Všechny formy rakoviny vznikají jako směs dědičných změn v buněčVšechny formy rakoviny vznikají jako směs dědičných změn v buněčnémném genomugenomu vyskytujících se ve vývoji nádorových buněk a epigenetických změvyskytujících se ve vývoji nádorových buněk a epigenetických změn ven ve stadiu nádorové promoce a progrese.stadiu nádorové promoce a progrese. Hlavní účinekHlavní účinek NÁDOROVÝCH PROMOTORŮNÁDOROVÝCH PROMOTORŮ je specifickáje specifická expanze iniciované buněčnéexpanze iniciované buněčné populacepopulace v zasažené tkáni. Fáze je zpočátku reversibilní, později ireverv zasažené tkáni. Fáze je zpočátku reversibilní, později ireversibilní.sibilní. Promotory se neváží kovalentně na DNA a nejsou mutagenní, působíPromotory se neváží kovalentně na DNA a nejsou mutagenní, působí na iniciovanou buňku a způsobujína iniciovanou buňku a způsobují důležité negenetickédůležité negenetické -- epigenetické změny (změny v expresi genů).epigenetické změny (změny v expresi genů). Mohou však též působit jinak na genetický materiál: způsobovat aMohou však též působit jinak na genetický materiál: způsobovat amplifikaci genů,mplifikaci genů, synergickysynergicky působit spůsobit s viry a zvyšovat transformaci. Tyto změny asi odpovídají za ireveviry a zvyšovat transformaci. Tyto změny asi odpovídají za ireversibilní část promoce.rsibilní část promoce. PROGRESORYPROGRESORY jsou karcinogeny, nádorové promotory nebo hormony, které působíjsou karcinogeny, nádorové promotory nebo hormony, které působí na nádorovéna nádorové buňky a přeměňují je na maligní. Mohou působitbuňky a přeměňují je na maligní. Mohou působit negenetické a genetické změnynegenetické a genetické změny v nádorovýchv nádorových buňkách. Progrese je charakterizována výskytembuňkách. Progrese je charakterizována výskytem extensivní heterogenity v maligní buněčné populaci aextensivní heterogenity v maligní buněčné populaci a vznikemvznikem invazivityinvazivity (metastázy).(metastázy). KOKARCINOGENYKOKARCINOGENY -- zvyšují hladiny buněčných enzymů, které aktivují karcinogenyzvyšují hladiny buněčných enzymů, které aktivují karcinogeny ANTIKARCINOGENYANTIKARCINOGENY -- chemicky se váží na karcinogen, odbourávají jej, tlumí enzymy achemicky se váží na karcinogen, odbourávají jej, tlumí enzymy aktivujícíktivující karcinogeny nebo obsadí cílové místo (kompetitivní inhibice).karcinogeny nebo obsadí cílové místo (kompetitivní inhibice). ChováníChování buněkbuněk aa rovnováharovnováha vv buněčnýchbuněčných populacíchpopulacích jsoujsou reguloványregulovány komplexnímkomplexním integrovanýmintegrovaným komunikačnímkomunikačním systémemsystémem,, kterýkterý zahrnujezahrnuje signálysignály mimobuněčnémimobuněčné,, mezibuněčnémezibuněčné aa vnitrobuněčnévnitrobuněčné.. Živočišné buňky obsahujíŽivočišné buňky obsahují systém proteinů, který jim umožňuje reagovat na signálysystém proteinů, který jim umožňuje reagovat na signály jiných buněkjiných buněk.. ZahrnujeZahrnuje receptorové proteiny na buněčném povrchu nebo uvnitř buněk (vreceptorové proteiny na buněčném povrchu nebo uvnitř buněk (v cytoplasmě nebo v jádře), proteinovécytoplasmě nebo v jádře), proteinové kinázykinázy,, fosfatázyfosfatázy,, proteinyproteiny vážícívážící sese nana GTP aGTP a řaduřadu dalšíchdalších vnitrobuněčnýchvnitrobuněčných