C7188  Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Molekulární  patologie  nádorových  onemocnění     When  good  cells  go  bad   RNDr.  Ondřej  Slabý,  Ph.D.   Masarykův  onkologický  ústav   Lékařská  fakulta  Masarykovy  univerzity   CEITEC   ©  Ondřej  Slabý,  2011   •  Nejstarší  popis  rakoviny  1600  p.n.l.  pochází  z  Egypta  Papyrus  Edwina  Smithe  popisuje      8  tumorů  nebo  ulcerací  prsu  ošetřovaných  kauterizací  nástrojem  označovaným      „the  fire  drill“.  Tato  nemoc  není  léčitelná  (termín  rakovina  nebyl  použit)     •  400  p.n.l.  Hippocrates  popsal  rakovinu  jako  dlouhé  výběžky  (podobné  krabím  nohám)      vybíhajícím  do  zdravých  tkání:   –    řec:  karkinos  =  krab;    onkos  =  masa   –     lat:  cancer  =  krab,  rak  (Galen)   •  popisné  (epidemiologické)  poznatky:   –  1848  -­‐  zvýšený  výskyt  rakoviny  prsu  u  jep]šek  (souvislost  s  bezdětnos^  a  nekojením)   snížený  výskyt  nádorů  cervixu   –  1775  -­‐  rakovina  šourku  u  kominíků  (souvislost  s  výskytem  škodlivin  v  sazích;    souvislost  s  hygienickými  návyky)  –  Percival  Poc   –  1902  -­‐  souvislost  RTG  paprsků  a  vzniku  rakoviny   –  poč.  20.  stol.  -­‐  rodinný  výskyt  nádorů     „RAKOVINA“  –  NE!!!!!!,  NADOROVÉ  ONEMOCNĚNí  -­‐  ANO     Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana  2   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Historie   Historie  molekulární  biologie  nádorů  viz  přednáška  1/12   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana  3   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Epidemiologie  zhoubných  nádorů  v  České  republice   Systém  pro  Vizualizaci  Onkologických  Dat  –  SVOD  verze  7.0  (www.svod.cz)   Pracuje  s  validovanými  epidemiologickým  daty  Národního  onkologického  registru  NOR     za  období  1977-­‐2005  (databáze  obsahující  přibližně  1,5  mil.  záznamů),   spravovaných  Ústavem  zdravotnických  informací  a  sta]s]ky  ČR  (ÚZIS  ČR)   DUŠEK  Ladislav,  MUŽÍK  Jan,  KUBÁSEK  Miroslav,  KOPTÍKOVÁ  Jana,  ŽALOUDÍK  Jan,  VYZULA  Ros]slav.  Epidemiologie  zhoubných  nádorů     v  České  republice  [online].  Masarykova  univerzita,  [2005],  [cit.  2009-­‐10-­‐04].  Dostupný  z  WWW:  hcp://www.svod.cz.     Verze  7.0  [2007],  ISSN  1802  –  8861.       incidence – nová onem/počet obyvatel prevalence – celkový počet onem/počet obyvatel mortalita – počet úmrtí/počet obyvatel letalita – počet zemřelých na onem/počet nem (%) Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana  4   ©  Ondřej  Slabý,  2009   4  0 5 10 15 20 25 30 35 40 % Kouření Výživové faktory 30 % Alkohol Infekční agens Radiace a sluneční záření Pracovní expozice Chemické škodliviny v životním prostředí 35 % 5 % Nízká pohybová aktivita5 % Nádorová  onemocnění  –  eTologie    (Atribu]vní  přispění  k  celk.  úmrtnos]  na  nádory  )   Ovlivnitelné  zevní  faktory  působí  >  80  %  nádorů   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana  5   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Faktory  prostředí:      chemické  -­‐  karcinogeny                                                          fyzikální  -­‐  UV,  ionizující  záření                                                          biologické  -­‐  DNA  nádorové  viry                                                                                  RNA  nádorové  viry  -­‐  retroviry   5   Gene]cký    základ   Rizikové   faktory   Nedostatek protektivního faktoru = rizikový faktor Protek]vní   faktory   Nádorová  onemocnění  –  eTologie    (Atribu]vní  přispění  k  celk.  