Adobe Systems Kancerogeneze Julie Dobrovolná, RECETOX Adobe Systems https://static-content.springer.com/image/art%3A10.1007%2Fs13277-016-5278-5/MediaObjects/13277_2016 _5278_Fig1_HTML.gif Tumorigeneze je komplexní evoluční proces zahrnující mnoho genetických a epigenetických alterací. Epigenetické změny během iniciace a progrese tumoru poskytují abundantní zdroj variability, která podporuje rychlou adaptaci tumoru a poskytuje bohatý zdroj labilních biomarkerů pro genetickou analýzu. Tumour Biol. 2016 Jul 28. Biomarkers of genome instability and cancer epigenetics. Reis AH, Vargas FR, Lemos B. Kancerogeneze jako vícestupňový proces Adobe Systems ØTři stádia: Ø(1) Iniciační stádium, které představuje prvotní genetickou událost, tj. mutaci určitého kritického genu. Jde o období časově krátké, ale nevratné; iniciovaným buňkám přináší růstovou selekční výhodu. Buňka tak získává potenciál maligní transformace; v tomto stádiu se může proces zastavit. (2) Promoční stádium, které trvá léta, až desetiletí; postižené buňky (klon) jsou stimulovány ještě k intenzivnější proliferaci. Promoční faktory samy o sobě nejsou však schopny vyvolat maligní nádorovou transformaci, jen ji podpořit. Intenzita promočních mechanismů musí dosáhnout určitého stupně, aby byl iniciovaný klon stimulován, a naopak odstranění podpůrných faktorů může proces kancerogeneze zpomalit nebo i zastavit. Ø(3) Stádium progrese je charakterizováno dalším postupným nahromaděním genetických změn jako je ü(a) nekontrolovaný růst pro trvalou aktivaci signální transdukce růstového stimulu, ü(b) alterace kritických bodů buněčného cyklu, ü(c) deregulace DNA- transkripčních faktorů. ̶Nádor zůstává nejprve v místě svého vzniku, ale aktivací dalších faktorů se začne šířit do nejbližšího okolí (invaze) a cestou krevního oběhu na místa vzdálená (metastázy). Velmi důležitou podmínkou pro růst nádoru je dostatečný přísun živin a kyslíku, který musí být zajištěn vytvořením cévního zásobení (nádorová neoangiogeneze). Kancerogeneze: stadia Hallmarks of cancer Hanahan and Weinberg 2011 Adobe Systems obr2 Kancerogeneze jako vícestupňový proces Adobe Systems ̶Buněčný cyklus je u zdravého jedince regulován tak, že každý buněčný typ v daném orgánu „ví“, kdy přestat s růstem. ̶U dospělého jedince jsou téměř všechny tkáně kontinuálně regenerovány a buňky opět „vědí“, kdy přestat s dělením. ̶U rakoviny buňka selhává ve schopnosti přijmout nebo interpretovat signály prostředí. Ztráta kontroly buňky nad buněčným dělením Adobe Systems ÒU nádorového bujení je postižena především regulace přechodu G1-fáze do S-fáze. Tři komplexy cyklindependentních kinas, cyklin D/cdk4, cyklin D/cdk6 a cyklin E/cdk2 fosforylují produkt retinoblastomového genu – Rb, a to na 10ti různých místech a mění tak schopnost Rb asociovat s buněčnými proteiny. Jeden takový protein - E2F – je transkripční faktor, který tvoří heterodimer s jiným transkripčním faktorem DP1, čímž se aktivuje několik genů nutných pro rozvoj S-fáze. Znamená to indukci aktivace dihydrofolátreduktasy, thymidinkinasy, DNA-polymerasy a, c-myc, c-myb a cdc2. Kromě této podpory růstových faktorů podporuje Rb také diferenciaci prostřednictvím jeho asociace s transkripčními faktory jako je MyoD a aktivovaný transkripční faktor, kterým jsou komplexy (ATF)/cAMP-response element binding proteiny (CREB). Rb je také místem zásahu pro transformující viry jako SV40 large T-antigen, adenovirový