Promoční fáze
karcinogeneze
Negenotoxické mechanizmy
Buněčné komunikace a interakce
Stimulační a inhibiční signály
Rovnováha proliferace, diferenciace a apoptózy
Hormonální karcinogeneze
Karcinogeneze znamená víc než jen mutagenezi!!!
Kromě genových a chromozomálních mutací zahrnuje i epigenetické a
negenotoxické změny.
Tyto děje způsobují změny v expresi genetické informace na
transkripční, translační nebo postranslační úrovni
Geny jsou zapínány a vypínány
• během vývoje
• během buněčného cyklu, když buňka proliferuje
• když buňka diferencuje
• když je diferencovaná buňka stimulována k adaptivní odpovědi
Iniciovaná kmenová buňka je omezena v dalším růstu okolními
normálními buňkami.
Po expozici nádorovým promotorem nebo promočními podmínkami
(buněčná smrt nebo odstranění buněk) suprimující účinek okolních
buněk prostřednictvím kontaktní inhibice mizí.
2
Nádorové promotory
a negenotoxické mechanizmy
karcinogeneze
Účinky nádorových promotorů
Všechny formy rakoviny tedy vznikají jako směs dědičných změn v buněčném
genomu vyskytujících se ve vývoji nádorových buněk a epigenetických či
negenotoxických změn ve stadiu nádorové promoce a progrese.
Hlavní účinek nádorových promotorů je specifická expanze iniciované buněčné
populace v zasažené tkáni. Fáze je zpočátku reversibilní, později ireversibilní.
Promoční faktory se neváží kovalentně na DNA a nejsou mutagenní, působí na
iniciovanou buňku a způsobují důležité negenetické - epigenetické změny
(změny v expresi genů).
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 karcinogeny, nádorové promotory nebo hormony, které
působí na nádorové buňky a přeměňují je na maligní. Mohou působit
negenetické a genetické změny v nádorových buňkách.
4
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 GJIC.
5
Každá volba buňky zahrnuje epigenetické a negenotoxické mechanizmy,
které mohou měnit expresi genů na transkripční, translační nebo
postranslační úrovni.
Modulace mimobuněčné komunikace buď genetickou nerovnováhou
růstových faktorů, hormonů, neurotransmiterů nebo látkami z vnějšího
prostředí (dieta, chem. látky) může spustit signální vnitrobuněčnou
transdukci. Tyto signály pak modulují expresi genů a modulují též GJIC
(gap junctional intercellular communication).
V mnohobuněčném organismu zahrnuje homeostatická kontrola regulaci
buněčné proliferace, diferenciace, programované smrti a adaptivní
odpovědi diferencovaných buněk.
Když se oplodněné vajíčko vyvíjí v embryo, fetus a dospělý organismus,
totipotentní buňky jsou směrovány do pluripotentních kmenových buněk,
které proliferují, tvoří progenitorové buňky a pak diferencují, adaptivně
reagují a hynou apoptózou. Geny jsou selektivně transkribovány nebo
reprimovány během diferenciace, buněčného cyklu, zástavy buněčného
cyklu i během programované buněčné smrti. Vše jsou to děje řízené
epigeneticky.
6
Hlavní mechanismy charakterizující
negenotoxickou karcinogenezi
• změny v metylaci DNA nebo v acetylaci histonů
• ovlivnění exprese onkogenů, nádorově supresorových genů a
genů buněčného cyklu
• aktivace specifických receptorů
• ovlivnění mechanismů signálové transdukce
• produkce reaktivních kyslíkových radikálů (ROS)
• změny „gap junctional intercellular communication (GJIC)“, tj.