úmrtnos]  na  nádory  )   ©  Ondřej  Slabý,  2009  Strana  6   33 33 50 20 66 33 33 66 33 10 25 10 10 10 25 10 29.3 50 50 75 33 75 50 66 75 50 20 50 20 20 20 33 20 40.6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ústa,pharynx,nasopharynx Larynx Jícen Plíce Žaludek Pancreas Játra Colon,rectum Prs Ovarium Endometrium Cervix Prostata Štitná žláza Ledviny Močovýměchýř Celkově Spodníodhad - horní odhad (%) Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Nádorová  onemocnění  –  eTologie     Míra  preventability  nádorů  výživovými  faktory   Příklady   Japonci  přestěhovaní  do   Ameriky:  Japonsko  6-­‐8x  vyšší   incidence  nádorů  žaludku,  příš^   generace  již  srovnatelná   incidence.     -­‐ Adven]sté  sedmého  dne:  asi   poloviční  výskyt  nádorů  opro]   ostatní  americké  populaci  (⇐   zákaz  kouření,  alkoholu,  masa).   ⇒ Pouze  změnou  životního   stylu  by  bylo  možné  snížit   výrazně  incidenci  nádorů         Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   ©  Ondřej  Slabý,  2009  Strana  7   Nádorová  onemocnění  –  prevence   Primární  prevence  -­‐    zábránění  vzniku  nemoci  odstraněním  rizik.  faktorů   Sekundární  prevence  -­‐  časná  detekce  nemoci  (často  v  preklin.  stadiu),  kdy  je  dostupná     léčba  efek]vní     Terciární  prevence  -­‐  zabránění  rozvoje  komplikací  při  manifestním  onemocnění     efek]vní  léčbou     Dosud  převážně  omezena  pouze  na  prevenci  sekundární  –  časný  záchyt   Karcinom  prsu     Palpační  vyšetření   Mamografie,  sonografie     Nádory  děložního  čípku     Pap  test  (Papanicolaoův  test)     Kolorektální  karcinom   Palpační  vyšetření  per  rectum   Test  stolice  na  okultní  krvácení   Kolonoskopické  vyšetření       Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   ©  Ondřej  Slabý,  2009  Strana  8   8   Evropský  kodex  proT  rakovině     1.  Nekuřte   2.  Mírněte  se  v  konzumaci  alkoholu   3.  Vyhýbejte  se  nadměrnému  slunění   4.  Dodržujte  zdravotní  a  bezp.  pokyny  při  práci   5.  Často  jezte  zeleninu  a  ovoce,  obiloviny   6.  Vyvarujete  se  vzniku  nadváhy   7.  Navš]vte  lékaře,  jestliže  objevíte……   8.  Navš]vte  lékaře,  jestliže  máte  přetrv.  po^že   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    9   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Základní  pojmy  a  klasifikace   Hyperplasie  –  buňky  nezměněné,  ale  zmnožené   Metaplasie  –  přechodná  změna  fenotypu  buněk,  buňky  lokalizované  na  nesprávném   místě,  často  v  místě,  kde  se  setkávají  dva  typy  epitelu:  děložní  čípek  –  děloha;  jícen  –   žaludek  -­‐  tzv.  Barrecův  jícen   Dysplasie  –  obsahují  již  cytologicky  abnormální  buňky  (velikost,  tvar,  barvitelnost  jádra,   poměr  jádro/cytoplazma,  změněná  mito]cká  ak]vita)  a  abnormální  poměr  buněčných   typů   Nádor,  tumor,  neoplazma,  novotvar  je  gene]cky  podmíněný  abnormální  přírůstek   buněčné  tkáňové  hmoty  klonálního  charakteru.  Jeho  růst  není  v  koordinaci  s  růstem   okolních  tkání  a  rovnovážným  stavem  organismu.  (Rejthar)   Klasifikace  nádorů  I  -­‐  podle  schopnos]  infiltrovat  se  do  jiné  tkáně   Benigní  (nezhoubné)  nádory  zůstávají  v  místě  svého  vzniku,  jsou     ohraničené,  neinvadují  jiné  tkáně,  nemigrují  a  nezakládají     metastázy  (polypy,  lipomy,  chondromy,  leiomyom,  fibrom,…)   Maligní  (zhoubné)  nádory  infiltrují  a  destruují  okolní  tkáně  a     prostřednictvím  krevního  a  lymfa]ckého  systému  se  šíří  do  celého     těla,  v  nových  tkáních  vyvolávají  tvorbu  sekundárních  nádorů     (metastáz)  X  sekundární  nádory  (therapy-­‐related)   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   ©  Ondřej  Slabý,  2009  Strana  10   Klasifikace  nádorů  II  -­‐  podle  typu  buněk  (tkání),  ze  kterých  nádorová  buňka   vzniká   karcinomy  –  nádory  epiteliálních  buněk  (asi  80-­‐90%  lidských  nádorů)   sarkomy  –  pevné  nádory  pojivových  tkání  –  svalů,  kos^,  chrupavky,  tvoří  asi   1%  nádor,  z  mezenchymálních  buněk   leukémie  a  lymfomy  -­‐  odvozené  od  hematopoie]ckých  buněk  a  buněk   imunitního  systému   neuroektodermální  -­‐  nádory  odvozené  z  nervové  tkáně  (gliomy,   neuroblastomy,  medulloblastomy,…)   germinální  nádory  –  odvozené  z  to]potentní     zárodečné  buňky   smíšené  nádory     Anaplas]cké  nádory,  nádory  neznámého  původu     (1  až  2%  nádorů)  není  možné  určit  z  jaké  tkáně     je  nádor  odvozen  –  dediferenciace     Transdiferenciace  -­‐  EMT   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    11   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Klasifikace  nádorů  III  -­‐  podle  pos]ženého  orgánu  nebo  tkáně   karcinom  plic,  kolorektální  karcinom,  nádor  prsu,  akutní  myeloidní  leukémie…     Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    11   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Klasifikace  nádorů   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    12   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Histopatologická  klasifikace  nádorů   STAGING     TNM  SYSTÉM   T  -­‐  rozsah  primárního  nádoru   N  -­‐  nepřítomnost  či  přítomnost     a  rozsah  metastáz  v  regionálních     mízních  uzlinách   M  -­‐  nepřítomnost  či  přítomnost     vzdálených  metastáz     T0,  T1,  T2,  T3,  T4;     N0,  N1,  N2,  N3;     M0,  M1   Systém  je  v  podstatě  „těsnopisem“     pro  popis  rozsahu  určitého     zhoubného  nádoru.     T1:  malý  lokalizovaný  nádor,  T2:  větší,  ale  ohraničený  uvnitř  orgánu   T3:  nádor  na  hranici  orgánu,  T4:  nádor,  který  se  lokálně  rozšířil  do  dalších  orgánů   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    13   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Histopatologická  klasifikace  nádorů   GRADING   Stupeň  diferenciace  (jak  moc  se  nádorové  buňky  podobají  normálním  buňkám)    G1:  dobře  diferencovaný  nádor  s  dobrou  prognózou    G2:  středně  diferencovaný  nádor  s  prostřední  prognózou    G3:  málo  diferencovaný  nádor  se  špatnou  prognózou   TYPING  –  morfologická  diagnosTka   Vychází  ze  závazných  klasifikací,  obvykle  doporučených     WHO.    Každá  jednotka  má  přidělen  svůj  číselný  kód     ICDO  (Interna]onal  Classifica]on  of  Diseases  for  Oncology)   Např.  kód  8850/0  je  lipom.     Např.  kód  8850/6  je  metastáza  liposarkomu.   