E1A a antigen E7 lidského papillomaviru (human papilloma virus E7). Buněčný cyklus a nádorové bujení Adobe Systems ̶Je-li poškození DNA příliš rozsáhlé a tedy neopravitelné, buňka se stává nenormální a je eliminována apoptózou. ̶Nedojde-li však k apoptóze, vzniklá mutace přetrvává a může být při dělení takto mutované buňky přenesena na buňky dceřiné. Vzniká tak fenomén genové nestability, který podporuje maligní transformaci. Stává se to častěji kupř. u nosičů genu HNPCC (hereditární nepolypózní kolorektální karcinom). Je zde defekt v „opravném čtení“, takže chyba v replikaci DNA není zjištěna a opravný mechanismus není nastartován. Buněčný cyklus a nádorové bujení Adobe Systems obr4 Základní skupiny proteinů regulující buněčný růst Adobe Systems Øs postupujícím věkem se objevují funkční i morfologické změny skoro ve všech orgánech a tkáních. Tyto změny mají svůj podklad též ve stárnutí buněk. ØV mitochondriích se postupně snižuje kapacita oxidační fosforylace Ømění se syntéza strukturálních proteinů i enzymů pro alterace v DNA a RNA vznikající s narůstajícím věkem. Østárnoucí buňky mají sníženou schopnost opravovat poškozené chromosomy; snižuje se jejich potřeba množství živin. ØZměny v morfologii buňky: Jádro se stává abnormálně laločnaté a nepravidelné, dochází k pleomorfní vakuolizaci mitochondrií, ubývá endoplasmatického retikula a Golgiho aparát se zkrucuje. V buňkách se hromadí lipofuscin jako produkt lipidové peroxidace. Stárnutí buněk Adobe Systems Příčiny stárnutí buněk jsou pravděpodobně multifaktoriální: Øendogenní molekulární program stárnutí Øvliv exogenních škodlivých faktorů, který ovlivňuje životaschopnost buněk ØDlouhověkost je patrně specificky regulována na genové úrovni a řídí takové aktivity, jako je opravné mechanismusmy pro DNA nebo antioxidační obrana). ØKandidátní geny dlouhověkosti mohou též souviset s genetickým polymorfismem protektivních alel lipidového metabolismu, jako je např. e2 alela u apolipoproteinu E2. U dlouhověkých zjištěna též prevalence genetického polymorfismu genu paraoxonasy na kodónu 192. Teorie buněčné senescence Adobe Systems ØDochází k progresivnímu poškozování buněk reaktivními formami kyslíku a dusíku. Děje se tak nepříznivými vlivy z okolí, jako je ionizující záření a stále se snižující kapacita antioxidačních mechanismů. ØPeroxidace poškozuje nukleové kyseliny. Reaktivní formy kyslíku (ROS) způsobují denně alteraci 10 000 bazí DNA v jedné buňce, což převýší možnosti opravného mechanismu, jehož kapacita se s narůstajícím věkem snižuje. Mutace se hromadí nejen v DNA v jádře, ale též v mitochondriální DNA. Tento jev dramaticky roste s věkem. ØVolné kyslíkové radikály katalyzují oxidační modifikaci proteinů, včetně enzymů, což vede k jejich degradaci cytosolovými proteázami. Znamená to další omezení funkce buněk. Stárnutí buňky Adobe Systems Stárnutí buňky ØU stoletých lidí byla prokázána vyšší poly(ADP-ribosyl)ační aktivita. Poly(ADP-ribosyl)ace nukleárních proteinů katalysovaná poly(ADP-ribosa)-polymerasou (PARP-1) (s NAD+ jako substrátem) je posttranslační děj ovlivňující DNA-šroubovici, což má vliv na instabilitu genomu způsobovanou endogenními i exogenními genotoxiny. ØS věkem stoupají post-translační modifikace intracelulárních a extracelulárních proteinů, což vede k funkčním i morfologickým změnám. Jednou z nich je neenzymová glykace proteinů a vznik konečných produktů pokročilé glykace (AGE-products). Øzměny v indukci proteinů tepelného šoku (heat shock proteins), zvláště Hsp70. Tyto proteiny jsou velmi důležitým obranným mechanismem vůči různým formám nadměrné zátěže. Adobe Systems ØTelomery jsou klíčovým stabilizačním faktorem terminální části chromosomu. Skládají se ze složky DNA (repetitivní sekvence 5'-TTAGGG-3‚) a z 6 proteinů. ØDélka telomer se zmenšuje po mnohonásobných pasážích (cekem se předpokládá 50-80 buněčných dělení / život). ØNejdelší jsou u spermií; u buněk fetálních jsou delší než u buněk z dospělých jedinců. ØJejich obnovování je katalyzováno telomerázou; délka telomer koreluje s obsahem telomeráz. Z toho důvodu se předpokládá, že úbytek DNA od konce chromosomů zkracováním telomer vede k deleci nezbytných genů, což má za následek omezení života buněk. Stárnutí buňky - telomery Adobe Systems ̶Telomery jsou koncové části chromosomů. Při buněčném dělení se telomery zkracují kvůli neschopnosti syntetizovat konce lineárních nukleových kyselin. ̶Původní délka se obnovuje obvykle během tvorby pohlavních buněk činností telomerázy, což je neobvyklá RNA dependentní DNA polymeráza nesoucí si vlastní molekulu RNA jako templát pro tvorbu DNA. Kromě pohlavních buněk jsou své telomery schopné znovu prodlužovat i kmenové buňky díky přítomnosti vlastní telomerázy. ̶Většina rakovinných buněk také obnovuje své telomery pomocí telomerázy, což umožňuje potlačit růst řady rakovinných buněk blokací telomerázy,[část rakovinných buněk ale opravuje své telomery alternativním systémem využívajícím rekombinaci. ̶Postupné zkracování délky telomer vede ke stárnutí buňky (senescence). Stárnutí buňky - telomery Adobe Systems Heritabilita nádorů ØFamiliární- více členů téže rodiny má nádor ØSporadické – jen jeden člen rodiny má nádor Ø ØRůzné mechanismy Adobe Systems Heritabilita nádorů ØAčkoli některé formy nádorů jsou dědičné, většina vzniká na podkladě remodelace somatických buněk a je způsobena endogenními chybami v replikaci DNA, které jsou vyvolány genetickými (mutace v DNA, chromosomální aberace) i epigenetickými změnami. ØVliv kancerogenů ØUV-záření příslušné vlnové délky může být absorbováno bazemi DNA, která je tak poškozena za vzniku dimerů dvou sousedících pyrimidinů. Tato změna překáží normální transkripci i replikaci DNA. ØÚčinek ionizujícího záření je odlišný: dochází k rozštěpení (přerušení) DNA-řetězce; vznikají tak volné řetězce DNA, které musí být beze zbytku opět navázány opravným mechanismem. Nestane-li se tak (buňka netoreluje volné konce DNA), může dojít k translokaci určitých úseků chromosomů, což bývá příčinou aktivace proto-onkogenů. Adobe Systems Heritabilita nádorů Jedna genetická změna však nestačí navodit maligní transformaci buňky; ta obvykle vzniká až po několika (5ti až 10ti) genových mutacích v průběhu řady let. ØGenová alterace navodí vznik nádorového fenotypu, např.: Øproliferace epitelové buňky hyperplazie adenom dysplazie karcinom „in situ" karcinom invazivní. ØPřeměna normální tkáně organismu do stavu invazivní nádorové choroby trvá v průměru 5 – 10 let. Ovlivňují to hereditární genetické faktory a somatické faktory genetické i epigenetické. Adobe Systems ̶Germinativní mutace přítomny ve všech buňkách. V průběhu života se nemění (genetická predispozice) ̶Somatické mutace vznikají v somatických buňkách v průběhu života (maligní transformace). Germinativní a somatické mutace Adobe Systems ̶Vzácné alely jsou „špatné“ (loss of function, gain of function) ̶Jsou často pod tlakem selekce ̶Polymorfismy (> 1% frekvence v populaci) ̶Význam: ̶Zdroj vrozené variability genomu ̶Faktor přežití vzhledem k patogenům? ̶Jak vzácné mutace, tak polymorfismy jsou způsobeny genovými mutacemi. ̶Genom současníků je výrazně modifikován evolucí (dlouhodoběji-paleolit) a historií pandemií (krátkodoběji-mor, syfilis, černé neštovice v Evropě) Vzácné alely a polymorfismy Adobe Systems ̶Pravděpodobnost chyby při replikaci DNA během buněčného dělení je vysoká. Proto je nad stavem DNA ustaven přísný dohled, který zajišťuje stabilitu genomu (supresorové geny, např. P53). ̶Porucha supresorových genů (zejména obou alel) zakládá přirozeně větší riziko vzniku mutací. ̶ Vznik genových mutací Adobe Systems Nádorový genotyp ̶ ØSoučasná koncepce modelu vícestupňového vývoje maligního nádoru předpokládá, jak bylo řečeno, nejprve postupné hromadění genetických změn. Ty se odehrávají v určitých skupinách genů jako jsou: üproto-onkogeny ütumor-supresorové geny ügeny udržující stabilitu genomu ümodifikující geny. Adobe Systems MR Stratton et al. Nature 458, 719-724 (2009) natureRGB nature07943-f1 Mutace somatických buněk: kolorektální karcinom Adobe Systems MR Stratton et al. Nature 458, 719-724 (2009) natureRGB nature07943-f2 Mutace somatických buněk: příklad Sporadický kolorektální karcinom Adobe Systems ̶Proto-onkogeny tvoří normální vybavení genomu; ̶kódují proteiny, které řídí proliferaci, diferenciaci a přežívání buněk. ̶100 různých lidských proto-onkogenů v každé somatické buňce. ̶Jsou cílem extra- a intracelulárních cest transdukce signálů (zejména mitogenních), kterými se reguluje jejich exprese. Protoonkogeny a onkogeny Adobe Systems ̶Dojde-li k mutaci proto-onkogenů, mění se na onkogeny a jejich aktivita získává tumorigenní charakter. ̶K přeměně proto-onkogenu na onkogen stačí alterace pouze jedné alely genu – tzv. dominantní mutace a gen má charakter dominantního onkogenu. ̶Mechanismy aktivace mají různé cesty: ̶(a) virová transdukce (kupř. onkogen src) ̶(b) genová amplifikace (myc, abl), ̶(c) virová inzerce (myc) ̶(d) chromosomální přestavba (myc, abl) ̶(e) mutace (ras) Protoonkogeny a onkogeny Adobe Systems ̶Onkogen může vzniknout mutací genů kódujících proteiny signálních drah, které realizují přenos růstového stimulu (růstového faktoru), dojde-li k jeho abnormální aktivitě. To může být způsobeno tím, že se tvoří v buňce, kde se normálně netvoří nebo se tvoří v nadměrném množství anebo v tak pozměněné formě, která se vymyká normální regulaci. ̶Takovéto mutované geny jsou tumorigenní, protože umožňují buňce proliferovat i v nepřítomnosti extracelulárního signálu. Protoonkogeny a onkogeny Adobe Systems Typy onkogenů ̶ Jsou klasifikovány do 5 tříd: ̶(1) růstové faktory ̶(2) receptory pro růstové faktory ̶(3) komponenty intracelulárních signálních drah ̶(4) jaderné transkripční faktory ̶(5) proteiny řídící buněčný cyklus Adobe Systems obr6 Protoonkogeny a onkogeny Adobe Systems GEN Alterace genu TUMOR Retinoblastoma gen (Rb) Delece Bodová mutace Retinoblastomy, osteosarkomy sarkomy měkkých tkání, Malobuněčné karcinomy plic, karcinomy močového měchýře a prsu Cyklin D Translokace chromosomů, Genová amplifikace Adenom parathyreoidey, Některé lymfomy,Karcinomy mléčné žlázy, hlavy a krku, jater (primární), jícnu cdk4 Amplifikace, Bodová mutace Glioblastom, sarkom, melanoblastom p16INK4a (p15INK4b) Delece, bodová mutace, metylace Karcinomy pankreatu, ezofagu, plic (malobuněčné), Glioblastomy, sarkomy, familiární melanomy a karcinomy pankreatu Regulátory buněčného cyklu a jejich poruchy Adobe Systems Symbol Název Nádorové onemocnění APC Gen adematózní polypózy tlustého střeva Kolorektální karcinom Karcinom pankreatu Desmoidy Hepatoblastom BRCA1 Gen 1 pro familiární karcinom prsu/vaječníku Hereditární karcinom prsu/ ovaria BRCA2 Gen 2 pro familiární karcinom prsu/vaječníku Hereditární karcinom prsu/ ovaria CDH1 Gen pro kadherin 1 Familiární karcinom žaludku Lobulární karcinom prsu CDNK2A Gen inhibitoru cyklin-dependentní kinasy 2A (p16) Maligní melanom kůže CYLD Gen familiární cylindromatózy Cylindromy EP300 Gen vazebného proteinu 300 kD-E1A Karcinomy kolorektální, pankreatu, prsu Některé onkogeny podmiňující nádorová onemocnění Vliv apoptózy na přežití nádorových buněk (pro- a anti-apoptózové faktory) Zvýšená exprese Bcl-2 inhibuje zánik buněk apoptózou. Je to způsobeno vazbou Bcl-2 proteinu na BAX-protein, což zabrání jeho homodimerizaci, která podporuje apoptózu. obr5 Adobe Systems ÒOznačují se někdy jako mutatorní geny a bývají i řazeny k tumor-supresorovým genům. Produkty těchto genů se uplatňují v opravných mechanismech poškozené DNA. ÒJejich mutace vede ke zvýšené frekvenci mutovaných onkogenů a tumor-supresorových genů, někdy až 1000krát. Geny udržující stabilitu genomu Adobe Systems E:\PREDNASK\obr8.gif Adobe Systems ÒPatří sem geny, jejichž produkty zajišťují vystřižení poškozeného úseku DNA a umožňují excizní opravný proces. Jejich recesivní mutace způsobuje onemocnění zvané xeroderma pigmentosum a Cockayenův syndrom, což jsou prekancerózy se zvýšenou náchylností ke karcinomům kůže navozeným expozicí na UV-záření. Geny udržující stabilitu genomu Adobe Systems Ò Další skupinou mutatorních genů jsou „mismatch“ opravné geny; kódované proteiny opravují chybné zařazení baze při replikaci DNA (nikoliv však komplementární). Projevem mutací těchto genů je instabilita na nukleotidové úrovni – mikrosatelitová instabilita. Zárodečné mutace zejména MSH2 a MLH1 genů jsou podkladem hereditárního nepolypózního kolorektálního karcinomu (HNPCC) . ÒMutace genů, jejichž produkty zajišťují „opravné čtení“, jehož úkolem je identifikace chybných úseků DNA při replikaci, byly prokázány u karcinomu žaludku a tlustého střeva. Jedná se především o mutaci genu pro polymerasu d. Geny udržující stabilitu genomu Adobe Systems Geny udržující stabilitu genomu Ò Rozpoznání poškozené DNA a aktivace p53 vyžaduje přítomnost ATK. Tento gen kóduje kinasu, která aktivuje jak CHK2 tak p53 při poškození DNA. Děti trpící ataxií-teleangiektazií mají inaktivující mutaci obou alel. ÒV klinickém obraze je pak imunodeficience, mozečkové příznaky a zvýšené riziko vzniku maligního nádorového onemocnění, především lymfomů. Buňky těchto pacientů nemohou aktivovat p53 jako odpověď na poškození DNA. Adobe Systems Geny udržující stabilitu genomu Ò Jiný syndrom označovaný jako NBS (Nijmegen breakage syndrom) je způsoben homozygotní inaktivací genu NBS, který se podílí přímo na opravách poškozené DNA. Do tohoto mechanismu rozpoznávajícího a opravujícího poškozenou DNA vstupuje též gen BRCA1. Mutace v jedné alele zárodečných buněk nesoucích tento gen je odpovědná asi za polovinu případů karcinomu mléčné žlázy s familiárním výskytem. Při účinku proteinu BRCA1 hraje důležitou funkci jak ATM tak