proteinůproteinů, se, se kterýmikterými tytotyto signálysignály interagujíinteragují.. INTEGROVANÉ SIGNÁLNÍ OBVODY VZNIKAJÍCÍ V BUŇCEINTEGROVANÉ SIGNÁLNÍ OBVODY VZNIKAJÍCÍ V BUŇCE ►► uvolnuvolněěnníí rrůůst modulujst modulujííccíích faktorch faktorůů ((hormonů,hormonů, rrůůstových faktorstových faktorůů, inhibitor, inhibitorůů,, cytokinůcytokinů,, eikosanoideikosanoidůů apodapod.) do.) do krve (endokrinní regulace) nebokrve (endokrinní regulace) nebo mezibunmezibuněčěčnnééhoho prostoruprostoru -- tktkááňňovovéé medimediáátorytory ((parakrinnparakrinníí regulaceregulace)) ►► odpovodpověědi bundi buněěk na slok na složžky bunky buněčěčných membrných membráán sousednn sousedníích bunch buněěk a na slok a na složžkyky extracelulextraceluláárnrníí matrixmatrix -- kadherinykadheriny,, integrinyintegriny -- ddůůleležžititéé zz hlediskahlediska metastatickmetastatickééhoho procesuprocesu ►► ppřříímý pmý přřenos signenos signáállůů (mal(maléé molekuly asi 1molekuly asi 1 kDakDa)) mezimezi bubuňňkamikami prostprostřřednictvednictvíímm membrmembráánovýchnových spojenspojeníí,, tzvtzv.. gapgap junctionjunction GJICGJIC -- gapgap junctionaljunctional intercellular communicationintercellular communication ((homolognhomologníí nebonebo heterolognheterologníí)) vytvvytváářřeneníí konexonkonexonůů zz proteinproteinůů konexinkonexinůů Poruchy GJIC mohou vPoruchy GJIC mohou véést kst k deregulaci rderegulaci růůstu a kstu a k neoplasiineoplasii -- negenotoxicknegenotoxickéé mechanismymechanismy karcinogenezekarcinogeneze MEZIBUNMEZIBUNĚČĚČNNÉÉ INTERAKCE vINTERAKCE v rrůůstustu aa neoplasiineoplasii Formy mezibuněčných signálů Autokrinní signál Vazba mimobuněčných signálních molekul na povrchové nebo vnitrobuněčné receptory Zjednodušené schéma vnitrobuněčné signální dráhy aktivované mimobuněčnou signální molekulou Závislost živočišné buňky naZávislost živočišné buňky na mnohonásobnýchmnohonásobných mimobuněčnýchmimobuněčných signálechsignálech Nongenotoxic chemicals (e.g.: TPA, DDT and Phenobarbital) Endogenous regulators (e.g.: hormones, growth factors, neurotransmiters) Cell adhesion molecules Gap junction Extracellular communication Intercellular communication Intracellular communication Free radicals pH P3 CR DG cAMP Ca 2+ Cytoplasmic receptor Second messages A alters membrane function B activates inactive proteins C modulates GJ function D modulates gene expression A C D B Active protein Inactive protein nucleus nucleus nucleus According to: J.E.Trosko: Environmental Health Perspectives; 106: 331 - 339, 1998 Tři hlavní způsoby mezibuněčné komunikace Hlavní mechanismy charakterizující negenotoxickou karcinogenezi  ovlivnění mechanismů signálové transdukce  ovlivnění exprese onkogenů, nádorově supresorových genů a genů buněčného cyklu  aktivace specifických receptorů  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 EXTRACELULLAREXTRACELULLAR STIMULISTIMULI hormoneshormones,, growthgrowth factorsfactors,, cytokinescytokines environmenvironm.. chemicalschemicals,, drugsdrugs,, radiationradiation,, dietarydietary PUFAsPUFAs,, fiberfiber changeschanges ofof membranemembrane propertiesproperties INTRACELULLARINTRACELULLAR SIGNALLINGSIGNALLING PATHWAYSPATHWAYS cytosoliccytosolic receptorsreceptors,, transcriptiontranscription