Předmět:Předmět: GENOTOXICITA A KARCINOGENEZEGENOTOXICITA A KARCINOGENEZE SYLABUSSYLABUS VZNIK A ROZVOJ NÁDOROVÉHO ONEMOCNĚNÍVZNIK A ROZVOJ NÁDOROVÉHO ONEMOCNĚNÍ Genetické (Genetické (genotoxickégenotoxické) a epigenetické () a epigenetické (negenotoxickénegenotoxické) aspekty vzniku a rozvoje nádorů) aspekty vzniku a rozvoje nádorů FázeFáze karcinogenezekarcinogeneze Iniciační, podpůrná (promoční) a progresivní fáze, genetické a eIniciační, podpůrná (promoční) a progresivní fáze, genetické a epigenetické faktory, karcinogeny apigenetické faktory, karcinogeny a kokarcinogenykokarcinogeny,, antikarcinogenyantikarcinogeny Typy nádorůTypy nádorů Nádory spontánní a indukované (Nádory spontánní a indukované (onkogenníonkogenní viry, chemické a fyzikální karcinogeny), nádory benigní aviry, chemické a fyzikální karcinogeny), nádory benigní a maligní, invaze, metastázy, klasifikace podle tkání.maligní, invaze, metastázy, klasifikace podle tkání. Molekulární základy vzniku a rozvoje nádorového onemocněníMolekulární základy vzniku a rozvoje nádorového onemocnění Genetické mechanismyGenetické mechanismy Mutace aMutace a mutagenymutageny, genetická nestabilita, nádorově promoční faktory (exogenní a e, genetická nestabilita, nádorově promoční faktory (exogenní a endogenní)ndogenní) ProtoonkogenyProtoonkogeny,, onkogenyonkogeny, nádorově, nádorově supresorovésupresorové genygeny Transformace buněkTransformace buněk DenzitněDenzitně závislá inhibice růstu (kontaktní inhibice), odlišnosti normálnzávislá inhibice růstu (kontaktní inhibice), odlišnosti normálních a transformovaných buněk, změnyích a transformovaných buněk, změny závislosti na pozitivních a negativních růstových faktorech, malzávislosti na pozitivních a negativních růstových faktorech, maligní transformaceigní transformace ImortalizaceImortalizace VýznamVýznam telomertelomer,, telomerázytelomerázy a dalších faktorůa dalších faktorů NegenotoxickéNegenotoxické (epigenetické) mechanismy(epigenetické) mechanismy MetylaceMetylace DNA,DNA, acetylaceacetylace histonů, změny exprese genůhistonů, změny exprese genů Změny v regulaci proliferace, diferenciace aZměny v regulaci proliferace, diferenciace a apoptózyapoptózy Změny vZměny v mechanismech přenosu (mechanismech přenosu (transdukcetransdukce) signálů) signálů AntiproliferačníAntiproliferační molekulymolekuly -- jejich vztah k růstovým faktorům, receptorům a dalším součástemjejich vztah k růstovým faktorům, receptorům a dalším součástem kaskádykaskády přenosu signálů.přenosu signálů. Úloha buněčného cyklu a jeho změny vÚloha buněčného cyklu a jeho změny v karcinogenezikarcinogenezi Rovnováha vRovnováha v buněčných populacíchbuněčných populacích Poruchy proliferace, diferenciace aPoruchy proliferace, diferenciace a apoptózyapoptózy ((apoptózaapoptóza a nekróza)a nekróza) Patologické účinkyPatologické účinky cytokinůcytokinů parakrinníparakrinní aa autokrinníautokrinní regulace, poruchy pozitivních a negativních regulátorů, důsledkregulace, poruchy pozitivních a negativních regulátorů, důsledky.y. VýznamVýznam oxidativníhooxidativního metabolismumetabolismu rovnováharovnováha oxidooxido--redukčních dějů, aktivační a deaktivační enzymy, proredukčních dějů, aktivační a deaktivační enzymy, pro-- aa antioxidačníantioxidační systémy,systémy, oxidativníoxidativní stresstres Úloha oxidačních procesů vÚloha oxidačních procesů v apoptózeapoptóze Komunikace buněkKomunikace buněk MimobuněčnáMimobuněčná, mezibuněčná a vnitrobuněčná komunikace, úloha mezerovitých spo, mezibuněčná a vnitrobuněčná komunikace, úloha mezerovitých spojení tzv. "jení tzv. "gapgap junctionsjunctions"" (GJIC) v(GJIC) v udržování tkáňovéudržování tkáňové homeostázyhomeostázy, poruchy mezibuněčné komunikace u nádorových buněk, snižování, poruchy mezibuněčné komunikace u nádorových buněk, snižování počtupočtu gapgap junctionsjunctions,, klonálníklonální množení iniciované buňky. Změny membránových vlastností, rozpozmnožení iniciované buňky. Změny membránových vlastností, rozpoznávání anávání a komunikace buněk,komunikace buněk, kadherinykadheriny,, kateninykateniny,, integrinyintegriny,, konexinykonexiny.. MetastázyMetastázy Příčiny vzniku, metastatická kaskáda, kontakt buňkaPříčiny vzniku, metastatická kaskáda, kontakt buňka--buňka, buňkabuňka, buňka -- mimobuněčnámimobuněčná matrix,matrix, změny adhezivníchzměny adhezivních molekul a vnitrobuněčného signálování,molekul a vnitrobuněčného signálování, imunitní systémimunitní systém AngiogenezeAngiogeneze Význam,Význam, induktoryinduktory a inhibitorya inhibitory angiogenezeangiogeneze Vznik a rozvoj specifických typů nádorů (jejich genetické a epigVznik a rozvoj specifických typů nádorů (jejich genetické a epigenetické příčiny)enetické příčiny) Poruchy krvetvorbyPoruchy krvetvorby -- leukémieleukémie Chronická myeloidní l.,Chronická myeloidní l., myelodysplastickýmyelodysplastický syndrom, akutní l., genetické poruchy, rozpojení procesu prolifsyndrom, akutní l., genetické poruchy, rozpojení procesu proliferace aerace a diferenciace, poruchydiferenciace, poruchy apoptózyapoptózy Nejčastější typy nádorůNejčastější typy nádorů -- kolorektálníkolorektální karcinomy, nádory prsu, prostaty, kůžekarcinomy, nádory prsu, prostaty, kůže Genetické a negenetické příčiny, prekancerózní stavy, etiologie,Genetické a negenetické příčiny, prekancerózní stavy, etiologie, rozvoj, vnější faktoryrozvoj, vnější faktory EndogenníEndogenní karcinogenezekarcinogeneze, hormonálně závislé nádory, hormonálně závislé nádory PřirozenéPřirozené protinádorovéprotinádorové obranné mechanismyobranné mechanismy Úloha imunitního sytému,Úloha imunitního sytému, cytostatickécytostatické aa cytotoxickécytotoxické účinkyúčinky monocytůmonocytů aa makrofágůmakrofágů, působení, působení cytokinůcytokinů aa eikosanoidůeikosanoidů FAKTORY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ V PROCESU KARCINOGENEZEFAKTORY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ V PROCESU KARCINOGENEZE ZářeníZáření -- neionizující a ionizujícíneionizující a ionizující Chemické karcinogenyChemické karcinogeny -- polycyklicképolycyklické aromatické uhlovodíky (PAH), halogenované aromatické uhlovodíkyaromatické uhlovodíky (PAH), halogenované aromatické uhlovodíky (PCB,(PCB, PCDD),PCDD), peroxisomovéperoxisomové proliferátoryproliferátory,, xenobiotickéxenobiotické lipidy, chlorované pesticidy, atd.lipidy, chlorované pesticidy, atd. OnkogenníOnkogenní viry a bakterieviry a bakterie Důsledky působení škodlivých faktorů vnějšího prostředíDůsledky působení škodlivých faktorů vnějšího prostředí GenotoxickéGenotoxické vs.vs. negenotoxickénegenotoxické účinky (epigenetická toxicita)účinky (epigenetická toxicita) -- charakteristikacharakteristika PoruchyPoruchy homeostázyhomeostázy -- modulace buněčné proliferace, diferenciace amodulace buněčné proliferace, diferenciace a apoptózyapoptózy -- příčiny a důsledky, vztah kepříčiny a důsledky, vztah ke karcinogenezikarcinogenezi MechanismyMechanismy -- změny vzměny v reparaci DNA, specifické vnitrobuněčné receptory, působení reaktreparaci DNA, specifické vnitrobuněčné receptory, působení reaktivních forem kyslíkuivních forem kyslíku ­­ oxidativníoxidativní stres, inhibice GJIC, ovlivnění mechanismůstres, inhibice GJIC, ovlivnění mechanismů transdukcetransdukce signálu, změnysignálu, změny metylacemetylace DNA, ovlivněníDNA, ovlivnění expreseexprese onkogenůonkogenů a nádorověa nádorově supresorovýchsupresorových genůgenů Nutriční aspektyNutriční aspekty