BM basement membrane. Syntetické dráhy konexinů a tvorba homo-nebo hetero-buněčných G J struktur a jejich partnerské vazebné molekuly. Konexiny putují z ER do Golgiho aparátu. Vytvořené konexony jsou transportovány do plasmatické membrány, kde se sdružují s konexony sousedních buněk a tvoří GJ kanály. Optimální diferenciace savčích epiteliálních buněk v komplexním prostředí vyžaduje regulované vazby GJ útvarů s dalšími proteiny (beta-katenin, klaudin, okludin, tubulin). Kromě toho musí být funkční další vazby zajišťující interakce buňka-ECM, adheze buňka-buňka a signály rozpustných faktorů. Gap Adherens Tight Junction Junction Junction Figure 5 Junctional complexes arranged in a nexus Gap junctions composed of connexins, adherens junctions consisting of Cadherins and tight junctions made up of occludins and claudins are often closely arranged in epithelial cells and share common bi nding proteins that scaffold to actin and microfilaments. Binding-protein-mediated cross-talk allows these three junctional complexes to act as a nexus and be governed by some common regulatory events. Úloha ztráty heterologního typu GJIC v karcinogenezi I b Fig. 3. Putative role of the lack of heterologous type of GJIC in tumorigenesis. Foci of tumor cells'without (A) or with (B) capacity in coupling homologously, that is among themselves, both do not communicate heterologously with surrounding normal counterparts, resulting in their autonomous selective outgrowth and malignisation. Model růstové kontroly prostřednictvím gap junctions (GJ) Růstově stimulační signál Růstově stimulační signál difunduje do sousedních buněk přes G J a dosahuje substimulační úrovně K difú buněčné dělení Model růstové kontroly prostřednictvím gap junctions (GJ) Růstově inhibiční signál Růstově stimulační signál difunduje do sousedních buněk přes G J a zabraňuje buněčnému dělení Signál dělení Normal cell Loss of senescence control . \l/ \l/ \l/ \l/ \l/ genomic instability activation of proteases dysplasia adenoma non-infiltrating carcinoma infiltrating carcinoma Metastasis i ng tumour cell Molecular biological Morphological Tumour progression Molekulárně biologická a morfologická progrese nádorů Rovnováha v buněčných populacích je udržována přesnou regulací procesů proliferace (bun. cyklus), diferenciace a apoptozy Diferenciace Senescence S-fáze s \ V \ N*\* A| Apoptóza Vztah mezi proliferací, diferenciací a apoptózou proliferation apoptosis (necrosis) % t time (t) t. A. Kozubík: BFÚAVČR, 1999 RAKOVINA JE PROLIFERATIV!"« CHOROBOU Základním dějem v životě buňky je dělení. Řetěz dějů, který vede k replikaci DNA a k dělení buňky má 4 základní části: vznik signálu, rozpoznání signálu, přenos signálu a odpověď. Buněčné dělení hraje klíčovou úlohu v každém stadiu vývoje nádorů a je zcela zřejmé, že zvýšená proliferace může zvyšovat riziko malignity: důležitá pro fixaci poškození DNA, n usnadňuje mutagenezi (výskyt a fixace mutací) n umožňuje klonální namnožení iniciované buňky n po vzniku dalších mutací je na ní závislý přechod od neolastické populace k malignitě Kromě toho lze na malignitu pohlížet jako na poruchu diferenciace, protože n malignita vzniká z kmenových buněk v důsledku maturačního bloku, n může dojít k dediferenciaci zralých buněk, které si zachovaly schopnost proliferace. Třetím významným procesem, jehož poruchy ovlivňují vznik nádorů je programovaná buněčná smrt-apoptóza. Úloha buněčné replikace v mnohastupnovem procesu karcinogeneze CELL REPLICATION DNA lesion Initiation CELL REPLICATION "Fixation* of DNA lesion Promotion Clonal growth stimulus for mutated cells Clonal growth of mutated cells CELL REPLICATION Progression CELL REPLICATION CELL REPLICATION Further mutations introduce growth independence (neoplasia) Progression CELL REPLICATION Second mutation Neoplastic cells become malignant GROWTH FACTORS fos, jun, myc START G1 PHASE P53/Rb Cyclinsjf CDK'S MITOSIS PCNA Cycle bheckpoint CDK1/2 Cyclins SPF GROWTH FACTORS MPF P53/Rb G2 PHASE S PHASE The cell cycle, with