factorsfactors ((AhRAhR,, NFNFBB etcetc.).) prooxidativeprooxidative// antioxidativeantioxidative balancebalance nuclearnuclear receptorsreceptors ((PPARsPPARs, RXR,, RXR, etcetc.).) transcriptiontranscription factorsfactors (AP(AP--1,1, etcetc.).) histonehistone acetylationacetylation// deacetylationdeacetylation DNADNA methylationmethylation ALTERED GENE EXPRESSIONALTERED GENE EXPRESSION onon transcriptiontranscription,, translationaltranslational oror postpost--translationaltranslational levelslevels MainMain epigeneticepigenetic ((nonnon--genotoxicgenotoxic)) mechanismsmechanisms involvedinvolved inin carcinogenesiscarcinogenesis membranemembrane receptorsreceptors drugdrug--andand hormonehormone metabolizingmetabolizing enzymesenzymes RERE udrudržžovováánníí homeosthomeostáázyzy veve tktkáánnííchch šíšířřeneníí signsignáállůů regulujregulujííccííchch proliferaciproliferaci aa diferenciacidiferenciaci mezimezi bubuňňkamikami FaktoryFaktory inhibujinhibujííccíí GJICGJIC -- umoumožňžňujujíí klonklonáálnlníí expanziexpanzi preneoplastickýchpreneoplastických bunbuněěkk ►► rrůůstovstovéé faktoryfaktory (EGF)(EGF) ►► negenotoxicknegenotoxickéé karcinogenykarcinogeny,, nnáádorovdorovéé promotorypromotory ►► onkogenyonkogeny --expreseexprese nněěkterýchkterých onkogenonkogenůů korelujekoreluje ss redukcredukcíí GJICGJIC FaktoryFaktory stimulujstimulujííccíí GJICGJIC ►► rrůůstovstověě inhibiinhibiččnníí lláátkytky ►► lláátky ptky půůsobsobííccíí protinprotináádorovdorověě -- retinoidyretinoidy,, karotenoidykarotenoidy,, dexamethasonedexamethasone VýzkumVýzkum gengenůů propro konexinykonexiny -- fungujfungujíí jakojako nnáádorovdorověě supresorovsupresorovéé genygeny -- uplatnuplatněěnníí vv terapiiterapii VÝZNAM GJICVÝZNAM GJIC GapGap junctionaljunctional intercellular communication (GJIC)intercellular communication (GJIC) byby mohlamohla býtbýt integrujintegrujííccíímm faktoremfaktorem,, kterýkterý propojujepropojuje vvššechnyechny teorieteorie karcinogenezekarcinogeneze dohromadydohromady.. MajMajíí totitotižž zzáásadnsadníí roliroli ppřřii udrudržžovováánníí tktkááňňovovéé homeosthomeostáázyzy aa existujeexistuje řřadaada ddůůkazkazůů nana podporupodporu jejichjejich zzáásadnsadníí úúlohylohy vv tomtotomto procesuprocesu..  propro vvěěttššinuinu nnáádorovýchdorových bunbuněěkk jeje charakteristickcharakteristickáá dysfunkcedysfunkce homohomo-- nebonebo heterolognheterologníí komunikacekomunikace  vvěěttššinaina nnáádorovýchdorových promotorpromotorůů inhibujeinhibuje ((reverzibilnreverzibilněě) GJIC) GJIC  rrůůstst.. faktoryfaktory aa hormonyhormony majmajííccíí nnáádorovdorověě promopromoččnníí úúččinkyinky inhibujinhibujíí GJICGJIC  onkogenyonkogeny jakojako jsoujsou rasras,, rafraf,, srcsrc mohoumohou snisnižžovatovat GJICGJIC  nnáádorovdorověě supressupres.. genygeny zvyzvyššujujíí GJICGJIC  transfekcetransfekce nnáádorovýchdorových bunbuněěkk konexinovýmikonexinovými genygeny obnovujeobnovuje GJIC aGJIC a rrůůstovoustovou regulaciregulaci ttěěchtochto bunbuněěkk  ““antisenseantisense”” genygeny propro konexinykonexiny mohoumohou snisnižžovatovat GJICGJIC  protinprotináádorovdorovéé lláátkytky aa chemopreventivnchemopreventivníí agensagens zvyzvyššujujíí GJICGJIC  konexinovkonexinovéé genygeny fungujfungujíí jakojako nnáádorovdorověě