karcinogenezekarcinogeneze Karcinogeny vKarcinogeny v potravě, promoční apotravě, promoční a antipromočníantipromoční působení složek potravy (vitamíny,působení složek potravy (vitamíny, antioxidantyantioxidanty)) Obsah a složení tuků v potravě,Obsah a složení tuků v potravě, polynenasycenépolynenasycené mastné kyseliny (nmastné kyseliny (n--6 a n6 a n--3 mastné kyseliny) a jejich metabolity3 mastné kyseliny) a jejich metabolity jakojako mediátorymediátory a modulátory buněčných signálů, mechanismy působení,a modulátory buněčných signálů, mechanismy působení, oxidativníoxidativní metabolismus,metabolismus, lipidoválipidová peroxidaceperoxidace, imunitní systém, úloha, imunitní systém, úloha eikosanoidůeikosanoidů vv karcinogenezikarcinogenezi ­­ interakce sinterakce s cytokinycytokiny VlákninaVláknina ­­ mastné kyseliny s krátkým řetězcemmastné kyseliny s krátkým řetězcem -- butyrátbutyrát PREVENCE, DIAGNOSTIKA A LÉČBA NÁDOROVÝCH ONEMOCNĚNÍPREVENCE, DIAGNOSTIKA A LÉČBA NÁDOROVÝCH ONEMOCNĚNÍ Experimentální, epidemiologické a klinické studie, populačníExperimentální, epidemiologické a klinické studie, populační screeningscreening Genetická predispozice, životní stylGenetická predispozice, životní styl TerapieTerapie -- chirurgie, záření, chemoterapie,chirurgie, záření, chemoterapie, imunoterapieimunoterapie Prediktivní onkologiePrediktivní onkologie Typizace nádorů, diagnostickéTypizace nádorů, diagnostické markerymarkery, prognostické vs. prediktivní faktory, prognostické vs. prediktivní faktory Detekce specifických parametrůDetekce specifických parametrů -- cytokinetickécytokinetické parametry, molekulární a jinéparametry, molekulární a jiné markerymarkery Moderní metody (průtoková a vysokorozlišovacíModerní metody (průtoková a vysokorozlišovací cytometriecytometrie, laser, laser scanningscanning, molekulární a další metody,, molekulární a další metody, microarraysmicroarrays), stanovení proliferační aktivity, detekce), stanovení proliferační aktivity, detekce apoptózyapoptózy Srovnání metod a interpretace naměřených parametrůSrovnání metod a interpretace naměřených parametrů DataData managmentmanagment -- význam vícerozměrných matematických analýz, prediktivnívýznam vícerozměrných matematických analýz, prediktivní markerymarkery Doporučená literaturaDoporučená literatura B.B. AlbertsAlberts etet alal.:.: MolecularMolecular BiologyBiology ofof thethe Cell, 4rdCell, 4rd editionedition,, GarlandGarland Science,Science, NewNew York 2002York 2002 B.B. AlbertsAlberts etet alal.: české vydání.: české vydání ­­ Základy buněčné biologie,Základy buněčné biologie, EsperoEspero PublishingPublishing, Ústí n./Labem 1998, Ústí n./Labem 1998 U.R.U.R. FolschFolsch, K., K. KochsiekKochsiek, R.F. Schmidt: Patologická fyziologie, GRADA, R.F. Schmidt: Patologická fyziologie, GRADA PublishingPublishing, Praha 2003, Praha 2003 Z. Adam, J. Vorlíček, J.Z. Adam, J. Vorlíček, J. KoptíkováKoptíková: Obecná onkologie a podpůrná léčba, GRADA: Obecná onkologie a podpůrná léčba, GRADA PublishingPublishing,, Praha 2003Praha 2003 P.P. KlenerKlener: Klinická onkologie, Nakladatelství: Klinická onkologie, Nakladatelství GalénGalén a Karolinum UK Praha, 2002a Karolinum UK Praha, 2002 J.J. KrejsekKrejsek, O. Kopecký: Klinická imunologie, NUCLEUS HK, 2004, O. Kopecký: Klinická imunologie, NUCLEUS HK, 2004 Z. Adam, J. Vorlíček, J. Vaníček a kol.: Diagnostické a léčebnéZ. Adam, J. Vorlíček, J. Vaníček a kol.: Diagnostické a léčebné postupy u maligních chorob, 2.postupy u maligních chorob, 2. vydání, GRADAvydání, GRADA PublishingPublishing, Praha 2004, Praha 2004 A.A. RejtharRejthar, B. Vojtěšek: Obecná patologie nádorového růstu, GRADA, B. Vojtěšek: Obecná patologie nádorového růstu, GRADA PublishingPublishing, s. r. o., 2002, s. r. o., 2002 S. Štípek a kol.:S. Štípek a kol.: AntioxidantyAntioxidanty a volné radikály ve zdraví a va volné radikály ve zdraví a v nemoci, GRADAnemoci, GRADA PublishingPublishing, s.r.o., s.r.o. 20002000 V. Hořejší, J.V. Hořejší, J. BartúňkováBartúňková: Základy imunologie, 2. vydání, Triton, Praha 2002: Základy imunologie, 2. vydání, Triton, Praha 2002 D.D. HeberHeber etet alal.,., NutritionalNutritional OncologyOncology,, ElsevierElsevier IncInc., 2006., 2006 CarcinogenesisCarcinogenesis, Vol. 21, 2000, Vol. 21, 2000 ­­ celé číslocelé číslo J. Hofmanová, A. Kozubík:J. Hofmanová, A. Kozubík: ApoptózaApoptóza a nádorová onemocněnía nádorová onemocnění -- Přehled, Klinická onkologie 8, 5, 1995.Přehled, Klinická onkologie 8, 5, 1995. A.Kozubík, J. Hofmanová: Význam nenasycených mastných kyselin vA.Kozubík, J. Hofmanová: Význam nenasycených mastných kyselin v rozvoji arozvoji a chemoprofylaxichemoprofylaxi nádorůnádorů kolorektakolorekta -- Přehled, Klinická onkologie 1999Přehled, Klinická onkologie 1999 J. Hofmanová, M. Machala, A. Kozubík:J. Hofmanová, M. Machala, A. Kozubík: EpigeneticEpigenetic mechanismsmechanisms ofof carcinogeniccarcinogenic effectseffects ofof xenobioticsxenobiotics andand inin vitrovitro methodsmethods ofof theirtheir detectiondetection.. ReviewReview. Folia. Folia BiologicaBiologica ((PraguePrague) 46, 165) 46, 165--173, 2000.173, 2000. Doporučené speciální separátyDoporučené speciální separáty RAKOVINARAKOVINA nejrozšířenějšínejrozšířenější epiteliálníepiteliální nádorynádory ­­ karcinomykarcinomy Hippocrates (400 př.n.l.) popsal rakovinu jako dlouhé výběžky (podobné račím nohám) vybíhajícím do zdravých tkání: řeckyřecky -- karkinoskarkinos --rakrak onkosonkos ((krabkrab)) cancercancer ((anglangl.).) der Krebs (der Krebs (němněm.).) ONKOLOGIEONKOLOGIE -- věda o nádorechvěda o nádorech Onkologická onemocněníOnkologická onemocnění -- nádorová onemocněnínádorová onemocnění KARCINOGENEZEKARCINOGENEZE ((kancerogenezekancerogeneze,, onkogenezeonkogeneze,, tumorigenezetumorigeneze)) vznikvznik aa rozvojrozvoj nádorovéhonádorového onemocněníonemocnění HISTORIE popisné (epidemiologické) poznatky: 1848 - zvýšený výskyt rakoviny prsu u jeptišek (souvislost s bezdětností a nekojením) 1775 - rakovina šourku u kominíků (souvislost s výskytem škodlivin v sazích) 1902 - souvislost RTG paprsků a vzniku rakoviny poč. 20. stol. - rodinný výskyt nádorů 1910 - Rous - infekční přenos nádoru u kuřat studium nádorových virů (onkogen - fragment virových genů způsobujících nádor) protoonkogeny souvislost s mitogenní signální dráhou pomalu transformující viry nádorové supresory přenosy DNA (transformace, transfekce) biochemie: studium onkoproteinů, jejich lokalizace, interakcí molekulární biologie: izolace, charakterizace a cílená exprese eukaryotických genů buněčná biologie: studium molekulárních mechanismů řídících růst buněk, buněčné dělení genetika somatických buněk a virů: funkční testy jednotlivých genů Pojem ,,rakovina" odpovídá více než sto formám této choroby. Téměř všechny tkáně v těle mohou podlehnout malignitě. Asi 30 trilionů buněk v normálním zdravém organismu žije ve složitém vzájemně propojeném svazku, regulujíc vzájemně svou proliferaci. Vzájemná spolupráce buněk zajišťuje, že každá tkáň těla udržuje svou velikost a architekturu . Nádorové buňky naopak ničí toto schema, stávají se hluchými k obvyklé kontrole proliferace a vytvářejí si svůj vlastní vnitřní program reprodukce. Kromě toho mají ještě nebezpečnější vlastnost - schopnost migrovat a tvořit masu ve vzdálených částech těla. Nádory z takovýchto buněk se stávají čím dál agresivnější a stávají se letální, jestliže rozrušují tkáně a orgány důležité pro přežití organismu jako celku. Nádor