mezibuněčná komunikace zprostředkovaná mezerovitými
spojeními (gap junction)
• změny buněčného cyklu
• změny proliferace (regenerativní nebo mitogenní)
• změny v apoptóze
• změny v rovnováze vyúsťující ve změnu obratu buněk ve tkáni
7
Mezibuněčné interakce
Mezibuněčné interakce zahrnují
► uvolnění růst modulujících faktorů (hormonů, růstových faktorů,
inhibitorů, cytokinů, eikosanoidů apod.) do krve (endokrinní regulace)
nebo mezibuněčného prostoru - tkáňové mediátory (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 (homologní nebo heterologní)
vytváření konexonů z proteinů konexinů
Poruchy GJIC mohou vést k deregulaci růstu a k neoplasii negenotoxické
mechanismy karcinogeneze
9
PŘENOS SIGNÁLŮ
Chování buněk a rovnováha v buněčných populacích jsou regulovány
komplexním integrovaným komunikačním systémem, který zahrnuje
signály mimobuněčné, mezibuněčné a vnitrobuněčné.
Živočišné buňky obsahují systém proteinů, který jim umožňuje reagovat
na signály jiných buněk.
Zahrnuje receptorové proteiny na buněčném povrchu nebo uvnitř
buněk (v cytoplasmě nebo v jádře), proteinové kinázy, fosfatázy,
proteiny vážící se na GTP a řadu dalších vnitrobuněčných proteinů, se
kterými tyto signály interagují.
10
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
11
Formy mezibuněčných signálů
12
Vazba mimobuněčných signálních molekul
na povrchové nebo vnitrobuněčné receptory
13
Zjednodušené schéma vnitrobuněčné signální dráhy
aktivované mimobuněčnou signální molekulou
14
Analogie signálních drah v buňkách
(zjednodušené schéma)
15
Analogie signálních drah v buňkách
(paralelní a křížící se dráhy)
16
Závislost živočišné buňky na mnohonásobných
mimobuněčných signálech
17
Autokrinní signál
18
mimobuněčné
podněty
hormony,
růstové faktory,
cytokiny
environm. chemikálie,
léky, záření
Dietetické MK,vláknina
změny vlastností
membrány
vnitrobuněčné
signální dráhy
cytosolové receptory,
transcripční faktory
(AhR, NFkB etc.)
prooxidativní/
antioxidativní
rovnováha
jaderné receptory (PPARs, RXR, etc.)
transkripční faktory (AP-1, etc.)
acetylace/ deacetylace
histonů
metylace DNA
Změny v expresi genů
na transkripční, translační i posttranslační úrovni
Hlavní epigenetické (negenotoxické)
mechanismy zahrnuté v karcinogenezi
membránové
receptoryenzymy metabolizující
léky a hormony
RE
19
Význam GJIC
„gap junctional intercellular
communication“
Význam GJIC
• udržování homeostázy ve tkáních
• šíření signálů regulujících proliferaci a diferenciaci mezi buňkami
Faktory inhibující GJIC - umožňují klonální expanzi
preneoplastických buněk
• růstové faktory (EGF)
• negenotoxické karcinogeny, nádorové promotory
• onkogeny - exprese některých onkogenů koreluje s redukcí GJIC
Faktory stimulující GJIC
• růstově inhibiční látky
• látky působící protinádorově - retinoidy, karotenoidy, dexamethasone
Výzkum genů pro konexiny - fungují jako nádorově supresorové geny uplatnění
v terapii
21
GJIC by mohla být integrujícím faktorem, který propojuje všechny
teorie karcinogeneze dohromady.
Má zásadní roli při udržování tkáňové homeostázy a existuje řada
důkazů na podporu její zásadní úlohy v tomto procesu:
• pro většinu nádorových buněk je charakteristická dysfunkce homonebo
heterologní komunikace
• většina nádorových promotorů inhibuje (reverzibilně) GJIC
• růstové faktory a hormony mající nádorově promoční účinky inhibují
GJIC
• onkogeny jako jsou ras, raf, src mohou snižovat GJIC
• nádorově supresorové geny zvyšují GJIC
• transfekce nádorových buněk konexinovými geny obnovuje GJIC
a růstovou regulaci těchto buněk
• “antisense” geny pro konexiny mohou snižovat GJIC
• protinádorové a chemopreventivní látky zvyšují GJIC
• konexinové geny fungují jako nádorově supresorové geny
• GJIC jsou důležité pro adaptivní odpověď i apoptózu
22
Snižování GJIC exogenními chemickými promotory nebo
endogenními růstovými faktory nebo hormony vyžaduje:
• překročení prahové dávky
• stálé, 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.