supresorovsupresorovéé genygeny  GJICGJIC jsoujsou ddůůleležžititéé propro adaptivnadaptivníí odpovodpověďěď ii apoptapoptóózuzu SniSnižžovováánníí GJIC exogennGJIC exogenníími chemickými promotory nebo endogennmi chemickými promotory nebo endogenníími rmi růůst. faktory nebo hormonyst. faktory nebo hormony vyvyžžadujeaduje  ppřřekroekroččeneníí prahovprahovéé ddáávkyvky  ststáále, pravidelnle, pravidelnéé chronickchronickéé ppůůsobensobeníí U vU vššech znech znáámých epigenetických amých epigenetických a negenotoxickýchnegenotoxických lláátek existujtek existujíí prahovprahovéé hodnotyhodnoty, pod nimi, pod nimižž jeje bubuňňka schopna obnovovat svka schopna obnovovat svůůj pj půůvodnvodníí stav bez osudových dstav bez osudových důůsledksledkůů. Je jasn. Je jasnéé,, žže take takéé rrůůznznéé typytypy chemikchemikááliliíí majmajíí svsvéé prahovprahovéé hodnotyhodnoty pro modulaci GJIC apro modulaci GJIC a cytotoxicitucytotoxicitu aa žžee taktakéé rrůůznznéé žživ. druhy aiv. druhy a rrůůznznéé typy buntypy buněěk reagujk reagujíí na tutna tutééžž lláátku rtku růůznzněě.. „Gap junctions“v buněčné homeostáze Model gap junctions Gap junctions Syntetické dráhySyntetické dráhy konexinůkonexinů a tvorba homoa tvorba homo-- nebonebo heterohetero--buněčných GJ struktur a jejichbuněčných GJ struktur a jejich partnerské vazebné molekuly.partnerské vazebné molekuly. KonexinyKonexiny putují z ER doputují z ER do GolgihoGolgiho aparátu.aparátu. VytvořenéVytvořené konexonykonexony jsou transportovány dojsou transportovány do plasmatické membrány, kde se sdružují splasmatické membrány, kde se sdružují s konexonykonexony sousedních buněk a tvoří GJ kanály.sousedních buněk a tvoří GJ kanály. Optimální diferenciace savčích epiteliálníchOptimální diferenciace savčích epiteliálních buněk v komplexním prostředí vyžadujebuněk v komplexním prostředí vyžaduje regulované vazby GJ útvarů s dalšími proteinyregulované vazby GJ útvarů s dalšími proteiny (beta(beta--kateninkatenin,, klaudinklaudin,, okludinokludin, tubulin)., tubulin). Kromě toho musí být funkční další vazbyKromě toho musí být funkční další vazby zajišťující interakce buňkazajišťující interakce buňka--ECM, adhezeECM, adheze buňkabuňka--buňka a signály rozpustných faktorů.buňka a signály rozpustných faktorů. Úloha ztráty heterologního typu GJIC v karcinogenezi Růstově stimulační signál difunduje do sousedních buněk přes GJ a dosahuje substimulační úrovně K difúzi signálu nedochází u buněk postrádajících GJ a je zahájeno buněčné dělení Model růstové kontroly prostřednictvím gap junctions (GJ) Růstově stimulační signál Růstově stimulační signál difunduje do sousedních buněk přes GJRůstově stimulační signál difunduje do sousedních buněk přes GJ aa zabraňuje buněčnému dělenízabraňuje buněčnému dělení Signál se nešíří do buněk postrádajících GJ a dochází k buněčnémSignál se nešíří do buněk postrádajících GJ a dochází k buněčnémuu dělenídělení Model růstové kontroly prostřednictvímModel růstové kontroly prostřednictvím gapgap junctionsjunctions (GJ)(GJ) Růstově inhibiční signálRůstově inhibiční signál adenoma dysplasia non-infiltrating carcinoma Molekulárně biologická a morfologická progrese nádorůMolekulárně biologická a morfologická progrese nádorů Normal cell Loss of apoptosis control Loss