CHK2, které umožňují jeho fosforylaci, když dojde k poškození DNA. ATM také fosforyluje kofaktor BRCA1 - CtIP, který reguluje transkripci genu BRCA1. Defekty DNA-opravného mechanismu přispívají k akumulaci genetických defektů (viz genová nestabilita navozená genem HNPCC = gen pro hereditární nepolypózní kolorektální karcinom) podporují progresi maligně transformovaných buněk. Adobe Systems Tumor-supresorový protein p53 (TP53) Òje jeden z nukleárních proteinů, který má klíčovou úlohu v regulaci cyklu buněčného dělení při přechodu z G0 do G1-fáze. Obsahuje domény pro vazbu na specifický úsek DNA, dále oligomerizující a transkripci aktivující domény. Váže se jako tetramer na vazebné místo na určitém úseku DNA a tím aktivuje expresi genů, kódujících faktory inhibující proliferaci a podporující invazivitu buněk. ÒMutanty genu p53 jsou nalézána u řady maligních tumorů. Pozměněný TP53 ztrácí schopnost vazby na příslušný lokus DNA, což vede k nedostatečné produkci faktorů potlačujících nádorový růst. Alterace genu p53 se objevuje nejen jako somatická mutace, ale též jako mutace v zárodečných buňkách u některých nádorových onemocnění s familiárním výskytem (syndrom Li-Fraumeni Adobe Systems Tumor-supresorový gen p53 Øje klíčovým regulačním faktorem, který monitoruje poškození DNA. I Øinaktivace p53 bývá jedním z prvních kroků, který vede k maligní transformaci při vývoji řady nádorových onemocnění. ØPacienti s Li-Fraumeniho syndromem mají obvykle jednu mutantní alelu v zárodečných buňkách a tím i riziko vzniku sarkomů, leukemie a karcinomu mléčné žlázy. Vzácně pacienti s Li-Fraumeniho syndromem nemají v zárodečných buňkách tuto mutaci, ale mutaci genu CHK 2, kódující proteinkinasu, která fosforyluje protein p53, čímž dochází k jeho aktivaci. Tito pacienti však mívají alteraci v jiných genech – MDM 2 a p14ARF, které regulují expresi p53. Adobe Systems Tumor-supresorové geny (antionkogeny také recesivní onkogeny) ÒKromě mutací v proto-onkogenech mohou vznikat mutační změny v anti-onkogenech (tumor-supresorové geny). ÒNa rozdíl od onkogenů jimi kódované proteiny mají antiproliferační účinek, podporují diferenciaci a apoptózu. V každé somatické buňce je asi 40 tumor-supresorových genů. Aby se staly tumorigenními, musí být mutovány obě jejich alely – proto název recesivní onkogeny. S tím souvisí tzv. dvouzásahová teorie, kterou po prvé formuloval Knudson, když vysvětloval vznik vzácného hereditárního retinoblastomu. Na rozdíl od mnohem častějšího sporadického retinoblastomu, kde se jedná o náhodné mutace jedné a posléze druhé alely v buňce sítnice, je u hereditární formy jedna mutovaná alela zděděna, příslušný jedinec je heterozygot, u něhož se zděděná nádorová predispozice zatím neprojevuje. Dojde-li však k mutaci/eliminaci druhé alely, iniciuje se rozvoj nádorového klonu buněk sítnice. Tomuto procesu se říká ztráta heterozygozity (LOH=loss of heterozygozity). Prvně objevený tumor-supresorový gen byl nazván retinoblastomový gen = Rb-gen a jeho produkt RB-protein. Vyskytuje se v každé buňce, kde reguluje buněčný cyklus dělení. Adobe Systems Varianty s různým počtem kopií ÒVarianty s různým počtem kopií jsou asociovány s různými fenotypy. Naůř. Trisomie 21 chromosomu způsobuje Downův syndrom. ÒZvýšená exprese genů na chromosomu 21 má za následek klinicky heterogenní onemocnění z příznaky poruchy kognitivních funkcí, obličejové dysmorfie, opožděného růstu, predispozice k nádorům, mikrocefalie a abnormalit srdce a kostry. O´Driscoll M: Curr Genomics. 