Karel Souček E-mail: ksoucek@ibp.cz, tel.: 541 517 166 INVAZIVITA A METASTÁZOVÁNÍ - dokončení Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) * Změna buněčného fenotypu spojená se ztrátou adheze a zvýšením motility table_14_01 EMT & nádory figure_14_18b figure_14_18a Znaky a regulátory EMT nrc2620-f1 Kornelia Polyak & Robert A. Weinberg Nature Reviews Cancer 9, 265-273 (April 2009) Diseminace solidních nádorů figure 14-42 Figure 14.42 The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Metastatický tropismus * Thirty-three cells from a large population of human MDA-MB-231 cells were each expanded into a clonal population in culture. The mRNA expression pattern of each subclone was analyzed (columns, arrayed left to right) using probes for the mRNAs of five genes—IL11 (interleukin-11), OPN (osteopontin), CTGF (connective tissue growth factor), CXCR4 (chemokine receptor 4), and MMP1 (matrix metalloproteinase-1)—and, as loading control, a probe for GAPDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) mRNA. In addition, the expression patterns of the original tumor cell population (ATCC, left column) and a subcloned cancer cell population termed 2287 (which was selected for its ability to generate osteolytic metastases; 2nd column) were analyzed. The five experimental genes were chosen because of their overexpression in osteotropic metastatic cells and their known biological properties in promoting osteolytic metastases. Clone 2 cells (red box), when injected into the arterial circulation of mice, showed a tendency to produce osteotropic metastases, as indicated by in vivo imaging; these cells expressed high levels of all five experimental mRNAs. Clone 3 cells (yellow box), in contrast, expressed low levels of all five mRNAs and preferentially formed lung metastases. And clone 26 genes (yellow box), which expressed essentially none of these mRNAs, formed no metastases at all. Moreover, when otherwise poorly metastatic cells were forced to express combinations of three of these genes, they acquired the ability to form bone metastases efficiently (not shown), pointing to the causal role of these genes in forming these metastases. Metastases were visualized through the presence of a luciferase gene in the tumor cells, which causes cells to release a bioluminescent signal. (From Y. Kang et al., Cancer Cell 3:537–549, 2003.) figure_14_53 Orgánově specifické bariéry Metastatická kolonizace plic Metastatická kolonizace mozku * Metastatická kolonizace jater figure_14_47abc figure_14_48a Osteotropní metastáze Osteotropní metastáze * Parathyroid hormone-related pepetide (PTHrP) * Behěm laktace produkován normálními MECs - mammary epithelial cells – > mobilizace vápníku * Nádorové buňky - adaptují tento mechanismus – osteolýza kostí vede k uvolnění řady růsových faktorů stimulujících nádorové buňky figure_14_49 figure_14_48b Aktivace růstových signálů * Metastáze před a po terapii Terapie cílena na metastázování Shrnutí * 90% úmrtí na nádorová onemocnění souvisí s metastázováním * Invazivní kaskáda zahrnuje: lokální invazi, intravazaci, transport, extravazaci, formovaní mikrometastáz a kolonizaci * Nízká efektivita celé kaskády, nejméně efektivní je kolonizace * EMT, řízena pleiotropními TF v různých fázích embryogeneze, adaptována během tumorigeneze * Motilita je řízena malými GTPasami, Rho rodina * Proteázy (MMP) umožňují invazi nádorových buněk, degradace ECM * Tkáňový tropismus nádorových buněk lze v některých případech vysvětlit organizací oběhového systému, často prozatím neobjasněn Stále nezodpovězené otázky … * Kde vznikají znaky orgánově specifické kolonizace – primární nádor vs. distantní orgán? * Jaký je původ těchto metastatických znaků – genetický, epigenetický? * Využívají metastatické buňky různé niky pro iniciální přežití, stav dormance a agresivní růst? * Co umožňuje metastatickým buňkám vstup do dormance a zároveň reaktivaci jejich proliferace? * Jaké signály jsou zodpovědné za exit z dormance a aktivaci proliferace? * Jak získají nádorové buňky vlastnosti