of growth control Loss of senescence control MorphologicalMolecular biological Tumour progression infiltrating carcinoma - genomic instability - activation of proteases Metastasising tumour cell Mitóza S-fáze Apoptóza G0G1 G2 Diferenciace Senescence Rovnováha v buněčných populacích je udržována přesnou regulací pRovnováha v buněčných populacích je udržována přesnou regulací procesůrocesů proliferace (proliferace (bunbun. cyklus), diferenciace a. cyklus), diferenciace a apoptózyapoptózy % ? + - differentiation apoptosis (necrosis)proliferation t0 txtime (t) A. Kozubík: BFÚ AV ČR, 1999 Vztah mezi proliferací, diferenciací aVztah mezi proliferací, diferenciací a apoptózouapoptózou RAKOVINA JE PROLIFERATIVNRAKOVINA JE PROLIFERATIVNÍÍ CHOROBOUCHOROBOU ZZáákladnkladníím dm děějem vjem v žživotivotěě bubuňňky jeky je dděělenleníí.. ŘŘetetěěz dz děějjůů, který vede k, který vede k replikaci DNA areplikaci DNA a k dk děělenleníí bubuňňky mky máá 4 z4 záákladnkladníí ččáásti: vznik signsti: vznik signáálu, rozpoznlu, rozpoznáánníí signsignáálu, plu, přřenosenos signsignáálu a odpovlu a odpověďěď.. BunBuněčěčnnéé dděělenleníí hraje klhraje klííččovouovou úúlohu vlohu v kakažžddéém stadiu vývoje nm stadiu vývoje náádordorůů aa je zcelaje zcela zzřřejmejméé,, žžee zvýzvýššenenáá proliferace mproliferace můžůže zvye zvyššovat riziko malignity:ovat riziko malignity: ddůůleležžititáá pro fixaci popro fixaci pošškozenkozeníí DNA,DNA, nn usnadusnadňňujeuje mutagenezimutagenezi (výskyt a fixace mutac(výskyt a fixace mutacíí)) nn umoumožňžňujeuje klonklonáálnlníí namnonamnožženeníí iniciovaniniciovanéé bubuňňkyky nn po vzniku dalpo vzniku dalšíších mutacch mutacíí je na nje na níí zzáávislý pvislý přřechod odechod od neolastickneolastickéé populacepopulace kk malignitmalignitěě KromKroměě toho lze na malignitu pohltoho lze na malignitu pohlíížžet jako naet jako na poruchu diferenciaceporuchu diferenciace,, protoprotožžee nn mmalignita vznikalignita vznikáá zz kmenových bunkmenových buněěk vk v ddůůsledkusledku maturamaturaččnnííhoho bloku,bloku, nn mmůžůže doje dojíít kt k dediferenciacidediferenciaci zralých bunzralých buněěk, kterk, kteréé si zachovaly schopnostsi zachovaly schopnost proliferace.proliferace. TTřřetetíím významným procesem, jehom významným procesem, jehožž poruchy ovlivporuchy ovlivňňujujíí vznik nvznik náádordorůů jeje programovanprogramovanáá bunbuněčěčnnáá smrtsmrt--apoptapoptóózaza.. Úloha buněčné replikace v mnohastupňovém procesuÚloha buněčné replikace v mnohastupňovém procesu karcinogenezekarcinogeneze GROWTH FACTORS 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 = cyclindependent kinase; PCNA = proliferating cell nuclear antigen. Cyclins CDK’s PCNA p107 Cyclins E2F p33 CDK1/2 Cyclins P53/Rb P53/Rb fos, jun, myc SPF MPF MITOSIS G1 PHASE G2 PHASE S PHASE GROWTH FACTORS Cycle checkpoint G0 START Poruchy normPoruchy normáálnlněě propojených procespropojených procesůů proliferace a diferenciace + nepproliferace a diferenciace + nepřřimiměřěřenenáá stimulace proliferace (pstimulace proliferace (přřííp. inhibicep. inhibice apoptapoptóózyzy)) -- vznik nvznik náádordorůů BuBuňňky se stky se stáávajvajíí nnáádorovými, protodorovými, protožže nejsou schopny diferencovat ve nejsou schopny diferencovat v odpovodpověďěď nana