je nová a abnormální tkáň v mnohobuněčném organismu, která v tomto organismu nemá fyziologickou funkci a roste neregulovaným způsobem. Je to geneticky podmíněný abnormální přírůstek buněčné tkáňové hmoty klonálního charakteru. Jeho růst není v koordinaci s růstem okolních tkání a rovnovážným stavem organismu. Nádory vznikají z naší vlastní tkáně. Teorie ,,nádorové kmenové buňky" ­ nádor je obecně odvozen od jedné buňky která se dramaticky mění po sérii genetických změn. Zdravá buňka má definovaný tvar a strukturu a prosperuje mezi uspořádanými okolními buňkami. Odpovídá na podněty ze svého okolí a dává vznik dceřinným buňkám jen tehdy, jestliže rovnováha stimulačních a inhibičních signálů z okolí upřednostní buněčné dělení. Avšak v procesu replikace nebo dělení existuje stálá hrozba vzniku mutací, náhodných změn, které mohou tento regulační cyklus porušovat. Jedna mutace může způsobit, že buňka, která vypadá normálně a je méně citlivá na vnější signály se může příležitostně začít nekontrolovaně dělit. Akumulace genetických změn v důsledku genetické nestability může způsobit, že se dceřinná buňka stane zcela hluchou k externím signálům a vykazuje znaky malignity. Buňka ztrácí přesný tvar a hranice, nereaguje na růstově inhibiční signály a získává schopnost nekontrolovaně se dělit. Vznikající masa stlačuje a poškozuje zdravou tkáň ve svém sousedství a může dále překonávat bariéry jednotlivých orgánů a metastázovat, což znamená, že kolonizuje vzdálené tkáně. MUTACEMUTACE -- dědičná genetická změna v buňcedědičná genetická změna v buňce (vzniká bodovou mutací,(vzniká bodovou mutací, delecídelecí nebonebo inzercí jednoho či více nukleotidů, amplifikací segmentů DNA, ininzercí jednoho či více nukleotidů, amplifikací segmentů DNA, inverzí nebo získánímverzí nebo získáním či ztrátou chromozomu, translokací). Základem je změna genetickéči ztrátou chromozomu, translokací). Základem je změna genetického materiálu vho materiálu v buňce nikoli změna v jeho expresi.buňce nikoli změna v jeho expresi. EPIGENETICKÁ ZMĚNAEPIGENETICKÁ ZMĚNA -- je změna v genové expresi beze změny v sekvencije změna v genové expresi beze změny v sekvenci DNA nebo genetickém obsahu buňkyDNA nebo genetickém obsahu buňky ­­ může být dědičnámůže být dědičná INICIOVANÁ BUŇKA, TRANSFORMOVANÁ BUŇKAINICIOVANÁ BUŇKA, TRANSFORMOVANÁ BUŇKA -- buňka se změněnoubuňka se změněnou genetickou informací.genetickou informací. Vzniká spontánně nebo je indukována viry,Vzniká spontánně nebo je indukována viry, chemchem. látkami. látkami nebo fyzikálními faktory. Má potenciální schopnost stát se nádornebo fyzikálními faktory. Má potenciální schopnost stát se nádorovou nebo maligní.ovou nebo maligní. BENIGNÍ NÁDORBENIGNÍ NÁDOR -- je lokální rozrůstání iniciované buňkyje lokální rozrůstání iniciované buňky, zůstává na místě, zůstává na místě vzniku, nemigrujevzniku, nemigruje MALIGNÍ NÁDORMALIGNÍ NÁDOR -- nádor se schopností vrůstat do tkání a rozšiřovat se donádor se schopností vrůstat do tkání a rozšiřovat se do vzdálených místvzdálených míst krevním nebo lymfatickým řečištěm, vytváříkrevním nebo lymfatickým řečištěm, vytváří metastázy.metastázy. PrimárníPrimární aa sekundární nádorysekundární nádory MALIGNÍ TRANSFORMACEMALIGNÍ TRANSFORMACE -- přeměna buňky spřeměna buňky s normálními růstovýminormálními růstovými vlastnostmi na buňku maligní ztrácející schopnost adekvátně reagvlastnostmi na buňku maligní ztrácející schopnost adekvátně reagovat aovat a odpovídat na růstové signály. Ztráta kontaktní inhibice růstu. Podpovídat na růstové signály. Ztráta kontaktní inhibice růstu. Porušení negativníorušení negativní zpětné vazby. Snížená schopnost komunikace pomocí mezibuněčnýchzpětné vazby. Snížená schopnost komunikace pomocí mezibuněčných spojeníspojení -- gapgap junctionsjunctions.. TermínTermín NEOPLASIENEOPLASIE (nový růst) se používá pro celý rozsah benigního i(nový růst) se používá pro celý rozsah benigního i maligního chování buněk.maligního chování buněk. ZZÁÁKLADNKLADNÍÍ KLASIFIKACE NKLASIFIKACE NÁÁDORDORŮŮ VýchozVýchozíí tktkááňň ZralZraléé benignbenigníí bubuňňkyky ((nezhoubnnezhoubnéé)) NezralNezraléé malignmaligníí bubuňňkyky ((zhoubnzhoubnéé)) EPITELEPITEL povrchovýpovrchový papilompapilom karcinomkarcinom žžlláázovýzový adenomadenom adenokarcinomadenokarcinom POJIVOPOJIVO kolagennkolagenníí fibromfibrom fibrosarkomfibrosarkom tukovtukovéé lipomlipom liposarkomliposarkom chrupavkachrupavka chondromchondrom chondrosarkomchondrosarkom kostkost osteomosteom osteosarkomosteosarkom SvalSval myommyom myosarkommyosarkom CCéévnvníí angiomangiom angiosarkomangiosarkom KRVETVORNKRVETVORNÁÁ LYMFATICKLYMFATICKÁÁ mononuklemononukleóózaza?? leukemieleukemie lymfomlymfom,, myelommyelom NERVOVNERVOVÁÁ centrcentráálnlníí gliomgliom glioblastomglioblastom perifernperiferníí ganglioneuromganglioneurom pargangliompargangliom neuroblastomneuroblastom malignmaligníí paragangliomparagangliom ZZÁÁRODERODEČČNNÁÁ gonadoblastomgonadoblastom seminomseminom dysgerminomdysgerminom teratomteratom zralýzralý teratomteratom nezralýnezralý VznikVznik nádorunádoru jeje vícestupňovitývícestupňovitý procesproces,, kterýkterý jeje výsledkemvýsledkem složitésložité interakce genetických ainterakce genetických a nenegenetickygeneticky působících faktorůpůsobících faktorů 1) I1) Indukce mutacíndukce mutací -- fáze iniciacefáze iniciace 2) P2) Preferovanýreferovaný klonálníklonální růstrůst iniciovanýchiniciovaných preneoplastickýchpreneoplastických buněkbuněk -- fázfázee podpůrnápodpůrná -- promočnípromoční ­­ karcinomkarcinom inin situsitu 3)3) Fáze konverzeFáze konverze čiči transformacetransformace ­­ změnazměna fenotypufenotypu, vznik, vznik maligního klonumaligního klonu 4)4) FázeFáze progreseprogrese ­­ lokální rozrůstání nádoru, neschopnost odpovídatlokální rozrůstání nádoru, neschopnost odpovídat na regulační mechanismyna regulační mechanismy, vzrůstající rychlost proliferacevzrůstající rychlost proliferace 5)5) InvazivitInvazivitaa ­­ šíření nádoru mimo prvotní ložiskošíření nádoru mimo prvotní ložisko -- vvznikznik metastázmetastáz Onemocnění vzniká v zásadě porušenímOnemocnění vzniká v zásadě porušením homeostázhomeostázyy nana úrovniúrovni buněkbuněk aa buněčnýchbuněčných populacípopulací INICIACE (initiation) změna genetického materiálu buňky - mutace ireverzibilně mění normální buňku v preneoplastickou PROMOČNÍ STADIUM (promotion) indukce proliferace (klonální množení) iniciované buňky po působení tzv. nádorově promočních podnětů (regenerace po odstranění části buněčné populace nebo po smrti buněk, růstové signály, působení vnějších signálů - chem. a a fyz. faktorů) zpočátku reverzibilní, později ireverzibilní ­ přechod do maligní transformace PROGRESE (progression) akumulace dalších mutací + působení promočních faktorů, ztráta regulačních mechanismů invazivita a vznik metastáz ZÁKLADNÍ ZNAKY NÁDOROVÉ POPULACE ztráta kontaktní inhibice a kontroly růstu ztráta schopnosti terminální diferenciace ztráta schopnosti apoptózy snížení nebo inhibice mezibuněčné komunikace Ztráta kontaktní inhibice v buněčné kultuře Mnohostupňový proces karcinogeneze INICIACE PROMOCE PROGRESE MUTAGENY RADIACE VIRUSY.... GENOTOXICITA NEGENOTOXICKÉ KARCINOGENY PRENEOPLASTICKÉ PORUCHY INICIOVANÁ BUŇKA NORMÁLNÍ BUŇKA MALIGNÍ NÁDOR INVAZE METASTÁZY AKTIVACE PROTO-ONKOGENŮ INAKTIVACE NÁDOROVĚ SUPRESOR. GENŮ INAKTIVACE ANTIMETASTAT. GENŮ GENOTOXICKÉ +NEGENOTOXICKÉ FAKTORY kokarcinogeny exog., endog. (hormony) INICIACE antikarcinogeny (selen, antioxidanty, složky potravy, vit. A, C, B) KARCINOGEN PROKARCINOGEN AKTIVACE DETOXIFIKACE VAZBA NA DNA REPARACE DNA NENÍ REPARACE NORMÁLNÍ DNA MUTOVANÁ DNA V REPRIMOVANÉM STADIU PROMOCE KARCINOGENEZE NORMÁLNÍ STAV DEREPRESE POKRAČUJÍCÍ REPRESE MUTOVANÁ DNA V REPRIMOVANÉM STADIU PROMOTORY ANTIPROMOTORY PROMOTORY ANTIPROMOTORY NÁDOR NEVZNIKÁ NÁDOR HomeostázaHomeostáza vvee tkáníchtkáních je udržovánaje udržována integrovaným systémemintegrovaným systémem komunikačních mechanismů (mimokomunikačních mechanismů (mimo--,, vnitrovnitro-- a mezibuněčnýcha mezibuněčných) a reguluje chování buněk především s) a reguluje chování buněk především s ohledem naohledem na schopnost proliferace, diferenciace, adaptivní odpovědi aschopnost proliferace, diferenciace, adaptivní odpovědi a apoptózyapoptózy.. IniciovanéIniciované preneoplasticképreneoplastické buňkybuňky jsoujsou udržoványudržovány vv latentnímlatentním stavustavu vv důsledkudůsledku působenípůsobení těchtotěchto ""přirozenýchpřirozených"" regulačníchregulačních mechanismůmechanismů.. V podpůrné (promoční) fázi rozvoje nádorů se uplatňují látkyV podpůrné (promoční) fázi rozvoje nádorů se uplatňují látky působícípůsobící negenotoxickýminegenotoxickými ((nebonebo epigenetickýmiepigenetickými)) mechanismymechanismy, tzv. nádorové, tzv. nádorové promotorypromotory, které způsobují změny chování buněk v, které způsobují změny chování buněk v důsledku deregulacedůsledku deregulace zmíněných procesů.zmíněných procesů. Zásahy, které vedouZásahy, které vedou ke změnám vke změnám v expresi genů a k poruchámexpresi genů a k poruchám homeostázyhomeostázy sese odehrávajíodehrávají vv buňcebuňce nana různýchrůzných úrovníchúrovních aa různýmirůznými mechanismymechanismy.. Způsoby promoce iniciované buňky BIOLOGICKÉ CHARAKTERISTIKY STÁDIÍ KARCINOGENEZEBIOLOGICKÉ CHARAKTERISTIKY STÁDIÍ KARCINOGENEZE INICIACEINICIACE GenotoxickýGenotoxický dějděj ((mutacemutace)) ZměnaZměna vv genetickémgenetickém materiálumateriálu ((nukleotidynukleotidy,, chromozómychromozómy)) IreverzibilníIreverzibilní změnazměna VznikVznik preneoplasticképreneoplastické buňkybuňky VykazujeVykazuje dávkovědávkově závislézávislé vlastnostivlastnosti MožnýMožný ""spontánníspontánní vznikvznik iniciovanéiniciované buňkybuňky"" JeJe nutnénutné buněčnébuněčné dělenídělení pro "pro "fixacifixaci"" mutacemutace PřiPři dávkovédávkové závislostizávislosti neexistujeneexistuje práhpráh PROMOCEPROMOCE NegenotoxickéNegenotoxické ((epigenetickéepigenetické)) dějeděje ZměnyZměny vv genovégenové expresiexpresi ReverzibilníReverzibilní změnyzměny SelektivníSelektivní klonálníklonální expanzeexpanze preneoplasticképreneoplastické bun. populacebun. populace ZávisláZávislá nana konstatníkonstatní expoziciexpozici látkoulátkou ss promočnímipromočními účinkyúčinky VykazujeVykazuje dávkovědávkově závislézávislé vlastnostivlastnosti JeJe zjevnýzjevný práhpráh PROGRESEPROGRESE GenotoxickéGenotoxické ii negenotoxickénegenotoxické dějeděje ZměnyZměny karyotypukaryotypu aa genetickágenetická nestabilitanestabilita IreverzibilníIreverzibilní změnazměna TvorbaTvorba neoplastickýchneoplastických útvarůútvarů ((adenomyadenomy aa karcinomykarcinomy)) ZměnyZměny podporujícípodporující přechodpřechod preneoplastickýchpreneoplastických buněkbuněk vv neoplastickéneoplastické AutonomieAutonomie nádorovénádorové populacepopulace VznikVznik metastázmetastáz Figure 11.42 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) Nádorová tkáň získává nestabilní genom necitlivost k okolním signálům (zastavujícím buněčný cyklus a inhibujícím růst) soběstačnost v produkci růstových signálů neomezenou schopnost růstu neschopnost reagovat na podněty indukující apoptózu (deregulace apoptických drah) schopnost vaskularizace (neoangiogeneze) schopnost prorůstat do okolních tkání a kolonizovat vzdálené tkáně (metastázování) MUTACEMUTACE definována jako kvalitativní nebo kvantitativní změna v genetickdefinována jako kvalitativní nebo kvantitativní změna v genetické informacié informaci obsažené v DNA.obsažené v DNA. Je považována zaJe považována za ireverzibilní změnuireverzibilní změnu a může být indukována viry, fyzikálními neboa může být indukována viry, fyzikálními nebo chemickými faktory.chemickými faktory. Mutace mohou vznikatMutace mohou vznikat na úrovni genů nebo chromozómůna úrovni genů nebo chromozómů. Jeden specifický gen. Jeden specifický gen může být změněnmůže být změněn přidáním, ztrátou nebo záměnou jedné baze.přidáním, ztrátou nebo záměnou jedné baze. ProteinProtein kódovaný tímto genem pak může býtkódovaný tímto genem pak může být změněn s ohledem na strukturu azměněn s ohledem na strukturu a funkci.funkci. Jestliže mutace zahrnujeJestliže mutace zahrnuje změnu v počtu chromozómů v buňcezměnu v počtu chromozómů v buňce ((nondisjunkcenondisjunkce,, polyploidizacepolyploidizace),), taktak potompotom,, ii kdyžkdyž jednotlivéjednotlivé genygeny jsoujsou normálnínormální,, jejichjejich početpočet můžemůže narušitnarušit jejichjejich funkcifunkci.. Změny v uspořádání chromozómůZměny v uspořádání chromozómů způsobenézpůsobené delecídelecí nebonebo translokacítranslokací částičásti jinýchjiných chromozómůchromozómů takétaké mohoumohou způsobitzpůsobit jakjak mutacemutace genůgenů taktak abnormálníabnormální expresiexpresi genůgenů umístěnýchumístěných nana takovémtotakovémto chromozómuchromozómu.. DědičnéDědičné mutacemutace (X(Xerodermaeroderma pigmentosumpigmentosum,, WilmsWilmsůvův tumortumor, albinismus atd.), albinismus atd.) mohou předurčovat jedince k určitým typům nádorů.mohou předurčovat jedince k určitým typům nádorů. Fyzikální a chemické faktoryFyzikální a chemické faktory, které působí jako, které působí jako mutagenymutageny téžtéž přispívajípřispívají kk nádorovémunádorovému procesuprocesu jakojako iniciátoryiniciátory nebonebo progresoryprogresory.. Genetické změny a disorganizace chromosomů v nádorových buňkách Geny se dědí v odpovídajících párech Mateřský a otcovský chromozóm nesou každý jednu normální kopii příslušného genu * Aktivační mutace ­ mutovaný gen produkuje protein aktivující bun. proliferaci, stačí mutace v jedné kopii genu, dominantní * Inaktivační mutace ­ mutovaný gen neprodukuje protein zastavující bun. proliferaci nebo produkuje jeho inaktivní formu. K mutaci musí dojít u obou kopií genu, recesívní Vznik nádorové buňky ­ klonální evoluce Buňka vypadá normálně, ale je predisponována k nepřiměřené proliferaci Buňka začíná příliš proliferovat, ale jinak je normální Buňka proliferuje rychleji a dochází i ke strukturálním změnám Buňka nekontrolovaně roste a vypadá evidentně porušená Normální buňka 1 mutace 2 mutace 3 mutace Maligní buňka 4 a další mutace VÝZNAMVÝZNAM MUTACÍ U NÁDOROVÝCH ONEMOCNĚNÍMUTACÍ U NÁDOROVÝCH ONEMOCNĚNÍ Normální frekvence mutací 10Normální frekvence mutací 10--77 -- 1010--88 /nukleotid//nukleotid/bunbun. dělení.. dělení. Zvýšená frekvence mZvýšená frekvence mutacutacíí podporujepodporuje karcinogenezikarcinogenezi.. MutaceMutace jsou nejen znakem nádorů, ale jsou také zásadní pro jejich vývojjsou nejen znakem nádorů, ale jsou také zásadní pro jejich vývoj.. GenomGenom nádorovýchnádorových buněkbuněk jeje nestabilnínestabilní aa tatotato nestabilitanestabilita vyúsťujevyúsťuje vv kaskádukaskádu mutacímutací, z, z nichžnichž některéněkteré umožňujíumožňují nádorovýmnádorovým buňkámbuňkám obejítobejít regulačníregulační procesyprocesy,, kterékteré kontrolujíkontrolují lokalizacilokalizaci buňkybuňky,, jejíjejí dělenídělení,, adaptaciadaptaci