2008 May; 9(3): 137–146 Adobe Systems ÒJde o geny, jejichž mutace může ovlivnit vznik a rozvoj nádorového procesu. ÒJejich produkty mohou pozitivně nebo negativně působit na průběh kancerogeneze, a to s interindividuální nebo interfamiliární variabilitou. ÒNa jejich prozkoumání se teprve čeká; bude umožněno nejnovějšími technikami molekulové biologie v oblasti genomiky a proteomiky. Modifikující geny Adobe Systems Epigenetika tumorů ÒLidské rakovinné buňky nesou řadu genetických abnormalit ÒEepigenetické alterace mohou být odpovědné za začátek tumorigeneze(Baylin and Jones, 2011; Sandoval and Esteller, 2012; Sharma et al., 2010). ÒTumorózní epigenom je charakteristický podstatnými epigenetickými změnami. ÒJedná se především o změny v metylaci DNA a histonů a v acetylaci histonů. Adobe Systems ØDělení buněk je velmi pečlivě řízeno tak, aby odpovídalo potřebám celého organismu. ØV časných fázích života jedince kapacita dělení buněk převažuje nad jejich zanikáním, v dospělosti je v dynamické rovnováze, ve stáří začíná převažovat involuce. ØNěkteré buňky se však vyhnou kontrole replikace (neodpovídají na vnější signály, kontrolující jejich dělení, jsou autonomní), a mění se tak na buňky nádorové. ØTy, které si alespoň přibližně zachovávají vzhled i funkci buněk normálních a především zůstávají stále na místě, kde vznikly, jsou buňky benigní a jejich proliferace dá vzniknout benigním tumorům. Buňky, které ztratily většinu vlastností buněk, od kterých jsou odvozeny a mají snahu pronikat do svého okolí (invazivita) i na vzdálená místa (metastázy), jsou buňky maligní a tvoří maligní tumory. Maligní transformace buňky Adobe Systems Maligní transformace buňky Navození transkripce onkogenů, kódujících syntézu onkoproteinů, transkripčními faktory zahajuje maligní transformaci buňky. Onkoproteiny jsou velmi podobné (někdy i shodné) s proteiny kódované proto-onkogeny normálních buněk, jejichž úkolem je řídit a kontrolovat růst, proliferaci, diferenciaci a zánik buněk. Klasifikují se do pěti tříd: Ò(1) růstové faktory Ò(2) receptory růstových faktorů Ò(3) intracelulární transducery signálu Ò(4) nukleární transkripční faktory Ò(5) proteiny kontrolující buněčný cyklus. Adobe Systems Nádorové buňky ØNádorové buňky proliferují neomezeně – jsou „nesmrtelné“. Úplné vysvětlení tohoto replikačního stárnutí není zatím jasné. Bylo navrženo několik možných mechanismů: ü(a) aktivace genů pro stárnutí na chromosomu 1 a 4, üb) alterace nebo ztráta genů pro regulaci buněčného růstu (c-fos nebo Rb-gen), ü(c) indukce inhibitorů buněčného růstu, ü(d) další příčiny, např. zkracování telomer. Adobe Systems Øse vyznačují především pokračujícím dělením. ØSnižují se u nich požadavky na přítomnost hormonů a růstových faktorů. ØNěkteré transformované buňky produkují vlastní specifické růstové faktory (autokrinní stimulace). ØDochází ke ztrátě schopnosti zastavit růst. U normálních buněk totiž snížení hladiny isoleucinu, fosfátu, epidermálního růstového faktoru a dalších látek, které regulují růst, pod určitou prahovou koncentraci, navodí přesun do klidového stavu (G0-fáze). Normální buňky začínají růst (dělit se) pouze, když jejich nutriční požadavky jsou řádně zajištěny. Nádorovým buňkám tato schopnost zastavit růst jako reakce na nedostatek živin a růstových faktorů schází; dokonce pokračují v proliferaci, i