První  číslo  za  lomítkem  označuje  biologické  vlastnos]:    0:  benigní    1:  nejisté  chování    2:  carcinoma  in  situ    3:  maligní    6:  metastáza   Strana    14   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Proces  kancerogeneze   Kancerogeneze  je  vícestupňový  proces  vzniku  a  vývoje  nádoru   podstatou  kancerogeneze  je  postupné  hromadění  gene]ckých  (a  epigene]ckých)  změn     NeoplasTcká  transformace  -­‐  je  přeměna  soma]cké  buňky  v  buňku  nádorovou   Nádory  sporadické,  familiární,  hereditární   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    15   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Klonální  model  vývoje  nádoru:  selekce,  klonální  expanze   ROKY   Jsou  nádory  monoklonální  nebo  polyklonální?   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    16   ©  Ondřej  Slabý,  2009   CHROMOSOM   BUŇKA   TKÁŇ   NÁDOROVÉ   ONEMOCNĚNÍ   ORGANISMUS   Generalizace  -­‐  metastázy   Nádorový  GENOTYP   Nádorový   FENOTYP   Nádor „in situ“ 1012           109               1   Klinické   příznaky,   Morfologické   a   laboratorní   známky     Počet  buněk                                                                                                                                                                              Progrese                                                                   Maligní  transformace   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    16   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    17   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Histologická  skladba  nádoru  –  nádor  je  komplexní  tkáň   Nádorové  stroma   •  mezenchymální  tkáňové   složky:  cévní  komponenty,   podpůrné  mezenchymální   tkáně,  lymfocyty,  makrofágy,..     •  slouží  hlavně  k  výživě   parenchymu  a  jako  kostra  pro   uspořádání  parenchymu     •  transportní  úloha  (přenos   signálů,  rezervoár  růstových   faktorů…)   •  klíčová  úloha  při  nádorové   angiogenezi  a  metastázování   Nádorový  parenchym   •  vlastní  nádorově   transformovaný  parenchym     Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    18   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Šest  získaných  vlastnosp  maligního  nádoru   (Robert  A.  Weinberg  2000)     Soběstačnost  v  produkci  růstových  signálů  ak]vace  K-­‐ras   Necitlivost  k  signálům  zastavujícím  b.c.    ztráta  RB,  p53   Poškození  apoptózy      produkce  IGF,  p53   Neomezený  replikační  potenciál              ak]vace  telomerázy   Posílení  angiogeneze                        produkce  VEGF   Tvorba  metastáz        inak]vace  E-­‐kadherinu        získaná  schopnost      příklad   Nestabilita  genomu  jako  podmínka  akumulace  všech  nutných   změn.   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    19   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Kancerogeneze  má  individuální  průběh   Individuální  je      -­‐  pořadí  zásahů            -­‐  počet  zásahů        -­‐  konkrétní  zasažené  geny   Hallmarks  of  Cancer:  The  Next  GeneraTon   Douglas  Hanahan  and  Robert  A.  Weinberg  (Cell,  2011)   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    19   ©  Ondřej  Slabý,  2011   Podmiňující  vlastnost  –  genomová  nestabilita  a  mutace   Podmiňující  vlastnost  –  nádorem  vyvolaný  zánět   Objevovaná  vlastnost  –  deregulace  buněčné  energe]ky  (Warburguv  ef.)   