aa smrtsmrt.. GenetickáGenetická nestabilitanestabilita jeje manifestovánamanifestována velkouvelkou heterogenitouheterogenitou buněkbuněk vv každémkaždém nádorunádoru a přispívá k jejich progresia přispívá k jejich progresi.. DvaDva hlavníhlavní mechanizmymechanizmy vznikuvzniku mutacímutací vv nádorovýchnádorových buňkáchbuňkách:: deficitdeficit vv reparacireparaci DNADNA ((kopírováníkopírování nereparovanýchnereparovaných poškozenípoškození v DNAv DNA nebonebo chybychyby běhemběhem syntézysyntézy DNA)DNA) deficitdeficit vv rozdělovánírozdělování chromozómůchromozómů připři buněčnémbuněčném dělenídělení Zdrojem nepřesností při replikaci DNA jsou chyby vzniklé při DNA polymeraci (tj. kvalita DNA polymeráz a souvisejících ,,proofreadingových" procesů) a chyby v systémech reparace DNA. U nádorů nebyly prokázány defekty v DNA polymerázách, ale byly prokázány defekty ve dvou hlavních systémech reparace DNA. Nukleotidová excizní oprava (,,nucleotide-excision repair" - NER) - s ní spojená nestabilita (,,NERassociated instability" - NIN) Oprava špatného párování (,,mismatch repair" MMR) - s ní spojená mikrosatelitová nestabilita (MIN) Figure 12.8c The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) Table 12.1 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) VV buněčnébuněčné DNADNA docházídochází keke stálémustálému poškozovánípoškozování ((environmentálnímienvironmentálními ii endogennímiendogenními zdrojizdroji) a k) a k resyntézeresyntéze.. MnohoMnoho z tz taktoakto působícíchpůsobících látek jsoulátek jsou mutagenymutageny aa řadařada zz nichnich ii karcinogenykarcinogeny.. Poškození DNA chemikáliemiPoškození DNA chemikáliemi spadá do dvou kategorií:spadá do dvou kategorií: rozsáhlérozsáhlé aduktyadukty reparovanéreparované excisíexcisí (vystřihnutím)(vystřihnutím) nukleotidůnukleotidů malé změnymalé změny vznikajícívznikající např. ponapř. po alkylačníchalkylačních činidlechčinidlech,, kterákterá přidávajípřidávají metylmetyl-- aa etylskupinyetylskupiny dodo nukleotidůnukleotidů, a, a tyty jsoujsou pakpak reparovány excisní reparacíreparovány excisní reparací bazíbazí.. Další zdroje poškození DNADalší zdroje poškození DNA:: přírodní látky v potravěpřírodní látky v potravě buněčné metabolické procesy (reaktivní kyslíkové produktybuněčné metabolické procesy (reaktivní kyslíkové produkty--ROS)ROS) Vzhledem k vysoké frekvenci poškození je pravděpodobné, že význaVzhledem k vysoké frekvenci poškození je pravděpodobné, že významná částmná část poškození unikne reparaci a produkuje mutace během replikace tétpoškození unikne reparaci a produkuje mutace během replikace této nereparovanéo nereparované DNADNA polymerázamipolymerázami.. MutaceMutace mohoumohou vznikatvznikat téžtéž chybnouchybnou inkorporacíinkorporací nukleotidůnukleotidů DNADNA polymerázamipolymerázami připři kopírováníkopírování nepoškozenéhonepoškozeného templátutemplátu DNA,DNA, běhemběhem replikacereplikace nebonebo reparačníreparační syntézysyntézy.. NukleotidovéNukleotidové sekvencesekvence vv buněčnébuněčné DNADNA jsoujsou udržoványudržovány vv homeostatickéhomeostatické rovnovázerovnováze,, kdykdy vzrůstvzrůst poškozenípoškození DNADNA nebonebo sníženísnížení reparacereparace vedouvedou keke zvýšenézvýšené frekvencifrekvenci mutacímutací.. Faktory vedoucí k akumulaci mutací v nádorových buňkáchFaktory vedoucí k akumulaci mutací v nádorových buňkách Mutace vznikají poškozením DNA a poruchami v reparačních mechaniMutace vznikají poškozením DNA a poruchami v reparačních mechanismech,smech, čímž je narušenačímž je narušena dynamická rovnováha mezi poškozením a reparací DNA.dynamická rovnováha mezi poškozením a reparací DNA. Nereparovaná poškození DNA Chybně inkorporované nukleotidy Průmyslové chemikálie Přírodní karcinogeny Endogenní zdroje MUTACE SpojeníSpojení genotoxickéhogenotoxického stresu astresu a genomovégenomové nestability.nestability. Díky genetické nestabilitě dochází během času kDíky genetické nestabilitě dochází během času k akumulaci mutacíakumulaci mutací buď v gametáchbuď v gametách nebo somatických buňkách. Somatické nebo dědičné genetické změnynebo somatických buňkách. Somatické nebo dědičné genetické změny zahrnuté vzahrnuté v genetické nestabilitě postihují funkce jako je reparace DNA a kogenetické nestabilitě postihují funkce jako je reparace DNA a kontrolní bodyntrolní body bunbun. cyklu. cyklu a mitózy, což předchází zvýšenoua mitózy, což předchází zvýšenou telomerázovoutelomerázovou aktivitu. Somatické buňky všakaktivitu. Somatické buňky však vyžadují pro rozvoj nádoru ještě dysfunkci tzv. ,,vyžadují pro rozvoj nádoru ještě dysfunkci tzv. ,,gatekeepersgatekeepers". Mutace umožňující". Mutace umožňující genomovougenomovou nestabilitu jsou v gametách i somatických buňkách selektoványnestabilitu jsou v gametách i somatických buňkách selektovány ,,Gatekeepers" ­ recesivní geny, které přímo regulují (limitují) růst nádorů buď inhibicí jejich růstu nebo indukcí jejich smrti. ,,Caretakers" - jejich inaktivace navozuje genetickou nestabilitu a ta pouze nepřímo indukuje růst nádorů zvyšováním mutační rychlosti. APC, p53 - jsou zároveň ,,gatekeepers" i ,,caretakers" KeKe genetickégenetické nestabilitěnestabilitě přispívajípřispívají dvadva překrývajícípřekrývající sese mechanizmymechanizmy :: nádorové buňky vykazují mutovanýnádorové buňky vykazují mutovaný fenotypfenotyp založenýzaložený nana vzrůstajícímvzrůstajícím počtupočtu chybchyb vv syntézesyntéze DNADNA běhemběhem replikacereplikace.. TytoTyto chybychyby vznikajívznikají vv důsledkůdůsledků mutacímutací -- v DNAv DNA polymerázáchpolymerázách,, takžetakže vnášejívnášejí chybychyby -- v DNAv DNA reparačníchreparačních proteinechproteinech,, kterékteré jsoujsou potompotom defektnídefektní akumulace mutacíakumulace mutací založená na postupných vlnáchzaložená na postupných vlnách klonálníklonální selekceselekce.. Buněčný cyklus aBuněčný cyklus a apoptózaapoptóza VV průběhuprůběhu buněčnéhobuněčného cyklucyklu existujeexistuje několikněkolik kontrolníchkontrolních bodůbodů,, kdekde jeje monitorovánamonitorována reparacereparace poškozenípoškození předpřed vstupemvstupem dodo následujícínásledující fázefáze.. PřiPři aktivaciaktivaci se vse v těchtotěchto bodechbodech cykluscyklus přechodněpřechodně zastavujezastavuje,, abyaby mohlamohla býtbýt poškozenípoškození reparovánareparována.. EliminaceEliminace těchtotěchto kontrolníchkontrolních bodůbodů ((napřnapř.. mutacemutace v p53v p53,, pRbpRb)) vedevede kk vývojivývoji mutovanéhomutovaného fenotypufenotypu.. VV případěpřípadě vznikuvzniku nereparovatelnéhonereparovatelného poškozenípoškození sese normálněnormálně spouštíspouští apoptózaapoptóza,, kterákterá zabránízabrání rozšířenírozšíření mutacímutací.. MutaceMutace,, kterékteré zpožďujízpožďují nebonebo zabraňujízabraňují apoptózeapoptóze taktak podporujípodporují přežitípřežití genetickygeneticky nestabilníchnestabilních maligníchmaligních buněkbuněk.. Figure 8.4 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) KONTROLNÍ BODY BUNĚČNÉHO CYKLU Figure 9.27c The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) MikrosatelityMikrosatelity Velké množství mutací (ažVelké množství mutací (až 100 000100 000 např. u nádoru kolonu) se nacházínapř. u nádoru kolonu) se nachází v tzv.v tzv. mikrosatelitechmikrosatelitech -- repetitivníchrepetitivních (opakovaných)(opakovaných) sekvencích mezi geny.sekvencích mezi geny. RepetitivníRepetitivní sekvencesekvence jsoujsou ii uvnitřuvnitř genůgenů aa