orgánově specifické kolonizace během dormance? * Jsou orgány kde dochází k akumulaci dormantních buněk zároveň orgány kde se rozvíjí metastazující onemocnění? * Jsou mechanismy podporující přežívání buněk během extravazace společné s mechanismy podporující přežívání buněk během protinádorové léčby? * Jaké jsou základy známé rezistence metastatických buněk v mikroprostředí vzdálených orgánů? * Je možné prokázat efektivní strategii prevence vzniku metastáz tak, že specificky zacílíme mechanismy podporující přežití dormantních buněk? Karel Souček E-mail: ksoucek@ibp.cz, tel.: 541 517 166 ZÁNĚT, NÁDOROVÉ MIKROPROSTŘEDÍ A NEOANGIOGENEZE * podpůrné proliferační signály * deregulace supresorů růstu/proliferace * odolnost k buněčné smrti * neomezená replikace * neoangiogeneze * invaze a metastázování * mutace a genomická nestabilita * zánět * přestavba energetického metabolismu * únik před zničením imunitním systémem • Typické znaky nádorové buňky Výsledek obrázku pro hallmarks of cancer Douglas Hanahan & Robert A. Weinberg: Hallmarks of Cancer: Next Generation, Cell, 2011 Stromální komponenta karcinomu figure_13_01 duktální karcinom prsu karcinom střeva adenokarcinom žaludku lobulární karcinom prsu •Příklad: * Hodgkinův lymfom – 99% buněk normální lymfocyty obklopující Reed-Sternebergovu buňku * Hemangiom – neoplastické endoteliální buňky tvoří většinu masy nádoru Variabilita poměru neoplastických buněk a stromatu figure_13_02 * Rakovina není onemocnění jedné buňky Základní principy a znaky karcinogeneze Copyright © 2011 Elsevier Inc. Terms and Conditions Cell 2011 144, 646-674DOI: (10.1016/j.cell.2011.02.013) * Výměna mitogenních signálů mezi různými typy buněk v normální tkáni * Řada těchto interakcí přetrvává i v neoplastických tkáních * Důkaz – autologní transplantace nádorů kůže (1961) * Uplná nezávislost - ascit Heterotypická signalizace figure_13_04 varle střevo Ústní dutina Prsní žláza figure_13_05a figure_13_05b Hojení rány * Zajištění homeostázy (sekundy – minuty) * Koagulace * Provizorní ECM * Zánět (hodiny – dny) * Infiltrace leukocytů * Trofické faktory stimulují migraci a proliferaci dalších buněk * Proliferace (dny – týdny) * Vstup fibroblastů a endoteliáních buněk do rány * Reorganizace ECM * Remodelace a maturace (týdny – měsíce –roky) * Reorganizace kolegenové ECM * Zakrytí rány epitelem * Migrace keratinocytů, ustanovení nové bazální membrány • Hojení rány Hojení rány Nádor – nehojící se rána figure_13_11 Nádor – nehojící se rána http://www.mdpi.com/cancers/cancers-03-03740/article_deploy/html/images/cancers-03-03740f1.png Remodelace epiteliální tkáně během hojení, EMT, MET figure_13_12 * Exprese vimentinu (mes.) během hojení u normálních epiteliálních buněk • * Příklad plasticity buněk – spontánní indukce a-SMA (mes.) z ztráta exprese cytokeratinu (ep.) • * Induce EMT působením MMP-3 Remodelace epiteliální tkáně během hojení, EMT, MET figure_13_13 * nádor, stejně jako zdravá tkáň, vyžaduje přísun živin a kyslíku a odvod metabolitů a CO2 * Nové endoteliální buňky vznikají v průběhu embryogeneze – dochází k vaskulogenezi – formování cév * v dospělosti je tento proces utlumen, aktivován jen přechodně - hojení ran, ovulační cyklus * Během nádorové progrese je trvale aktivní * VEGF-A (induktor) vs. TSP-1 (inhibitor) * Exprese VEGF-A je indukována hypoxií a řadou onkogenů * Pericyty a buňky derivované z kostní dřeně přispívají k nádorové neoangiogenezi * Chronická aktivace neoangiogeneze v nádoru vede k tvorbě nenormálních cév * Neorganizovaně, složitě větvených * Zdeformované, zvětšené * Nestálý průtok krve * Krvácivost, netěsnost * Abnormální proliferace a apoptóza endoteliálních buněk * Neoangiogeneze Výsledek obrázku pro angiogenesis * Makrofágy mohou produkovat VEGF, asociují s neovaskulogenezí, produkují MMP-9, produkují mitogenní faktory a reorganizují stroma Makrofágy hrají důležitou úlohu v angiogenezi figure_13_25 Hypoxie, neoangiogeneze figure_13_27d figure_13_32 figure_13_33b figure_13_34c figure_13_27b Angiogeneze a klinická prognóza figure_13_41 figure_13_45 