controlling factors and main checkpoints for transition from one phase into the next. MPF = M-phase promoting factor (p34 ana cyclin B); SPF = S-phase promoting factor; START = decision point for division of differentiation; E2F = transcription factor involved in DNA synthesis; p107 = protein related to Rb; p33 = cyclin-dependent protein kinase; p53/Rb = inhibitory proteins; CDK = cyclin-dependent kinase; PCNA = proliferating cell nuclear antigen. Poruchy normálně propojených procesů proliferace a diferenciace + nepřiměřená stimulace proliferace (příp. inhibice apoptózy) - vznik nádorů Buňky se stávají nádorovými, protože nejsou schopny diferencovat v odpověď na příslušné vývojové signály a tak ztrácejí schopnost zastavit produkci růstově stimulačních faktorů a aktivovat dráhy přenosu signálů růstových inhibitorů produkovaných diferencovanými buňkami (např. exprese receptoru apod.) AUTOKRINNÍ RŮSTOVÁ ODPOVĚĎ - autokrinní smyčka - buňka exprimuje a je stimulována růstovým faktorem, stává se nezávislou na okolním prostředí - autonomie PORUCHY V PARAKRINNÍ REGULACI - ovlivnění produkce růstových faktorů okolních buněk (fibroblasty, endoteliální buňky, monocyty) Změny regulace exprese (nikoli biochemické povahy) jednotlivých faktorů. Nádorové buňky produkují řadu růstových faktorů a cytokinů: TGFoc - transforming growth factor alfa basic fibroblast growth factor (bFGF) Insulin-like factor PDGF - platelet derived growth factor TGFß - transforming growth factor beta PORUCHY PRODUKCE HORMONŮ -hormonálně závislé nádory Uplatňuje se interference různých produktů nádorových a normálních buněk Mechanismus mitogeneze v normálních a transformovaných buňkách A: Schematic representation of the growth factor related mitogenic pathways in normal cells: (1) represents the growth factor per se, (2) the growth factor receptor, (3) the intracellular messenger system that transmits the mitogenic signal from the receptor to the nucleus. B: Schematic representation of possible perturbations of the growth factor related mitogenic pathways in transformed cells: (1) represents endogenous production of growth factors that may stimulate the cell in autocrine fashion. The endogenously produced factors may be secreted and interact with growth factor receptors at the cell surface (as shown) or, alternatively, activate the receptor in an intracellular compartment. (2) represents production of the growth factors that may mimic the functional activity of a growth factor receptor. (3) represents production of factors that may mimic the functional activity of a regulatory component along the intracellular messenger system. xxxxx VÝVOJ TKANÍ SAVCŮ SE USKUTEČŇUJE V PROSTREDÍ REGULAČNÍCH RŮSTOVÝCH FAKTORŮ (ovlivnění přežívání, proliferace, diferenciace) CHOVÁNÍ BUNĚK JE OVLIVŇOVÁNO ROVNOVÁHOU MEZI STIMULAČNÍMI AINHIBIČNÍMI SIGNÁLY (nespecifické a specifické). Hierarchická struktura vývoje tkání - obnovné buněčné populace: ■ kožní epitel ■ střevní epitel ■ krvetvorné systémy ■ zárodečné populace KMENOVÉ MULTIPOTENTNÍ BUŇKY (schopné sebeobnovy) PROGENITOROVE BUNKY (více diferencované, částečně schopné dělení) ZRALÉ TERMINÁLNE DIFERENCOVANÉ BUŇKY (nedělící se klidové buňky, v G0 fázi) Je nutné, aby byla dodržována přísná rovnováha počtu a typů buněk v jednotlivých kompartmentech. Rovnováha (homeostáza) výsledek působení mnohocetných zpětných vazeb The early acting growth factor which maximises host defense /ä Myeloid Stem Cell |gm-csf IL-3 CFU-GEMM GM-CSF (GM IL-3 S BFU-E CFU-Meg GM-CSF IL-3 GM-CSF IL-3 ® CFU-E EPO ■■•ť t Megakaryoblast GN GM-CSF 3 Proerythroblast Megakaryocyte Erythrocyte Platelets Neutrophilic Myelocyte I GM-CSF IC-CSF Jí Porymorpho- nucleated Neutrophil Promonocyte GM-CSF M-CSF Monocyte I GM-CSF Jm-CSF Eosinophilic Myelocyte IGM-CSF |lL-5 Basophilic Myelocyte IL-3 / IL-4 Eosinophil Macrophage Mast Ceil SMRT TERMINÁLNI i í|| DIFERENCIACE SMRT P TERMI |ß2 ^ INICIOVANÁ ^ BUŇKA ^^^^^^^m^^^^^^^^h MUTACE f nebo , INICIACE y*m fß1 * . = * " TERMINÁLNI DIFERENCIACE