jsoujsou uu nádorovýchnádorových buněkbuněk zkracoványzkracovány nebonebo prodlužoványprodlužovány ss vysokouvysokou frekvencífrekvencí.. TakTak docházídochází patrněpatrně kk inaktivaciinaktivaci nádorověnádorově supresorovýchsupresorových genůgenů běhemběhem rozvojerozvoje nádorůnádorů.. NaNa nestabilitěnestabilitě mikrosatelitůmikrosatelitů sese veve velkévelké mířemíře podílejípodílejí např.např. ROS, takže seROS, takže se uvažuje o využití látek působících jakouvažuje o využití látek působících jako antioxidantaantioxidanta.. Nádory vykazujícíNádory vykazující nestabilitunestabilitu mikrosatelitůmikrosatelitů (MIN)(MIN) obsahují často změny vobsahují často změny v délce repetit. sekvencí uvnitř řady genů spojených s nádory jakodélce repetit. sekvencí uvnitř řady genů spojených s nádory jako je APC,je APC, spec. růstové faktoryspec. růstové faktory--IGF, TGFIGF, TGF--beta,beta, metastatické genymetastatické geny--hMSH3, hMSH6.hMSH3, hMSH6. Nalezeno uNalezeno u většiny dědičných non-polypózních kolorektálních nádorů (HNPCC). Lokus zodpovědný za HNPCC byl zmapován do oblasti 2p16 a 3p21. V roce 1993 poprvé navrženo, že HNPCC může souviset s defekty MMR a bylo potvrzeno, že ,,odpovědnými" geny jsou MSH2 na chromozómu 2 a MSH1 na chromozómu 3. MSH2 a MSH1 odpovídají za 90% vrozených mutací HNPCC, další jsou PMS1, PMS2 a MSH6. TéměřTéměř všechnyvšechny nádorynádory prsuprsu aa vaječníkůvaječníků studovanstudovanéé ss využitímvyužitím srovnávacísrovnávací genomovégenomové hybridizacehybridizace obsahujíobsahují řaduřadu změnzměn vv počtupočtu genovýchgenových kopiíkopií.. Genová amplifikace se objevuje u některých typů nádorů vyšších stádií a může souviset s rezistencí k chemoterapeutikům (N-myc, erb a ras). Amplifikace se objevují v pozdních stádiích maligní transformace, jsou spojeny s agresivně rostoucími nádory a signalizují nepříznivý prognostický vývoj. AMPLIFIKACE GENŮ GenetickáGenetická nestabilitanestabilita nádorovýchnádorových buněkbuněk sese projevujeprojevuje na úrovnina úrovni nukleotidůnukleotidů -- bodovbodovéé mutacmutacee celých chromozómůcelých chromozómů -- translokace,translokace, delecedelece,, amplifikaceamplifikace aa aneuploidianeuploidiee.. NNestabilitestabilitaa vedvedee kk mutantnímumutantnímu fenotypufenotypu prostřednictvímprostřednictvím změněnézměněné expreseexprese proteinůproteinů,, funkcífunkcí nebonebo efektemefektem genovégenové dávkydávky.. AneuploidieAneuploidie -- změna v počtu chromozómůzměna v počtu chromozómů -- vlastnost řady nádorů. Může vzniknoutvlastnost řady nádorů. Může vzniknout fragmentací chromozómů, translokací, amplifikací nebofragmentací chromozómů, translokací, amplifikací nebo nondisjunkcínondisjunkcí.. ProgresivníProgresivní růstrůst aneuploidieaneuploidie jeje ranýmraným počátečnímpočátečním dějemdějem vedoucímvedoucím keke genet.genet. nestabilitěnestabilitě aa jeje nezávislýnezávislý nana akumulaciakumulaci jinýchjiných typůtypů mutacímutací.. Obecně existujeObecně existuje pozitivní korelace mezi počtempozitivní korelace mezi počtem chromozomálníchchromozomálních změnzměn vv nádorunádoru aa malignímmaligním potenciálempotenciálem tohototohoto nádorovéhonádorového onemocněníonemocnění.. Existují tetraploidní mezistupně poExistují tetraploidní mezistupně po defektní mitózedefektní mitóze nebonebo endoreduplikaciendoreduplikaci. Po. Po přechodnépřechodné zástavězástavě mitózymitózy vv přítomnostipřítomnosti poškozenípoškození vřeténkavřeténka,, jsoujsou některéněkteré nádorovénádorové buňkybuňky ((zejménazejména buňkybuňky,, kterékteré postrádajípostrádají funkčnífunkční produktyprodukty genůgenů kontrolujícíchkontrolujících přechodpřechod G1/SG1/S fázefáze jakojako jsoujsou p53,p53, pRbpRb, p16, p21 i, p16, p21 i buňkybuňky overexprimujícíoverexprimující mycmyc)) schopnyschopny obnovitobnovit bun.bun. cykluscyklus vstupemvstupem dodo dalšíhodalšího kolakola syntézysyntézy DNA,DNA, cožcož vedevede kk endoreduplikaciendoreduplikaci.. Ztráta heterozygotnosti = LOH (,,lost of heterozygosity") Buňky, které nesou jednu mutovanou alelu nádorového supresoru, ztrácejí velkou část (delece) chromozómu, který nese funkční alelu. Předpokládá se, že v oblastech s vysokou frekvencí LOH leží geny nádorových supresorů. Buňky, které nesou jednu mutovanou alelu nádorového supresoru, ztrácejí jedním z více možných způsobů funkční alelu. Buňky, které nesou jednu mutovanou alelu nádorového supresoru, ztrácejí delecí velkou část chromozómu, který nese funkční alelu. V oblastech s vysokou frekvencí LOH často leží geny nádorových supresorů. Buňky, které nesou jednu mutovanou alelu nádorového supresoru (např. retinoblastoma- RB gen), ztrácejí funkční alelu (viz obrázek). Ztráta heterozygotnosti = LOH (,,lost of heterozygosity") Figure 7.8 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) DvaDva základnízákladní mechanizmymechanizmy vznikuvzniku genetickégenetické nestabilitynestability:: mechanizmus zahrnujícímechanizmus zahrnující mutace v genech pro opravumutace v genech pro opravu nesprávných spojení DNA (nesprávných spojení DNA (,,,,mismatchmismatch repairrepair"")) aa manifestují se nestabilitoumanifestují se nestabilitou mikrosatelitůmikrosatelitů.. NutnáNutná mutace v oboumutace v obou aleláchalelách ­­ recesivní charakterrecesivní charakter.. mutace v genech pro segregaci chromozómůmutace v genech pro segregaci chromozómů manifestující se fragmentací chromozómů nebo duplikacímanifestující se fragmentací chromozómů nebo duplikací čiči delecídelecí celýchcelých chromozómůchromozómů.. Stačí pouzeStačí pouze jedna mutacejedna mutace, tj., tj. fenotypfenotyp nestabilitynestability chromozómůchromozómů mámá dominantnídominantní charaktercharakter.. SS růstemrůstem počtupočtu mutacímutací přispívápřispívá keke genetickégenetické nestabilitěnestabilitě jejevv klonálníklonální selektivityselektivity.. Překážky omezující růst nádorůPřekážky omezující růst nádorů:: vliv okolních tkánívliv okolních tkání omezená výživa a přístup kyslíkuomezená výživa a přístup kyslíku potřeba růstových faktorůpotřeba růstových faktorů nedostatečné zásobování krví atd.nedostatečné zásobování krví atd. Každá z těchto překážek může být překonána v důsledkuKaždá z těchto překážek může být překonána v důsledku mutacímutací,, kterékteré poskytujíposkytují růstovou výhodurůstovou výhodu a ustanovujía ustanovují novounovou klonálníklonální populacipopulaci.. ZZ každýmkaždým kolemkolem selekceselekce docházídochází takétaké keke vznikuvzniku dalšíchdalších mutacímutací.. Figure 11.12 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) Vývoj nádoru založený naVývoj nádoru založený na selekci mutovanéhoselekci mutovaného fenotypufenotypu. Jen málo mutovaných. Jen málo mutovaných buněk překonává bariéry dalšího růstu. V každém dalším kole selbuněk překonává bariéry dalšího růstu. V každém dalším kole selekce docházíekce dochází k progresivnímu obohacení o mutace v tzv.k progresivnímu obohacení o mutace v tzv. mutátorovýchmutátorových genechgenech nutných pro udrženínutných pro udržení genetické stability.genetické stability. Expozice karcinogenu Omezená výživa + růstové faktory Inhibice okolní matrix Nedostatečné zasobování krví Postupná maligní progrese nádoru spojená s akumulacíPostupná maligní progrese nádoru spojená s akumulací genetických změn v buňkáchgenetických změn v buňkách Normální tkáň Premaligní změny Primární nádor Metastázy Genetická změna Genetická změna + envir. faktory Genetická změna Různé dráhy vedoucí ke vznikuRůzné