Objevovaná  vlastnost  –  ochrana  před  imunitním  systémem   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    20   ©  Ondřej  Slabý,  2009   PROTOONKOGENY (kontrolují růst a diferenciaci buněk) aktivace ⇓←mutace,translokace,amplifikace ⇓ ONKOGENY pro růstový pro receptory intracelul. pro transkripční pro faktor růst.faktorů kinasy faktory transdukční proteiny sis erbB-1 src,abl c-myc,L-myc K-ras erbB-2 N-myc,E 2A H-ras fms,trk fcs,gli N-ras net,ros gip _______________________________________________________ Mutace  protoonkogenů     jsou:     -­‐  ak]vující   -­‐  dominantní   -­‐ vyskytují  se  v  soma]ckých     buňkách  a  jen  výjimečně     v  zárodečných  buňkách   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    21   ©  Ondřej  Slabý,  2009   TUMOROVÉ SUPRESOROVÉ GENY (= ANTIONKOGENY) (účastní se na přenosu signálu mezi buňkami a kontrolují programovaný zánik buněk) inaktivace ⇓ ←mutace,amplifikace ⇓ RB p53 DCC APC MCC NF-1 WT-1 Produkty  genů  pro  nádorové  supresory  (anTonkogeny)  v  normálních  buňkách   nevyvolávají  proliferaci,  ale  naopak  ji  potlačují  a  udržují  buňky  ve  stadiu  klidu   (G0).  Jejich  ztráta  se  projevuje  neregulovanou  proliferací.   Knudsonova  „two  hits  hypothesis“  (RB)   Mutace  nádorových  supresorů  jsou:    -­‐  inak]vující    -­‐  recesivní  (spojeno  s  LOH)  („recesivní  onkogeny“)    -­‐  vyskytují  se  v  soma]ckých  a  také  v  zárodečných  buňkách   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    21   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Onkogenní (nádorové) viry •  Retroviry (RNA viry): obsahují ve svém genomu onkogen (akutně transformující viry) nebo aktivují protoonkogen, vedle kterého se integrovaly (pomalu transformující=inzerční mutageneze) v-onc (virový onkogen)= gen akutně transformujícího retroviru c-onc (celulární onkogen)= gen vznikající aktivací protoonkogenu, genu normálních buněk eukaryontů myc - v. ptačí myelocytomatózy, Ki-Ras – Kirstenův myší sark. v. erbA – v. ptačí erytroblastózy, kit – kočičí sarkomový v. •  DNA nádorové viry používají jinou strategii transformace: neobsahují onkogeny, ale kódují proteiny, které interagují s nádorovými supresory (RB, p53, p300/CBP) hostitelské buňky a tak hostitelskou buňku tlačí do S fáze: SV40: velký T antigen různými doménami interaguje s p53, RB, p300/CBP (objev p53) adenoviry (EBV, HBV): E1A interaguje s RB a p300/CBP; E1B interaguje s p53 papilomaviry HPV-16, HPV-18: E6 interaguje s p53, p300/CBP; E7 interaguje s RB Objevení  p53   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    22   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Vogelsteinuv  model  vzniku  nádorů  tlustého  střeva   FAP  –  mutace  APC   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    23   ©  Ondřej  Slabý,  2009   GeneTcká  nestabilita  nádorů   •  Nádory  vznikají  postupnou  akumulací  geneTckých  (a  epigeneTckých)  změn   genů,  které  řídí  buněčné  dělení,  buněčnou  smrt  a  další  důležité  procesy   v  buňce.     •  Z  výpočtu,  který  vycházel  ze  známé  mutační  rychlos]  v  soma]ckých  buňkách   k  takové  akumulaci  mutací  nemůže  během  lidského  života  dojít.       Co  umožňuje  nádorovou  transformaci?   •  Akumulace  všech  nutných  mutací  umožněna  geneTckou  nestabilitou   (tzv.  „mutator  hypothesis“).  