SELEKTIVNÍ KLONÁLNÍ EXPANZE INICIOVANÝCH BUNĚK nebo PROMOCE %Ĺ ^i Ik nI Ik nI / \ / \ MUTACE 2-n nebo PROGRESE MALIGNÍ ZVRAT INICIOVÁN BUŇKY Model iniciace/promoce/progrese v karcinogenezi. ß1; míra terminálni diferenciace a smrti kmenové buňky; ß2, míra smrti, ale ne term. Diferenciace iniciované buňky; o,,míra buněčného dělení kmenových buněk; oc2, míra uněčného dělení iniciovaných buněk; jul5 míra molekulárních dějů vedoucích k iniciaci (tj., eventuálně mutaci); ju2, míra výskytu druhého zásahu v iniciované buňce. Signální dráhy v normálních buňkách STIMULATORY PATHWAYS Normal cell INHIBITORY PATHWAYS iXAMPLE OF STIMULATORY ABNORMALITY EXAMPLE OF INHIBITORY ABNORMALITY Odpověď buňky na růstově stimulační a inhibiční signály a její poruchy v karcinogenezi GROWTH FACTOR GROWTH-INHIBITING FACTOR ■ ■ -o- ■ '■:, | :■■■ \ ■ ' ■■■ [/ • STIMULATORY PATHWAY INHIBITORY PATHWAY NORMAL CELL REPRODUCES ITSELF (sequence at top) in response to stimulation by external growth factors (green); it stops dividing in response to inhibitory factors (red, far right). For either reaction to occur, messages from the factors must be relayed deep into the target cell (large panels). Many cancer-causing genes are abnormal versions of ones that code for proteins in stimulatory pathways (left panel). The altered genes, called oncogenes, cause stimulatory proteins to be overproduced or overactive. In one example, mutation of a particular ras gene can lead to synthesis of a hyperactive ras protein (inset at left). Many other cancer-related genes code for proteins in inhibitory pathways (right panel) and are often called tumor suppressors. Damage to these genes can promote cancer if the defects prevent inhibitory proteins from being made or functioning properly—as often occurs when the p53gene is mutated (inset at right). latentní TGFß Transformace Pozitivní/negativní růstová kontrola epiteliálních buněk. TGFa růstově stimulační signál a TGFß růstově inhibiční signál v rovnováze = normální regulace růstu. Neoplastická transformace vzniká z poruch v jednom nebo více následujících bodech: (1) akumulace pro-TGFoc spojeného s plasmat. membránou přilehlých buněk poskytující dlouhodobý a lokalizovaný pozitivní signál; (2) změny v receptoru pro EGF/TGFoc vedoucí ke konstitutivní aktivaci pozitivních postreceptorových drah přenášejících signál; (3) amplifikace hladiny TGFa mRNA vyúsťující v pozitivní signál; (4) ztráta schopnosti aktivovat latentní TGFß; (5) ztráta receptoru pro TGFß; (6) změny negativních postreceptorových drah přenášejících signál. Vyjmenované změny mohou přispívat k transformaci epiteliálních buněk nerovnováhou pozitivních a negativních růstových signálů. HORMONÁLNI KARCINOGENEZE Hormonálně závislé nádory (prsu, endometria, prostaty, varlat, štítné žlázy, kostí) představuje ojedinělý mechanismus karcinogeneze. Endogenní a exogénni hormony podporují proliferaci, zvyšují počet buněčných dělení a pravděpodobnost náhodných genetických chyb. Hormonální stimulace působí v promočním stadiu a pokračuje do progresivního stadia. Polvsenní model a biomarkerv Neoplasie hormonálně závislých tkání představuje víc než 32% nově diagnostikovaných nádorů u mužů a více než 40% u žen. Genetický základ hladiny hormonů je důležitým rizikovým faktorem (polymorfismus metabolických genů) a dále se uplatňují různé vnější faktory ovlivňující hladinu hormonů (dieta, fyz. aktivita). Důležité charakterizovat geny odpovídající za interindividuální rozdíly v hladině hormonů a jsou zahrnuty v metabolismu a transportu hormonů. Multigenový model predispozice k nádorům prsu, který obsahuje několik genů zahrnutých v biosyntéze , vazbě a transportu estrogenů. Geny endokrinní regulace, Další geny - reparace DNA, nádorově supr. geny a onkogeny. BRCA1 a 2 - nádorově supresorové geny - nádory prsu a vaječníku. OH Cortisol testosterone HO-/ Y~°^\ VCH2—C-COO- thyroxine Figure 15-12 part 1 of 2. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. vitamin D3 XH3CH3 CH3O o- H3C CH3 retinoic acid Figure 15-12 part 2 of 2. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Steroid tyrosin kináza G protein-linked plazmatická receptor kináza G protein efektor/ kanál receptor > hsp90 fosforylace odpověď buňky kináza fosforylace m RNA jádro laderna membrána transkripce HRE '#a*OAXT/AXT/AXT/A\T/AXT/AXT/AXT/AXT/í Model působení jaderného receptoru pro tyroidní hormony (b) Binding of TR n presence of TH —* zoacti valor recruitment -> h i sto re acetyl ation T open, active chromaiin —> íranscripion t (sj Normal chromatin: basal levels of histone acetylatjon and transcription Coactivator complex.. TH response element Binding of TR \o DNA | Linker DNA ^ l-istone DNA TH IMucleosome (c) Binding of TR In absence of TH -* oorepressor recruitment -* deacetylated histones -closed, repressed chromatin —* no transcription Chromatin ^ Compressor: -..complex Fig. 2. Model oithe proposed action o1 nuclear thyroid hormone (TH) receplors (TP). Binding of TR toTH response elements o1 target genes can occur in the prcocncc (i TH)or absence ( TH}o1 hormone. TR preferentially binds to DNA as a ictcrodimcrwkhthc retinoid X receptor (RXP). Binding to DNA results in recruitment o1 coactivator or compressor protein complexes, modification o1 chromatin structure and the subsequent activation or repression of trarscripticn. Note that this mode of action opeHates lor the TRa1 and TRß isoforms. Structural changes in the carboxy-terminal domain of the TRa2 isoform prevent TH binding, resulting in inhibition o1 transcription even in the presence of TH. T, process increased. Dauncey MJ, Proc. Nutr. Soc, 60, 2001 Estradiol a v mensi mire ostatní steroidni hormony podporuji bunečnou proliferaci, která usnadňuje fixaci genetických chyb. Zárodečné mutace v příslušných nádorově supresorovych genech urychlují transformaci do maligního fenotypu. Ovary r!* iná. "i ♦ ESTRADIOL and OTHER STEROID HORMONES Ntfíťlůl EpiirwMl Call k3 MuňQňMil Phonalyp» Ciermline mulalra-n 10 í? TP53r BRCAt) G&nílk; ariors McuiTHJl9le during cell division fftff. TPS3) (Iůůs of tYaterozygoaity} GF - růstový faktor, E2 - estradiol, R-E2 - estrogenní receptor, ERE - responsivní element DNA, AP-1 -transkripční faktor Superrodina vnitrobuněčných receptoru N- N- (A) DNA-binding domain •c Cortisol receptor N- estrogen receptor progesterone receptor N--------------------C vitamín D receptor N;---------------------C thyroid hormone receptor N- retinoic acid receptor lígand-binding domain transcription-activating domain DNA-binding domain inhibitory proteins (B) INACTIVE RECEPTOR COOH DNA coactivatonj proteins ligand ! ligand ÍD) Figure 15-13 part 2 of 2. Molecular Biology of the Cell, 4th EditiQn.| receptor-binding transcription of element target genes (C) ACTIVE RECEPTOR iFigure 15-13 part 1 of 2. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Podobná struktura receptoru s vazebnou doménou Receptorový protein v inaktivní formě vázán na inhibiční proteiny Po vazbě ligandu disociace inh. proteinu a navázání koaktivátoru k transkripci aktivující doméně receptoru Trojrozměrná struktura domény vážící ligand bez a s navázaným ligandem. Alpha helix (modře) funguje jako víčko zajišťující polohu ligandu Odpověď indukovaná aktivací hormonálních receptoru (A) EARLY PRIMARY RESPONSE TO STEROID HORMONE (B) DELAYED SECONDARY RESPONSE TO STEROID HORMONE steroid hormone steroid hormone receptor secondary-response proteins ■°o aS t * A r i steroid-hornnone-receptor cornpfexes activate primary-response genes DNA induced synthesis of a few different proteins in the primary response a primary-response protein shuts off primary-response genes a primary-response protein turns on secondary-response genes Nádory endometria Zvýšené riziko vzniku - expozice estrogeny nevyrovnávaná progestiny. Kombinovaná antikoncepce estrogenu a vysokých dávek progesteronu (od 21 do 28 dne cyklu) snižuje riziko. Důležitým rizikovým faktorem je také obezita, která ovlivňuje produkci hormonů. Vysoké riziko existuje u samostatně