Různé typy chemikálií mají své prahové hodnoty pro modulaci
GJIC a cytotoxicitu a také různé živočišné druhy a různé typy
buněk reagují na tutéž látku různě.
23
„Gap junctions“ v buněčné homeostáze
Endogenní mimobuněčné signály vybuzující vnitrobuněčné signální mechanismy
mohou buď zvyšovat nebo snižovat GJIC mezi buňkami. Růst, hojení ran, organizace
a diferenciace tkání, programovaná buněčná smrt či adaptivní odpověď ve tkáních
jsou závislé na regulaci funkcí GJ. 24Trosko J.E. et al., Toxicol Lett 102, 1998:71-78)
Gap junction (2-4 nm)jsou průchodné jen pro malé ionty
a molekuly (1kD). Kanály se skládají ze 2 konexonů.
Každý konexon obsahuje 6 konexinových podjednotek.
Model gap junctions
25
Existuje řada typů konexinů
(Cx) sdružených do rodin.
Jsou to transmembránové
proteiny. Typicky procházejí
4x membránou a tvoří 2
vnější smyčky a 3
cytoplasmatické domény
Kompletace konexinů do „gap junctions“
26
Laird D.W., Biochem J 394, 2006:527-543
Konexony mohou být tvořeny
stejnými (homomerické) či
různými (heteromerické)
typy konexinů.
GJ mohou být ze stejných typů
(homotypické) nebo různých
typů konexonů
(heterotypické).
2 typy konexinů mohou vytvořit
až 14 různých variant spořádání
GJ.
Organizace gap junctions (GJ)
27
V uspořádání GJ je přítomna i řada dalších proteinů,
které se přímo nebo nepřímo váží k Cx43 a existuje
zde řada specifických kináz fosforylujících Cx43.
Proteiny vážící se s konexinem 43 (Cx43)
28
Laird D.W., Biochem J 394, 2006:527-543
Syntetické dráhy konexinů a tvorba
homo- nebo hetero-buněčných GJ
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.
29
U epiteliálních buněk jsou různé typy spojení, tj. GJ z konexinů, adherentní
spoje z kadherinů a těsné spoje z okludinů a klaudinů, často blízko sebe a
sdílejí stejné vazebné proteiny spojující je s aktinem a mikrofilamenty. Vazebné
proteiny zajišťují vzájemné propojení všech 3 komplexů a umožňují jejich
společnou regulaci.
Uspořádání spojovacích buněčných komplexu
30Laird D.W., Biochem J 394, 2006:527-543
Ohniska nádorových buněk jak
bez schopnosti (Ia) tak se
schopností (Ib) vzájemné
homologní komunikace
Ztrácejí schopnost heterologní
komunikace s okolními
normálními buňkami (II a,b), což
vede k jejich autonomnímu
selektivnímu přerůstání a
malignizaci.
Homologní komunikace
Heterologní komunikace
Úloha ztráty heterologního typu GJIC
v karcinogenezi
31
Krutovskikh V. and Yamasaki H., Histol Pathol 12, 1997:761-768
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
32
Růstově stimulační signál difunduje do sousedních buněk přes GJ a
zabraňuje buněčnému dělení
Signál se nešíří do buněk postrádajících GJ a dochází k buněčnému dělení
Model růstové kontroly prostřednictvím gap
junctions (GJ) - Růstově inhibiční signál
33
Poruchy proliferace,
diferenciace
a apoptózy
Mitóza S-fáze
Apoptóza
G0G1
G2
Diferenciace Senescence
Rovnováha v buněčných populacích je udržována přesnou
regulací procesů proliferace (buněčný cyklus), diferenciace
a apoptózy
35
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.