dráhy vedoucí ke vzniku mutovanéhomutovaného fenotypufenotypu nádorové buňkynádorové buňky cílovécílové mutátorovémutátorové genygeny Nestabilita mikrosatelitů Ztráty a změny chromozómů Hypotéza mutovanéhoHypotéza mutovaného fenotypufenotypu předpokládá, žepředpokládá, že geny vyžadované pro udržení genetickégeny vyžadované pro udržení genetické stability jsou prvním cílem poškození DNA karcinogenystability jsou prvním cílem poškození DNA karcinogeny. Mutace těchto genů pak vyvolávají. Mutace těchto genů pak vyvolávají mutace dalších genů vmutace dalších genů v genomugenomu.. Zdroj mutátorového fenotypu CÍL MALIGNÍ FENOTYP Poruchy několika procesů zahrnující jako cíle chromozómy,Poruchy několika procesů zahrnující jako cíle chromozómy, mikrotubulymikrotubuly vřeténka avřeténka a centrozómycentrozómy mohou (kromě abnormálnímohou (kromě abnormální cytokinezecytokineze) vést k) vést k nerovnoměrnému rozdělení chromozómů během mitózy vedoucího knerovnoměrnému rozdělení chromozómů během mitózy vedoucího k aneuploidiianeuploidii.. Potenciální mitotické cíle vedoucí kPotenciální mitotické cíle vedoucí k aneuploidiianeuploidii.. Kondenzace chromosomu Duplikace centrozómu Centromera Dynamika mikrotubulů vřeténka Soudržnost sest. chromatid Kinetochorový complex Duplikace centriolu Telomery Cytokineze KarcinogenezeKarcinogeneze všakvšak znamenáznamená vícvíc nežnež jenjen mutagenezimutagenezi KroměKromě genovgenových aých a chromozomálníchromozomálníchch mutacmutacíí zahrnujezahrnuje ii negenetické (negenetické (epigenetickéepigenetické)) změnyzměny.. EEPIGENETICKÉ DĚJEPIGENETICKÉ DĚJE způsobují změny v expresi genetické informace nazpůsobují změny v expresi genetické informace na transkripční, translační nebtranskripční, translační neboo postranslačnípostranslační úrovniúrovni Geny jsou zapínány a vypínányGeny jsou zapínány a vypínány během vývojeběhem vývoje během buněčného cyklu, když buňkaběhem buněčného cyklu, když buňka proliferujeproliferuje kdyžkdyž buňkabuňka diferencujediferencuje kdyžkdyž jeje diferencovanádiferencovaná buňkabuňka stimulovánastimulována kk adaptivníadaptivní odpovědiodpovědi IIniciovniciovaná kmenová buňkaaná kmenová buňka jeje omezena v dalším růstu okolními normálními buňkami.omezena v dalším růstu okolními normálními buňkami. PoPo expoziciexpozici nádorovým promotoremnádorovým promotorem nebo promočními podmínkami (buněčná smrt nebonebo promočními podmínkami (buněčná smrt nebo odstranění buněk)odstranění buněk) suprimujícísuprimující účinekúčinek okolníchokolních buněkbuněk prostřednictvímprostřednictvím kontaktníkontaktní inhibiceinhibice mizímizí.. AberantníAberantní epigenetické a genetické děje mohou véstepigenetické a genetické děje mohou vést prostřednictvím nesprávné genové exprese k tvorbě nádorůprostřednictvím nesprávné genové exprese k tvorbě nádorů Iniciovaná buňka se může dělit ale není schopna terminální diferenciace jako normální kmenová buňka, akumulují se klony dysfunkčních buněk (papilomy, polypy, noduly, enzymově změněné fokusy). Faktory, které fungují jako nádorové promotory působí jako mitogeny a inhibitory programované buněčné smrti. Hormony, růstové faktory, cytokiny mohou fungovat jako přirozené nebo endogenní nádorové promotory. Chemikálie, mohou indukovat v buňkách různé transdukční signály, které vedou k blokádě kontaktní inhibice prostřednictvím inhibice mezibuněčné komunikace zprostředkované tzv. gap junctions. Totipotentní kmenová buňka je buňka, která může dát vznik všem buňkám v mnohobuněčném organismu, jako je oplodněné vajíčko nebo raná embryonální buňka. Brzy po embryonálním vývoji, některé buňky částečně diferencují v pluripotentní kmenové buňky. Z nich pak vznikají různé třídy buněk pro několik různých orgánů (např. slinivku a játra). Během dalšího vývoje jsou některé buňky omezeny tak , aby z nich vznikalo jen málo buněčných typů, stávají se z nich tzv. "komitované buňky". Konečným výsledkem komitovaných buněk je produkce terminálně diferencovaných buněk (spermie, vajíčka, keratinocyty, červené krvinky, neurony atd.). V dané tkáni a orgánu je důležitá správná regulace a rovnováha procesů PROLIFERACE DIFERENCIACE APOPTÓZA Deregulace těchto procesů vede k poruše homeostázy ve tkáni a ke vzniku nádorů Model iniciace/promoce/progrese v karcinogenezi. 1, míra terminální diferenciace a smrti kmenové buňky; 2, míra smrti, ale nedochází k term. diferenciaci iniciované buňky; 1,míra buněčného dělení kmenových buněk; 2, míra buněčného 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 NádorNádor jeje výsledkemvýsledkem mnohočetnýchmnohočetných genetickýchgenetických aa epigenetickýchepigenetických změnzměn,, kdykdy normálnínormální buňkybuňky ss kontrolovanýmkontrolovaným růstemrůstem aa schopnostíschopností terminálněterminálně diferencovatdiferencovat ztrácíztrácí tytotyto schopnostischopnosti aa zároveňzároveň získávajízískávají schopnostschopnost rozšiřovatrozšiřovat se dose do jinýchjiných tkánítkání vv těletěle -- metastázovatmetastázovat.. Jednu z hlavních teoriíJednu z hlavních teorií karcinogenezekarcinogeneze představujepředstavuje tzvtzv.. teorieteorie kmenovýchkmenových buněkbuněk.. Pozorování, žePozorování, že každý nádor se jeví jakokaždý nádor se jeví jako monoklonálnímonoklonální veve svémsvém původupůvodu,, tjtj.. přespřes všechnyvšechny genotypovégenotypové aa fenotypovéfenotypové rozdílyrozdíly sese všechnyvšechny buňkybuňky nádorunádoru vytvořilyvytvořily zz jednéjedné původnípůvodní kmenovékmenové.. Základní předpoklad zmíněné teorieZákladní předpoklad zmíněné teorie karcinogenezekarcinogeneze jeje,, žeže normálnínormální kmenovákmenová buňkabuňka jeje nesmrtelnánesmrtelná.. SmrtelnouSmrtelnou sese stávástává připři indukciindukci terminálníterminální diferenciacediferenciace.. KmenovéKmenové buňkybuňky sese dělídělí ""asymetrickyasymetricky",", tjtj.. jednajedna dceřinnádceřinná buňkabuňka zůstávázůstává jakojako kmenovákmenová aa druhádruhá získávázískává schopnostschopnost terminálněterminálně diferencovatdiferencovat. S. S tímtím souvisísouvisí domněnkadomněnka,, žeže prvnímprvním krokemkrokem vv karcinogenezikarcinogenezi jeje imortalizaceimortalizace buňkybuňky.. Každý nádor obsahuje malou část buněk schopnýchKaždý nádor obsahuje malou část buněk schopných sebeobnovysebeobnovy :: Nádorové kmenové buňkyNádorové kmenové buňky ­­ zodpovědné za neomezený růst, minimální reziduálnízodpovědné za neomezený růst, minimální reziduální chorobu, následné obnovení nemoci achorobu, následné obnovení nemoci a metastázovánímetastázování.. SchopnostSchopnost repopulacerepopulace hostitele (pacienta) danouhostitele (pacienta) danou neoplasiíneoplasií (včetně všech elementů,(včetně všech elementů, líniílínií aa subklonůsubklonů primárního nádoru) po neomezenou dobu.primárního nádoru) po neomezenou dobu. Důležitý cíl terapieDůležitý cíl terapie NeoplastickéNeoplastické kmenové buňky identifikovány u myeloidních leukémií, nádorů prskmenové buňky identifikovány u myeloidních leukémií, nádorů prsu,u, prostaty, mozku a vaječníků.prostaty, mozku a vaječníků. 