Nestabilita  je  záležitost  rychlos],  s  jakou   k  mutacím  dochází   •  K  akumulaci  stačí  normální  rychlost  mutací  ve  spojení  s  vlnami   klonální  expanze,  které  mohou  být  způsobeny  poziTvní  selekcí  buněk   “prenádorových”.       •  Většina  nádorů  je  geneTcky  nestabilních   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    24   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Typy  geneTckých  změn  v  nádorech   1.  Menší  změny  v  sekvenci  DNA  -­‐  mutace,  menší  delece  a  inzerce  (např.  mutace  K-­‐ ras  se  vyskytuje  u  80%  nádorů  pankreatu,  převážně  mutace  p53  u  téměř   poloviny  všech  nádorů,..)   2.  Změny  v  počtu  chromozomů  -­‐  ztráty  případně  zisky  celých  chromozomů  (ztráta   chromozomu  10  u  glioblastomů  spojena  se  ztrátou  nádorového  supresoru  PTEN;   získání  chromozomu  7  u  papilárních  renálních  karcinomů  spojeno  s  duplikací   mutantního  onkogenu  c-­‐met)   3.  Chromozomální  translokace  -­‐  fúze  čás^  odlišných  chromozomů  nebo  normálně   nesouvisejících  čás^  téhož  chromozomu  (na      molekulární  úrovni  může  být  doprovázeno      fúzemi  mezi  dvěma  odlišnými  geny)      (Philadelphský  chromozom  a  další  translokace      typické  pro  řadu  leukémií)   4.  Amplifikace  genů     (amplifikace  genu  N-­‐myc  u  30%  neuroblastomů)     Ke  geneTcké  nestabilitě  dochází  na  více  úrovních.   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    25   ©  Ondřej  Slabý,  2009   1.  Nestabilita  v  sekvenci  DNA  –  NIN  a  MIN   •  Tento  typ  nestability  je  u  lidských  nádorů  vzácnější,  ale  když  se   vyskytne,  má  drama]cké  následky.  Zdrojem  nepřesnos^  při  replikaci   DNA  jsou  chyby  vzniklé  při  DNA  polymeraci  (tj.  kvalita  DNA  polymeráz   a  souvisejících  „proofreadingových“  procesů)  a  chyby  v  systémech   oprav  DNA.     •  1.  Nukleo]dová  excizní  oprava  („nucleo]de-­‐excision  repair“  -­‐  NER)  -­‐  s   ní  spojená  nestabilita  („NER-­‐associated  instability“  -­‐  NIN)    2.  Oprava  špatného  párování  („mismatch  repair“  -­‐  MMR)  -­‐  s  ní   spojená  mikrosatelitová  nestabilita  (MIN)       2.  Nestabilita  v  počtu  chromozomů  –  CIN    Ve  srovnání  s  NIN  a  MIN  jsou  ztráty  nebo  zmnožení  celých  chromozomů   mnohem  běžnější  a  vyskytují  se  u  většiny  nádorů  –  např.  85%   kolorektálních  nádorů  je  vysoce  aneuploidních.  Běžná  je  ztráta   chromozomu  související  s  LOH  ⇒  Ne  vždy  změny  karyotypu  souvisejí   s  CIN!  Během  buněčného  cyklu  se  vyskytuje  několik  kontrolních  bodů,   které  monitorují  správný  postup  buněčného  dělení.  Za^m  chybí   jednoznačná  kriteria  k  určení  genů  odpovědných  za  CIN  a  k  určení  jejich   „míry  zodpovědnos]“.  Poruchy  na  úrovni  kontroly  dělícího  vřetenka.       Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    26   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Poruchy  regulace  buněčného  cyklu   M  -­‐  kopie  DNA  jsou  separovány;     kondenzované  chromozomy   G1  -­‐  obsah  DNA:  2N   S  -­‐  replikace  DNA;  inkorporace  značených  nukleo]dů   G2  -­‐  obsah  DNA:  4N   G0  -­‐  stárnoucí  nebo  dlouhodobě  se  nedělící  buňky     Ztráta  regulace  buněčného  cyklu  je  kri]cká  součást  transformace   Každá  fáze  cyklu  je  katalyzovaná  specifickými  komplexy  cyklin-­‐dependentní  kinázy  a  cyklinu.   