žijících žen a snižuje se s každým těhotenstvím (vysoká hladina progesteronu. Nádory prsu Estrogeny mohou indukovat a podporovat rozvoj nádorů mléčné žlázy (důkazy u hlodavců). Riziko- kumulované působení estrogenu. Raný nástup menstruace a pozdní menopauza maximalizují počet ovulační ch cyklů. Prodloužená laktace a fyzická aktivita mohou počet cyklů redukovat Konzumace alkoholu (více než 60g alkoholu denně) - lineární vzrůst nádorů - zvyšování hladiny estrogenu v plasmě a hladinu tzv. insulin-like růstového faktoru. Primárním zdrojem estrogenu u žen po menopauze je přeměna androstenedionu na estron v tukové tkáni. Nádory prostaty Důležitá je biosyntéza, aktivace, inaktivace a transport androgenů, rizikový faktor je věk a etnicita (zvýšený výskyt - Afričané, Američané) Exogénni hormon Existují rozsáhlé vnější zdroje steroidních hormonů. - hormonální náhradní terapie (HRT) a antikoncepce. Antikoncepce zahrnující estrogen a vysoké dávky progestreonu snižuje riziko vaječníku a dělohy. HRT může zvyšovat riziko nádorů prsu, ale důkazy jsou mnohdy protichůdné. Riziko představuje zejména u žen s rodinou anamnézou nádorů prsu. Rada přírodních látek působících podobně jako hormony (hormon-like) může vykazovat také např. estrogenní aktivitu Poznatky o úloze hormonů v karcinogenezi však neumožňují jednoduše řešit tento fenomén, protože to není tak lehce modulovatelný faktor jako třeba kouření. Jednoduše nemůžeme odstranit nebo snížit endogenní hormony. Nové strategie pro detekci a prevenci - biomarkery zvýšeného rizika např. specifický genotyp a nová chemoprevence. Antihormonální terapie (např. tamoxifen, fmasterid) zpomaluje proces progrese. Fig. 1. Model of nuclear receptor-dependent gene expression. Tins represents a hypothetical schematic of the exchange of coregulators involved in activation of a gene by a steroid hormone receptor, such as ERn. C o activators and corepressor s exist in complexes in the cell and do not appear to bind to receptor as monomers. A, In the presence of antiestrogens, such as tamoxifen \T), the receptor interacts with a complex of corepressor proteins, including SMRT and/or NCoR, that maintains the gene in an inactive state. B, In the unliganded state, ERn may bind to either corepressor or coactivator complexes. Intracellular signaling can influence the extent of interaction with these complexes and therefore the relative magnitude of basal receptor activity: less activity when bound to corepressor complexes and more activity when the equilibrium is shifted to coactivator complex interaction. C-E, When estrogen iE; activates the receptor, a series of coactivator complexes bind and exchange in a programmed sequence to deliver functions needed to activate the gene í see series of reactions, panels C-E;. This arguably involves the sequence of histone acetylation (or other modifications; carried out by histone acetylases (CBP/p300 and SRCsj, followed by a complex containing BRG-1/BAF57, which unwinds DNA and remodels the chromatin, followed by a complex involved in initiation of transcription. These early complexes all may include SRC-1 or one of the other members of the SRC-1 family. After initiation, reinitiation/maintenance of transcription is carried out by TRAP220 and the TRAP/DRIP complex of proteins, which, in turn, interact with RNA polymerase II itself. F, Finally, coactivator complexes and the receptor itself are turned over at the promoter by proteasome-dependent processes. The presence of protein complexes containing ubi quit-in ligases, such as EG-AP and MDM2, which poly ubíquítinate proteins and target them for degradation by the 26S pro teasome, have been noted. The turnover leads t-o down-regulation of receptor/coactivator levels, but this turnover also is required for efficient continued transcription of the gene. D BD, DNA-binding domain; HDAC, histone deacetylase; Ub, ubiquitin. \ s pjuu (AF2> AF1 DBD A. A) B) C) AF1 E DBD - DBD w DBD _^ Smith CL and O Malley BW, Endocrine reviews, 25, 2004 5211 1302