3 základní kritéria kmenových buněk:3 základní kritéria kmenových buněk: 1)1) SchopnostSchopnost sebeobnovysebeobnovy, tj. proliferace bez diferenciace a bez ztráty proliferační, tj. proliferace bez diferenciace a bez ztráty proliferační kapacity, což umožňuje udržení zásoby nediferencovaných kmenovýckapacity, což umožňuje udržení zásoby nediferencovaných kmenových buněkh buněk během životaběhem života 2)2) SeberegulaceSeberegulace počtu kmenových buněk rovnováhou mezipočtu kmenových buněk rovnováhou mezi sebeobnovousebeobnovou aa diferenciací dělících se dceřinných buněkdiferenciací dělících se dceřinných buněk 3)3) Schopnost diferenciace a maturace dostačující pro rekonstituci aSchopnost diferenciace a maturace dostačující pro rekonstituci a dlouhodobédlouhodobé přežití všech funkčních elementů dané buněčné populace (buněčnápřežití všech funkčních elementů dané buněčné populace (buněčná línielínie, tkáň,, tkáň, orgán,orgán, neoplastickýneoplastický klon)klon) Figure 12.3a The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) Figure 12.3b The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) Figure 12.3c The Biology of Cancer ( Garland Science 2007) Při vzniku nádorů působí dva typy mechanizmů: environmentální faktory a genetické vybavení jedince V některých případech je primární envir. faktor, který způsobí vznik nádoru u "normálního" jedince. Avšak i v tomto případě jsou zasaženy geny, protoonkogeny a nádorově supresorové geny. Kromě toho existují další geny, které mohou způsobit větší či menší citlivost (susceptibility) jedince k envir. faktorům. Předpokládáme-li, že všechny nádory jsou výsledkem iniciační, promoční a progresívní fáze karcinogeneze, měly by existovat geny, které a) buď chrání nebo predisponují protoonkogeny nebo nádorově supr. geny k aktivaci nebo inaktivaci, b) selektivně podporují nebo suprimují růst a expanzi iniciované buňky, c) zabraňují nebo zvyšují možnosti získání genetické/epigenetické nestability iniciované buňky, které zapříčiňují její malignitu. Lidské genetické syndromy: Albinismus - jedinci nemají melaninovou pigmentaci, která chrání kůži nebo oči před škodlivými účinky UV záření. Normální DNA reparační mechanismy, ale množství poškození je větší než je tento systém schopen zvládnout. Nereparovaná poškození DNA fungují jako substrát pro vznik mutací v protoonkogenech nebo nádorově supr. genech. Syndrom je klasifikován jako jako typ náchylný ke vzniku nádorového onemocnění. Protože poškození DNA je velké, mnoho buněk umírá a smrt kožních buněk stimuluje kompenzační - regenerační růst buněk přežívajících ­ možnost promoce iniciovaných buněk. Klony iniciovaných buněk dále exponované UV - zvýšena pravděpodobnost dalších mutačních (genetických)změn - postup populace buněk do progresívního stadia. XerodermaXeroderma pigmentosumpigmentosum -- genetickýgenetický syndromsyndrom,, kterýkterý takétaké předurčujepředurčuje jedincejedince kk rakoviněrakovině kůžekůže,, avšakavšak nana jinémjiném principuprincipu.. JedinciJedinci jsoujsou nositelinositeli genugenu,, kterýkterý neumožňujeneumožňuje reparovatreparovat poškozenípoškození DNADNA indukovanéindukované UV.UV. VýsledkemVýsledkem jsoujsou nereparovanánereparovaná poškozenípoškození DNA,DNA, kterákterá vedouvedou keke smrtismrti buněkbuněk nebonebo kk mutacímmutacím.. PodobněPodobně jakojako uu albínůalbínů docházídochází keke kompenzačníkompenzační hyperplaziihyperplazii připři náhraděnáhradě odumřeléodumřelé tkánětkáně.. IniciovanáIniciovaná buňkabuňka kůžekůže proliferujeproliferuje, ale, ale nediferencujenediferencuje.. VytváříVytváří klonklon iniciovanýchiniciovaných buněkbuněk ((papilompapilom)) citlivýcitlivý kk indukciindukci dalšíchdalších genet/genet/epigenetepigenet.. změnzměn a ka k progresivnímuprogresivnímu rozvojirozvoji.. JedinciJedinci ss albinismemalbinismem nebonebo XPXP všakvšak nejnejssou odsouzeni k nádorovému onemocnění. Jestliže jeou odsouzeni k nádorovému onemocnění. Jestliže je pokožka chráněna před UV, nemusí být vyvoláno.pokožka chráněna před UV, nemusí být vyvoláno. PřiPři nadměrném působení UVnadměrném působení UV mohou být postiženi i "normální" jedinci.mohou být postiženi i "normální" jedinci. Reparační systém přetíženReparační systém přetížen aa vzniká poškození DNA vedoucí opět k mutacím a ke smrti buněk podvzniká poškození DNA vedoucí opět k mutacím a ke smrti buněk podobně jako v předchozíchobně jako v předchozích případech. Jedinci s větší pigmentací jsou lépe chráněni před škpřípadech. Jedinci s větší pigmentací jsou lépe chráněni před škodlivými účinky UV.odlivými účinky UV. Existuje řadaExistuje řada envirenvir.. faktorůfaktorů aa genůgenů,, kterékteré předurčujípředurčují nebonebo chráníchrání jedincejedince předpřed vznikemvznikem nádorůnádorů.. ExistujeExistuje řadařada chemikáliíchemikálií buďbuď exogenníchexogenních ((dietadieta,, životníživotní stylstyl,, léčivaléčiva,, polutantypolutanty)) nebonebo endogenníchendogenních ((hormonyhormony,, růstovérůstové faktoryfaktory),), kterékteré nepoškozujínepoškozují DNA aDNA a nejsounejsou mutagennímutagenní.. JsouJsou toto negenotoxickynegenotoxicky působícípůsobící látkylátky, které mohou působit jak, které mohou působit jak promoční stimulací proliferace iniciované buňkypromoční stimulací proliferace iniciované buňky taktak supresísupresí apoptózyapoptózy.. JedinciJedinci,, kteříkteří jsoujsou normálněnormálně exponovániexponováni aa akumulujíakumulují iniciovanéiniciované buňkybuňky ((cožcož sese normálněnormálně dějeděje ss přibývajícímpřibývajícím věkemvěkem), ale), ale kteříkteří jsoujsou exponovániexponováni abnormálnímuabnormálnímu množstvímnožství promočníchpromočních láteklátek vv těletěle vv důsledkudůsledku genetickéhogenetického defektudefektu jsoujsou označováníoznačování jakojako "promotion"promotion--prone".prone". Vyloučení působení nádorových promotorů může u normálních jedincVyloučení působení nádorových promotorů může u normálních jedinců snížit vznik nádorůů snížit vznik nádorů přesto,přesto, že dojde k iniciaci. Naopak pravidelná a chronická expozice dostže dojde k iniciaci. Naopak pravidelná a chronická expozice dostatečnému množství nádorovéhoatečnému množství nádorového promotoru zvyšuje riziko vzniku nádoru. Podobně jako existujípromotoru zvyšuje riziko vzniku nádoru. Podobně jako existují antiiniciátorovéantiiniciátorové genygeny aa látkylátky,, taktak existujíexistují ii genygeny aa látkylátky působícípůsobící antipromočněantipromočně.. Geny predisponující jedince k nádorům mohou být mutovány v zárodečné linii a produkovat recesivně děděné onemocnění jako je Bloomův a Fanconiho syndrom, AT a xeroderma pigmentosum. Ostatní, jako RB1, TP53, NF1 a Wilmsův tumor 1 (WT1), mohou být mutovány v zárodečné linii, čímž vzniká náchylnost u heterozygotů nebo somaticky v případě nedědičných případů nádorů. Mnoho somatických translokací je spojeno se specifickými chorobami, jako je Burkittův lymphom (BL), akutní lymfocytární leukémie (ALL), chronická myeloidní leukémie (CML), Ewingův sarkom (ES) a alveolarní rhabdomyosarkom (ARMS). t(11; ) translokace může zahrnovat kterýkoli z velkého počtu chromozómů partnerských k chromozómu 11. NÁDOROVÁ GENETIKA Zárodečná b. (Z) and somatická b. (S) S Bloom S. Fanconi S. AT XP ZZ RB1 TP53 WT1 NF1 BL t(8; 14) ALL t(11; ) CML t(9; 22) ES t(11; 22) ARMS t(2; 13) V jednotlivé buňce mutace postupně a společně podporují odchylku od regulovaného růstu a zastavují nebo revertují specializaci buňky. Změny buněčné topografie a uchycení mění vlastnosti povrchu buňky a umožňují její odpoutání od sousedních buněk. Pozměněné nebo nefunkční receptory pak ovlivňují transport přes membránu. Uvnitř buňky se mění metabolismus, jádro mění tvar, dochází ke shlukování chromatinu, zlomům v chromosomech a poruchám buněčného dělení. Pod vrstvou epitelu jiné buňky produkují kolagenázu a jiné proteázy, které narušují extracelulární matrix a usnědňují tak další fázi ­ invazi.