36
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.).
Iniciovaná buňka (nesoucí mutace) se může dělit, ale není schopna
terminální diferenciace jako normální kmenová buňka, akumulují se
klony dysfunkčních buněk (papilomy, polypy, noduly, enzymově změněné
fokusy).
37
Model iniciace/promoce/progrese v karcinogenezi. b1, míra terminální
diferenciace a smrti kmenové buňky; b2, míra smrti, ale nedochází
k term. diferenciaci iniciované buňky; a1,míra buněčného dělení kmenových
buněk; a2, míra buněčného dělení iniciovaných buněk; m1, míra
molekulárních dějů vedoucích k iniciaci (tj., eventuálně mutaci); m2, míra
výskytu druhého zásahu v iniciované buňce.
Selektivní
klonální
expanze
iniciovaných
buňek nebo
promoce
Mutace 2--n
nebo progrese
Maligní zvrat
iniciované buňky
Iniciovana buňka
SmrtSmrt Terminální
diferenciace Mutace
nebo
iniciace
b1 b2
m1
a1
a2
Terminárlní diferenciace
38
Podle Trosko J.E. and Chang CC Mutation Res 480-81, 2001:219-229
Rakovina je proliferativní chorobou
Základním dějem v životě buňky je dělení. Řetěz dějů, který vede k replikaci DNA
a k dělení buňky má 4 základní části:
1) vznik signálu
2) rozpoznání signálu
3) přenos signálu
4) 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,
• usnadňuje mutagenezi (výskyt a fixace mutací)
• umožňuje klonální namnožení iniciované buňky
• 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:
• malignita vzniká z kmenových buněk v důsledku maturačního bloku
• může dojít k dediferenciaci zralých buněk, které si zachovaly schopnost
proliferace.
Třetím významným procesem, jehož poruchy ovlivňují vznik nádorů je
programovaná buněčná smrt-apoptóza.
39
Úloha buněčné replikace v mnohastupňovém procesu
karcinogeneze
40Foster J.R., J. Comp. Pathol 116, 1997: 113-144
Růstové faktory
Buněčný cyklus s kontrolními faktory a hlavními body přechodu z jedné fáze do
druhé. MPF = M-fázi posporující faktor (p34 a cyclin B); SPF = S-fázi podporující faktor; START
= bod rozhodnutí pro dělení nebo diferenciaci; E2F = transkripční faktor zahrntý v syntéze DNA;
p107 = protein příbuzný Rb; p33 = cyklin-dependentní protein kináza; p53/Rb = inhibiční
proteiny; CDK = cyklin-dependentní kináza; PCNA = proliferační buněčný jaderný antigen.
Cykliny CDK’s
PCNA
p107
Cykliny
E2F
p33
CDK1/2
Cykliny
P53/Rb
P53/Rb
fos, jun, myc
SPF
MPF
Mitóza
G1 fáze
G2 fáze
S fáze
Růstové
faktory
Kontrolní bod
G0
START
Kontrolní bod
41
podle Foster J.R. J. Comp. Pathol. 116, 1997: 113-144
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
receptorů apod.)
Autokrinní růstová odpověď - autokrinní smyčka - buňka
exprimuje a je stimulována růstovým faktorem, stává se
nezávislou na okolním prostředí – autonomie
42
Poruchy v parakrinní regulaci - ovlivnění produkce růstových
faktorů okolních buněk (fibroblasty, endoteliální buńky, monocyty)
Změny regulace exprese (nikoli biochemické povahy) jednotlivých
faktorů.