cyklin-­‐dependentní  kinázy  (CDK,  CDC)  –  ak]vita  je  závislá  na  vazbě  cyklinu     cykliny  -­‐  jejich  hladina  kolísá  v  závislos]  na  fázi  buněčného  cyklu   RB-­‐  reTnoblastomový  gen,  nefosforylovaná  forma  pRB  blokuje  přestup  z  G1  do  S  fáze  (E2F)   Fosforylovaná  nebo  hyperfosforylovaná  forma  pRB  –  neakTvní  –  proliferace     Re]noblastom  –  maligní  nádor  re]ny,  obě  alely  pRB  mutovány  nebo  deletovány   bod  restrikce:  klíčový  regulační  /   rozhodovací  bod  buněčného  cyklu     CDK4/6,  cykliny  D,  CDK2-­‐cyklin  E   Inhibitory  CDK   Kontrolní  bod  G2   CDK1-­‐cyklin  A,B   p16   p16   P21,27   Strana    27   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    28   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Nekróza  vs.  apoptóza   Nekróza:     týká  se  skupiny  pos]žených  buněk   vyvolána  nefyziologickým  poškozením     (virová  infekce,  hypotermie,  hypoxie,   metabolické  jedy,  ..)   fagocytóza  makrofágy   významná  zánětlivá  reakce         Apoptóza  –     programovaná  buněčná  smrt:   pos]huje  jednotlivé  buňky   indukována  fyziologickými  s]muly     (nedostatek  růstových  faktorů,  změny   hormonálních  hladin,  ..)   fagocytóza  okolních  buněk  nebo     makrofágy  žádná  zánětlivá  reakce   na  rozdíl  od  nekrózy  je  popsáno     mnoho  příkladů  fyziologické  apoptózy.   Zvýšená  apoptóza     syndrom  získané  imunodeficience  AIDS  (CD4+  T-­‐buňky),   neurodegenera]vní  nemoci  (Alzheimerova,  Parkinsonova  nemoc)   myelodysplas]cký  syndrom  (hypercelulární  dřeň,  periferní  cytopenie)   některé  autoimunitní  nemoci     Suprese  apoptózy   Nádory,  některá  autoimunitní  onemocnění,  virové  infekce   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    29   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Regulace  a  průběh  apoptózy   Vnější  cesta  receptorová:   vazbou  ligandu  na   příslušný  receptor  smr]   vzniká  proapopto]cký   signál.  Ten  vede  k  ak]vaci   domény  smr]  za   kooperace  dalších   proteinů.  Cílem  je   ak]vace  prokaspázy  8.   Vnitřní  cesta:  signalizací  např.  přes  p53  je  zahájen  apopto]cký  děj,  jehož  složkou  je  systém     Bcl-­‐2/Bax,  signalizace  přes  mitochondrie,  tvorba  komplexu  nazývaného  apoptozóm  a  cílem     je  ak]vace  prokaspázy  9.   3  geny  Ced3,4,9  kontrolující   apoptózu  u  C.  elegans   13  kaspáz  homologů  Ced3   Apaf1  homolog  Ced4   Bcl2  rodina-­‐17homologů  Ced9   supresory  apoptózy  brání     uvolnění  cyt-­‐c  z  mitochondrií  Exekutorové  kaspázy,  substráty  smr]   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    30   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Regulace  a  průběh  apoptózy   Signalizace  ATM,  p53   ATM = Ataxia telangiectasia mutated Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    31   ©  Ondřej  Slabý,  2009   AnT-­‐apoptoTcké  strategie  nádorů   Nádory  používají   nejrůznější  strategie,  jak   zmenšit  šanci  na  vstup  do   apoptózy.  Buď  snižují   hladinu/ak]vitu   proapopto]ckých   (modře)  proteinů,  nebo   zvyšují  hladinu/ak]vitu   an]apopto]ckých   (červenohnědě)  proteinů.   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    32   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Nádory  a  „nesmrtelnost“  buněk,  neomezený  replikační  potenciál   Opakované  dělení  buněk  je  limitováno  zkracováním  telomer   Telomery  jsou  stabilizačním  faktorem  terminální  čás]  chromosomů  a  ukotvují     je  k  nukleární  matrix.  