ppřřííslusluššnnéé vývojovvývojovéé signsignáály a tak ztrly a tak ztráácejcejíí schopnost zastavit produkci rschopnost zastavit produkci růůstovstověě stimulastimulaččnnííchch faktorfaktorůů a aktivovat dra aktivovat drááhy phy přřenosu signenosu signáállůů rrůůstových inhibitorstových inhibitorůů produkovanýchprodukovaných diferencovanými budiferencovanými buňňkami (napkami (napřř. exprese receptor. exprese receptorůů apod.)apod.) AUTOKRINNAUTOKRINNÍÍ RRŮŮSTOVSTOVÁÁ ODPOVODPOVĚĎĚĎ -- autokrinnautokrinníí smysmyččkaka -- bubuňňkaka exprimujeexprimuje a jea je stimulovstimulováána rna růůstovým faktorem, ststovým faktorem, stáávváá se nezse nezáávislou na okolnvislou na okolníím prostm prostřřededíí -- autonomieautonomie PORUCHY VPORUCHY V PARAKRINNPARAKRINNÍÍ REGULACIREGULACI -- ovlivnovlivněěnníí produkce rprodukce růůstových faktorstových faktorůů okolnokolníích bunch buněěk (k (fibroblastyfibroblasty,, endoteliendoteliáálnlníí bubuńńkyky,, monocytymonocyty)) ZmZměěny regulace exprese (nikoli biochemickny regulace exprese (nikoli biochemickéé povahy) jednotlivých faktorpovahy) jednotlivých faktorůů.. NNáádorovdorovéé bubuňňky produkujky produkujíí řřadu radu růůstových faktorstových faktorůů aa cytokincytokinůů:: TGFTGF -- transformingtransforming growthgrowth factorfactor alfaalfa basicbasic fibroblastfibroblast growthgrowth factorfactor ((bFGFbFGF)) InsulinInsulin--likelike factorfactor PDGFPDGF -- plateletplatelet derivedderived growthgrowth factorfactor TGFTGF -- transformingtransforming growthgrowth factorfactor betabeta PORUCHY PRODUKCE HORMONPORUCHY PRODUKCE HORMONŮŮ ––hormonálně závislé nádoryhormonálně závislé nádory UplatUplatňňuje se interference ruje se interference růůzných produktzných produktůů nnáádorových a normdorových a normáálnlníích bunch buněěkk MechanismusMechanismus mitogenezemitogeneze v normálních a transformovaných buňkáchv normálních a transformovaných buňkách A 1 2 3 B 1 2 3 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 TKVÝVOJ TKÁÁNNÍÍ SAVCSAVCŮŮ SE USKUTESE USKUTEČŇČŇUJE VUJE V PROSTPROSTŘŘEDEDÍÍ REGULAREGULAČČNNÍÍCH RCH RŮŮSTOVÝCH FAKTORSTOVÝCH FAKTORŮŮ (ovlivn(ovlivněěnníí ppřřeežžíívváánníí, proliferace,, proliferace, diferenciace)diferenciace) CHOVCHOVÁÁNNÍÍ BUNBUNĚĚK JE OVLIVK JE OVLIVŇŇOVOVÁÁNO ROVNOVNO ROVNOVÁÁHOU MEZIHOU MEZI STIMULASTIMULAČČNNÍÍMI A INHIBIMI A INHIBIČČNNÍÍMI SIGNMI SIGNÁÁLYLY (nespecifick(nespecifickéé a specificka specifickéé).). HierarchickHierarchickáá struktura vývoje tkstruktura vývoje tkáánníí -- obnovnobnovnéé bunbuněčěčnnéé populace:populace:  kokožžnníí epitelepitel  ststřřevnevníí epitelepitel  krvetvornkrvetvornéé systsystéémymy  zzáároderodeččnnéé populacepopulace KMENOVKMENOVÉÉ MULTIPOTENTNMULTIPOTENTNÍÍ BUBUŇŇKYKY (schopn(schopnéé sebeobnovysebeobnovy)) PROGENITOROVPROGENITOROVÉÉ BUBUŇŇKYKY (v(vííce diferencovance diferencovanéé,, ččáástesteččnněě schopnschopnéé dděělenleníí)) ZRALZRALÉÉ TERMINTERMINÁÁLNLNĚĚ DIFERENCOVANDIFERENCOVANÉÉ BUBUŇŇKYKY (ned(neděěllííccíí se klidovse klidovéé bubuňňky,ky, vv GG00 ffáázi)zi) Je nutnJe nutnéé, aby byla dodr, aby byla dodržžovováána pna přříísnsnáá rovnovrovnovááha poha poččtu a typtu a typůů bunbuněěk vk v jednotlivýchjednotlivých kompartmentechkompartmentech.. Rovnováha (homeostáza) výsledek působení mnohočetných zpětných vazeb Model iniciace/promoce/progrese v karcinogenezi. 