Nádorové buňky produkují řadu růstových faktorů a cytokinů:
• TGF - transforming growth factor alfa
• basic fibroblast growth factor (bFGF)
• Insulin-like factor
• PDGF - platelet derived growth factor
• TGF - transforming growth factor beta
Poruchy produkce hormonů – hormonálně závislé nádory
Důležitý aspekt - uplatňuje se interference různých produktů
nádorových a normálních buněk!!!
43
Mechanizmus mitogeneze v normálních a
transformovaných buňkách
A:
1
2 3
B:
1
2
3
A: Schéma mitogenní dráhy růstového
faktoru u normálních buněk:
1) růstový faktor,
2) receptor pro růstový faktor,
3) vnitrobuněčný signální systém
přenášející signál od receptoru do jádra.
B: Schéma možných poruch mitogenní dráhy
růstového faktoru u transformovaných buněk:
1) endogenní produkce růstového faktoru stimulující
buňku autokrinním způsobem. Endogenně
produkované faktory mohou být sekretovány a
interagovat s receptory pro růstové faktory na
povrchu nebo aktivovat receptor zevnitř buňky.
2) produkce růstových faktorů, která může
napodobovat funkční aktivitu receptoru
3) produkce faktorů, které mohou napodobovat
funkční aktivitu regulační komponenty
vnitrobuněčného přenosového systému
44
Vývoj tkání savců se uskutečňuje v prostředí regulačních růstových
faktorů (ovlivnění přežívání, proliferace, diferenciace)
Chování buňek je ovlivňováno rovnováhou mezi stimulačními a
inhibičními signály (nespecifické a specifické).
Hierarchická struktura vývoje tkání - obnovné buněčné populace:
• kožní epitel
• střevní epitel
• krvetvorné systémy
• zárodečné populace
Kmenové multipotentní buňky (schopné sebeobnovy)
Progenitorové buňky (více diferencované, částečně schopné dělení)
Zralé terminálně diferencované buňky (nedělící se klidové buňky, v G0
fázi)
Je nutné, aby byla dodržována přísná rovnováha počtu a typů buněk
v jednotlivých kompartmentech.
45
Rovnováha (homeostáza)
výsledek působení mnohočetných zpětných vazeb
46
Růstové faktory v hematopoéze
CSF – kolonie stimulující faktory
pro různé typy hemopoetických
buněk (GM - granulocyty/makrofágy,
M – monocyty, G – granulocyty)
EPO – erytropoetin
IL-3 – interleukin 3 – obecný pro
rané stadium vývoje
IL-3,-4,-5 – pro specifické řady
47
Signální dráhy v normálních buňkách a
jejich možné abnormality
48
Weinberg R.A., Scientific American 1996, 62-70
Odpověď buňky na růstově stimulační a inhibiční
signály a její poruchy v karcinogenezi
49
Cavenee W.K. and White R.L.,
Scientific American 1995:50-57
TGFalfa růstově stimulační signál a TGFbeta růstově inhibiční signál v rovnováze = normální regulace
růstu. Neoplastická transformace vzniká z poruch v jednom nebo více následujících bodech:
1) akumulace pro-TGFalfa spojeného s plasmatickou membránou přilehlých buněk poskytující dlouhodobý a lokalizovaný
pozitivní signál;
2) změny v receptoru pro EGF/TGFalfa vedoucí ke konstitutivní aktivaci pozitivních postreceptorových drah přenášejících
signál;
3) amplifikace hladiny TGFalfa mRNA vyúsťující v pozitivní signál;
4) ztráta schopnosti aktivovat latentní TGFbeta;
5) ztráta receptorů pro TGFbeta;
6) změny negativních postreceptorových drah přenášejících signál. Vyjmenované změny mohou přispívat k transformaci
epiteliálních buněk nerovnováhou pozitivních a negativních růstových signálů.