Telomery  mají  opakující  se  sekvence  nukleo]dů  TTAGGG   telos  =  konec  (end),  meros  =  část  (part)   Délka  telomer  se  zkracuje  (1  dělení  =  1  telomerická  sekvence)     a  destabilizuje  tak  chromosomy     Obnovování  telomerických    sekvencí  umožňuje  enzym     telomeráza.     85  až  90%  nádorů  má  ak]vní     telomerázu.     K  ak]vaci  telomerázy     dochází  v  pozdních  stadiích     kancerogeneze.       Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    33   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Význam  angiogeneze  v  rozvoji  nádorového  onemocnění   Angiogeneze  má  klíčový  význam  pro  nádorový  růst   Rostoucí  nádorové  ložisko  může  bez  cévního  zásobení   dosáhnout  pouze  velikos]  1-­‐2  mm3   Neoangiogenezi  indukuje  vzniklá    hypoxie   Nerovnováha  mezi  proangiogenními  a     an]angiogenními  faktory  =  „angiogenní  switch“   Cílená  anTangiogenní  léčba   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    34   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   •   Zvýšení  mo]lity  (invazivita)        (průnik  do  stromatu  a  přes  cévní  stěnu)     •   Vytváření  embolů  v  cirkulaci     •   Adherence  ke  stěně  cévy     •   Průnik  do  parenchymu     •   Vytvoření  metastázy  (proliferace  v  místě,          angiogeneze,  odpověď  na  mikroprostředí)     •   Metastázy  metastáz       •   Nádorová  generalizace   METASTATICKÁ  KASKÁDA   Strana    35   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Metastasis  –related  genes  (adhezivni  molekuly,  MMP,  proteázové  inhibitory,  růstové  faktory,…)   Moderní  metodické  přístupy  v  molekulární  medicíně  I  –  příprava  biologického  materiálu   (tkáň,  krev,  stolice,  FFPE)  a  izolace  nukleových  kyselin  (kontrola  kvality),  genomika  (Real-­‐ Time  qPCR,  DNA  čipy,  SNP  čipy,  CGH  čipy,  mikroRNA  čipy,  Real-­‐Time  PCR  Arrays  –  srovnání   technologických  principů  a  přehled  nejpoužívanějších  technologií),  využi^  genomiky  pro   molekulární  klasifikaci  nádorových  onemocnění,  jak  navrhovat  studie  a  jak  číst  publikace  –   výhody  a  limitace  genomických  metod     Náplň  příšp  přednášky   Take  home   1)  Epidemiologie  zhoubných  nádorů  v  České  republice     2)  ETologie  nádorových  onemocnění  a  prevence,  příklady   3)  Základní  pojmy  a  klasifikace  nádorových  onemocnění   4)  Histopatologická  klasifikace  nádorů     5)  Proces  kancerogeneze,  klonalita   6)  Histologická  skladba  nádoru  –  nádor  je  komplexní  tkáň     7)  Šest  získaných  vlastnosp  maligního  nádoru   8)  Onkogeny  a  nádorové  supresory   9)  GeneTcká  nestabilita  nádorů   10)  Poruchy  regulace  buněčného  cyklu     11)  Regulace  a  průběh  apoptózy,  anTapoptoTcké  strategie  nádorů   12)  Telomery  -­‐neomezený  replikační  potenciál  nádorové  buňky   13)  Význam  angiogeneze  v  rozvoji  nádorového  onemocnění     14)  MetastaTcká  kaskáda   15)  Metastasis-­‐related  genes     Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    36   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Úvod  do  molekulární  medicíny  2/12   Strana    37   ©  Ondřej  Slabý,  2009   Dotazy?