1, míra terminální diferenciace a smrti kmenové buňky; 2, míra smrti, ale ne term. Diferenciace iniciované buňky; 1,míra buněčného dělení kmenových buněk; 2, míra uněčného dělení iniciovaných buněk; 1, míra molekulárních dějů vedoucích k iniciaci (tj., eventuálně mutaci); 2, míra výskytu druhého zásahu v iniciované buňce. SELEKTIVNÍ KLONÁLNÍ EXPANZE INICIOVANÝCH BUNĚK nebo PROMOCE MUTACE 2--n nebo PROGRESE MALIGNÍ ZVRAT INICIOVANÉ BUŇKY INICIOVANÁ BUŇKA SMRTSMRT TERMINÁLNÍ DIFERENCIACE MUTACE nebo INICIACE 1 2 1 1 2 TERMINÁLNÍ DIFERENCIACE Signální dráhy v normálních buňkáchSignální dráhy v normálních buňkách Odpověď buňky na růstově stimulační a inhibiční signályOdpověď buňky na růstově stimulační a inhibiční signály a její poruchy va její poruchy v karcinogenezikarcinogenezi optimální rozsah regulace tolerovaná hranice regulovaného rozmezí „homeostázy“ na tkáňové úrovni Diferenciace Zánik buněk (smrt apoptózou) produkce buněk (intenzita dělení - proliferace) zvýšené riziko vzniku nádorových onemocnění POČETBUNĚKVPOPULACI Pozitivní/negativní růstová kontrola epiteliálních buněk. TGF růstově stimulační signál a TGF růstově inhibiční signál v rovnováze = normální regulace růstu. Neoplastická transformace vzniká z poruch v jednom nebo více následujících bodech: (1) akumulace pro-TGF spojeného s plasmat. membránou přilehlých buněk poskytující dlouhodobý a lokalizovaný pozitivní signál; (2) změny v receptoru pro EGF/TGF vedoucí ke konstitutivní aktivaci pozitivních postreceptorových drah přenášejících signál; (3) amplifikace hladiny TGF mRNA vyúsťující v pozitivní signál; (4) ztráta schopnosti aktivovat latentní TGF; (5) ztráta receptorů pro TGF; (6) změny negativních postreceptorových drah přenášejících signál. Vyjmenované změny mohou přispívat k transformaci epiteliálních buněk nerovnováhou pozitivních a negativních růstových signálů. Transformace + + + - proteolýza pro - TGF latentní TGF aktivace TGFTGF 1 2 3 4 6 5 Figure 11.44 The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Hormonálně závislé nádory (prsu, endometria, prostaty, varlat, štítné žlázy, kostí) představuje ojedinělý mechanismus karcinogeneze. Endogenní a exogenní hormony podporují proliferaci, zvyšují počet buněčných dělení a pravděpodobnost náhodných genetických chyb. Hormonální stimulace působí v promočním stadiu a pokračuje do progresivního stadia. Polygenní model a biomarkery 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 vaječníků. HORMONÁLNÍ KARCINOGENEZEHORMONÁLNÍ KARCINOGENEZE Některé signální molekuly vážící se na molekulární receptoryNěkteré signální molekuly vážící se na molekulární receptory HRE jaderná membrána jádro transkripce odpověď buňky AAAA mRNA fosforylace kináza efektor / kanálG proteinreceptor receptor tyrosin kináza cytoplazma tyrosin kináza G protein- linked steroid plazmatická membrána receptor hsp90 fosforylace Model působení jaderného receptoru proModel působení jaderného receptoru pro tyroidnítyroidní hormonyhormony Dauncey MJ, Proc. Nutr. Soc, 60, 2001 Estradiol a v menší míře ostatní steroidní hormony podporují buněčnou proliferaci, která usnadňuje fixaci genetických chyb. Zárodečné mutace v příslušných nádorově supresorových genech urychlují