Transformace
+
+ +
-
proteolýza
pro -
TGFalfa
latentní
TGFbeta
aktivace
TGFb
TGFa
1
2
3
4
6
5
POZITIVNÍ/NEGATIVNÍ RŮSTOVÁ
KONTROLA EPITELIÁLNÍCH BUNĚK
50
Figure 11.44 The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)
Signální dráhy v buňce napodobující integrované obvody
Aktivace/deaktivace různých drah zajišťuje rovnováhu mezi proliferací, diferenciací
a apoptózou. Jejich deregulace podporuje tvorbu nádorů.
51
Příklady dysfunkčních signálních drah u nádorů
52
adenom
dysplasie
neinfiltrující karcinom
Molekulárně biologická a morfologická progrese
nádorů
Normální buňka
Ztráta
kontroly
apoptózy
Ztráta
kontroly
růstu
Ztráta
kontroly
senescence
MorfologickáMolekulárně biologická
nádorová progrese
infiltrující karcinom
genomová nestabilita
aktivace proteáz
Metastazující nádorová
buňka
53
Hormonální
karcinogeneze
HORMONÁLNĚ ZÁVISLÉ NÁDORY
Neoplasie hormonálně závislých tkání tvoří víc než 32% nově
diagnostikovaných nádorů u mužů a více než 40% u žen.
Hormonálně závislé nádory (prsu, endometria, prostaty, varlat, štítné
žlázy, kostí) představují 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.
55
Struktura hormonů vybuzujících signál vazbou na
vnitrobuněčné receptory:
Lipofilní malé molekuly pronikají
přes buněčnou membránu a
vážou se na vnitrobuněčné
receptory (v cytoplazmě či v
jádře)
Superrodina vnitrobuněčných receptorů
a) Podobná struktura receptorů s vazebnou doménou
b) Receptorový protein v inaktivní formě vázán na inhibiční proteiny
c) Po vazbě ligandu disociace inh. proteinu a navázání koaktivátoru k transkripci aktivující
doméně receptoru
d) Trojrozměrná struktura domény vážící ligand bez a s navázaným ligandem. Alfsa helix
(modře) funguje jako víčko zajišťující polohu ligandu
57
HRE
jaderná membrána
jádro
transkripce
odpověď
buňky
AAAA
mRNA
fosforylace
kináza
efektor / kanál
G proteinreceptor
receptor
tyrosin
kináza
cytoplazma
tyrosin
kináza
vazba na
G protein
steroid
plazmatická
membrána
receptor
hsp90
fosforylace
58
plazmatická
membrána
Odpověď indukovaná aktivací
hormonálních receptorů
59
Polygenní model a biomarkery
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 je charakterizovat geny odpovídající za interindividuální rozdíly
v hladině hormonů a zahrnuté v metabolismu a transportu hormonů.
Multigenový model predispozice k nádorům prsu - obsahuje několik
genů zahrnutých v biosyntéze, vazbě a transportu estrogenů.
Geny endokrinní regulace, další geny - reparace DNA, nádorově
supresorové geny a onkogeny.
BRCA1 a 2 - nádorově supresorové geny - úloha u nádorů prsu a
vaječníků.
60
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.
61
Stimulace estrogenního receptoru
GF – růstový faktor, E2 – estradiol, R-E2 – estrogenní receptor,
ERE – responsivní element DNA, AP-1 –transkripční faktor
62
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
androstendionu 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)
63
Exogenní hormony
Existují rozsáhlé vnější zdroje steroidních hormonů.
Hormonální náhradní terapie (HRT) a antikoncepce.
Antikoncepce zahrnující estrogen a vysoké dávky progesteronu snižuje
riziko vaječníků a dělohy.
HRT může zvyšovat riziko nádorů prsu, ale důkazy jsou mnohdy
protichůdné. Riziko představuje zejména u žen s rodinou anamnézou
nádorů prsu.
Řada 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, finasterid) zpomaluje proces
progrese.
64
Výukovou pomůcku zpracovalo
Servisní středisko pro e-learning na MU
http://is.muni.cz/stech/
65