Angiogeneze jako cíl protinádorové léčby table 13 Angiogeneze jako cíl protinádorové léčby table 13 Inhibice angiogeneze - paradox figure_13_48 Heterotypické interakce jako cíl protinádorové léčby figure_13_49 Cytokiny a nádorová progrese Zánět a nádorová progrese Zánět a nádorová progrese Infiltrace CD45+ buněk do solidních nádorů Imunitní systém, zánět a tumorigeneze Rakovina slinivky Image result for pancreatic cancer risk factors Slinivka břišní, pankreas Pancreatic cancer The pancreas in the digestive system Slinivka břišní, pankreas * smíšená exo/endokrinní žláza, produkující trávicí enzymy a hormony (váha ~ 80g, velikost ~ 15 cm) * stroma: na povrchu pouzdro (husté vazivo) – z něj vybíhají septa → laloky → lalůčky (cévní + nervové zásobení + větvení vývodů); podkladovou tkání je řídké vazivo * parenchym: pankreatické aciny + trámčité uspořádání buněk (Langerhansovy ostrůvky) * Pankreas EXOKRINNÍ ČÁST PANKREATU * složená alveolární žláza * syntetizuje a produkuje trávicí štávu (cca 2 L/den): proteolytické endopeptidázy (trypsinogen, chymotrypsinogen), amylázy, lipázy a deoxyribonukleázy → mají za úkol štěpit tráveninu (chymus), přicházející z žaludku * také zde probíhá produkce látek, podílejících se na alkalizaci sekretu (snížení pH = ↑ funkčnost trávicích enzymů) * pankreatické aciny – bazofilní cytoplazma, množství sekrečních granulí, produkce trávicích enzymů * centroacinózní buňky – světlá cytoplazma, přímo navazují na vsunuté vývody, alkalizace sekretu * absence myoepitelových buněk * ENDOKRINNÍ ČÁST PANKREATU •Langerhansovy ostrůvky •velikost 100-200 um, počet ~ 1 mil., 1-2% objemu slinivky •trámčitý stavební typ s bohatým kapilárním zásobením (fenestrované kapiláry) * ostrůvky jsou obklopeny tenkou vrstvou řídkého vaziva * součástí „Diffuse Neuroendocrine Systém“ (DNES) systému * světlá cytoplazma s přítomností sekrečních granulí → 4 typy buněk: * A buňky – glukagon (cca 20%) * B buňky – inzulín (cca 70%) * D buňky – somatostatin (cca 5%) * PP buňky – pankreatický polypeptid – (< 5%) * Langerhansův ostrůvek Výsledek obrázku pro pancreatic islet http://quasargroupconsulting.com/Encyclopedia/anatomy/pancreas.php Regenerace pankreatu * Nízká intenzita proliferace * Nízká klonogenní kapacita * Délka života u myších buněk ~ 1 rok (podobně jako u jater) * Regenerační kapacita odlišná od jaterní * Buňky zvýší svoji proliferační kapacitu, ale k úplné obnově poškozené tkáně nedojde * Lgr5+ buňky nejsou přítomny, jsou indukovány při poškození v buňkách duktu nebo v podmínkách in vitro – vliv mikroprostředí? * Buňky pankreatu jsou plastické * Během zánětu lze nalézt buňky s duktální i acinární charakteristikou * Transdiferenciace * Risk pro vnik onemocnění (acinar-to-ductal metaplasia) * Regenerace pankreatu Rakovina slinivky http://www.svod.cz/graph/?sessid=13o1fbv99i5bkjb9d8unlb2m25&typ=stadia&zobrazeni=bar&vypocet=p&diag =C25 http://www.svod.cz/graph/?sessid=13o1fbv99i5bkjb9d8unlb2m25&typ=incmor&zobrazeni=graph&incidence=1& mortalita=1&vypocet=c&diag=C25 Rakovina slinivky Mutace u nádorů slinivky * radikální resekce - stádium I a II * Adjuvantní terapie * Chemorezistentní onemocnění * radioterapie * Nádor slinivky - léčba https://img-cloud.megaknihy.cz/244731-original/4db59ca90bfbfced0d17b8e69f816b4b/onkologie-v-klinick e-praxi-standardni-pristupy-v-diagnostice-a-lecbe-vybranych-zhoubnych-nadoru.jpg Adjuvantní terapie Léčba metastazujícího adenokarcinomu slinivky Biologické vlastnosti nádoru slinivky * Nádor je komplexní tkáň závislá na komunikaci mezi různými buněčnými typy * Karcinomy zahrnují neoplastické buňky a buňky stromatu – fibroblasty, myofibroblasty, zánětlivé buňky, endoteliální buňky, pericity * Většina nádorů je na stromatu závislá s výjimkou ascitických nádorů * Formování nových cév je kritickým faktorem determinující růst solidních nádorů * Antiangiogenní léčba může vést k paradoxním výsledkům * Rakovina jako nikdy se nehojící rána * Zánět – jeden z rizikových faktorů pro vznik nádorů slinivky * EMT předchází metastázování nádorových buněk slinivky Shrnutí