transformaci do maligního fenotypu. STIMULACE ESTROGENNÍHO RECEPTORUSTIMULACE ESTROGENNÍHO RECEPTORU GFGF –– růstový faktor, E2růstový faktor, E2 –– estradiolestradiol, R, R--E2E2 –– estrogenníestrogenní receptor,receptor, EREERE –– responsivníresponsivní element DNA, APelement DNA, AP--11 ––transkripční faktortranskripční faktor SuperrodinaSuperrodina vnitrobuněčných receptorůvnitrobuněčných receptorů (A)(A) Podobná struktura receptorů s vazebnou doménouPodobná struktura receptorů s vazebnou doménou (B)(B) ReceptorovýReceptorový protein vprotein v inaktivníinaktivní formě vázán na inhibiční proteinyformě vázán na inhibiční proteiny (C)(C) Po vazběPo vazbě liganduligandu disociacedisociace inhinh. proteinu a navázání. proteinu a navázání koaktivátorukoaktivátoru k transkripci aktivující doméně receptoruk transkripci aktivující doméně receptoru (D)(D) Trojrozměrná struktura domény vážícíTrojrozměrná struktura domény vážící ligandligand bez a s navázanýmbez a s navázaným ligandemligandem.. AlfsaAlfsa helixhelix (modře) funguje jako víčko(modře) funguje jako víčko zajišťující polohuzajišťující polohu liganduligandu Odpověď indukovaná aktivací hOdpověď indukovaná aktivací hormonormonálníchálních receptorreceptorůů 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 estrogenů. Raný nástup menstruace a pozdní menopauza maximalizují počet ovulačních 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 Dúležitá je biosyntéza, aktivace, inaktivace a transport androgenů. rizikový faktor je věk a etnicita (zvýšený výskyt – Afričané, Američané) Exogenní hormonyExogenní hormony Existují rozsáhléExistují rozsáhlé vnější zdroje steroidních hormonůvnější zdroje steroidních hormonů.. -- hormonální náhradní terapie (HRT) a antikoncepce. Antikoncepcehormonální náhradní terapie (HRT) a antikoncepce. Antikoncepce zahrnujícízahrnující estrogen a vysoké dávkyestrogen a vysoké dávky progestreonuprogestreonu snižuje riziko vaječníků a dělohy. HRTsnižuje riziko vaječníků a dělohy. HRT může zvyšovat riziko nádorů prsu, ale důkazy jsou mnohdy protichmůže zvyšovat riziko nádorů prsu, ale důkazy jsou mnohdy protichůdné. Rizikoůdné. Riziko představuje zejména u žen spředstavuje zejména u žen s rodinou anamnézou nádorů prsu.rodinou anamnézou nádorů prsu. Řada přírodních látek působících podobně jako hormony (hormonŘada přírodních látek působících podobně jako hormony (hormon--likelike)) můžemůže vykazovat také např.vykazovat také např. estrogenníestrogenní aktivituaktivitu Poznatky o úloze hormonů vPoznatky o úloze hormonů v karcinogenezikarcinogenezi však neumožňují jednoduše řešitvšak neumožňují jednoduše řešit tento fenomén, protože to není tak lehcetento fenomén, protože to není tak lehce modulovatelnýmodulovatelný faktor jako třeba kouření.faktor jako třeba kouření. Jednoduše nemůžeme odstranit nebo snížit endogenní hormony.Jednoduše nemůžeme odstranit nebo snížit endogenní hormony. Nové strategie pro detekci a prevenciNové strategie pro detekci a prevenci –– biomarkerybiomarkery zvýšeného rizika např.zvýšeného rizika např. specifický genotyp a nováspecifický genotyp a nová chemoprevencechemoprevence.. AntihormonálníAntihormonální terapieterapie (např.(např. tamoxifentamoxifen,, finasteridfinasterid) zpomaluje proces progrese.) zpomaluje proces progrese.