když přitom mohou zahynout. Nádorový fenotyp Adobe Systems ÒTransformované buňky vykazují zvýšené vychytávání glukosy pro vyšší afinitu glukózového transportéru v membráně, podobně jako je tomu normálně pouze u erytrocytů nebo buněk v mozku. Koreluje to s vysokou glykolytickou aktivitou. ÒChybí u nich dále povrchový fibronektin, který mají klidové buňky a který udržuje jejich tvar. ÒZměny cytoskeletových elementů (aktinová mikrofilamenta nejsou difuzně rozptýlena, ale koncentrují se blíže povrchu) jsou příčinou zvýšené mobility povrchových proteinů. ÒNepřiměřená sekrece transformujícího růstového faktoru a a b a dalších růstových faktorů, které řídí normálně vývoj embryonálních buněk. ÒProdukují též plasminogenový aktivator, což je proteáza přeměňující plasminogen na plasmin. Vysoká tvorba plasminu nádorovou buňkou pomáhá penetraci skrz lamina basalis. ÒMikroprostředí nebo stroma, v kterém se nádorové buňky nalézají, mají rovněž vliv na progresi („teorie semene a půdy"). Bylo prokázáno, že metaloproteinasy stromální proteinové matrix (MMP 9) hrají významnou úlohu v časných stádiích vývoje tumoru a při angiogenezi. U metastáz karcinomu prostaty do kostí se předpokládá jakýsi „osteomimetický" účinek (chemoatrakce a podpora adherence ke kostnímu endotelu) a ovlivňování vlastností a chování osteoblastů a osteoklastů. Nádorový fenotyp Adobe Systems Nádorový fenotyp Ò üNádorový fenotyp je charakterizován maligní transformací buňky, která se projevuje: - ztrátou kontroly buněčného dělení (alterace buněčného cyklu, antiapoptóza – „nesmrtelnost“ nádorové buňky, alterace v transdukci signálů), - ztrátou kontaktu buňka-buňka, invazivitou, - změnami v metabolismu (podpora enzymů anaerobní glykolýzy a potlačení enzymů oxidace cestou Krebsova cyklu, „uchvacování“ dusíku nádorovými buňkami, zvýšená lipolýza, tvorba nádorových antigenů), - podporou angiogeneze. ü Maligně transformované buňky jsou pravděpodobně odolné vůči stresovým faktorům okolí jako je hypoxie, kyselé pH, nedostatek glukosy a živin, odloučení od bazální membrány, které normální buňky ničí. Adobe Systems Vznik metastáz ØPři vzniku metastáz hrají důležitou úlohu chemokiny. ØÚloha chemokinů u nádorového bujení je složitá: üpodporují vrozenou nebo specifickou protinádorovou imunitu, ümohou podporovat nádorový růst a tvorbu metastáz tím, že posilují proliferaci nádorových buněk, migraci a neovaskularizaci. üChemokiny tvořené nádorovými buňkami mohou působit inhibici protinádorové imunitní odpovědi, stejně jako autokrinním mechanismem působí jako růstové faktory. Adobe Systems Metastatický fenotyp Ø Dalším rysem maligně transformované buňky je ztráta závislosti adherovat k podkladu (substrátům). V buněčné kultuře normální buňky, plovoucí volně v živném roztoku (gelu), mohou sice metabolizovat (žít), ale nikoliv se dělit; nádorové buňky ano. ØZtráta inhibice motility kontaktem se sousedními buňkami je další charakteristika nádorových buněk. Znamená to, že mohou růst jedna přes druhou, mohou být na sobě i pod sebou a jen zřídka vytvářejí mezerové spoje (gap junction). ØZměny na buněčné membráně jako je modifikace glykolipidů a glykoproteinů (snížení množství sialové kyseliny vázané na proteiny, redukce gangliosidů). To sice nemění strukturu transformované buňky, ale zvyšuje laterální mobilitu povrchových lipidů, respektive vazbu membránových proteinů na cytoskelet. Adobe Systems Metastatický fenotyp Ø Maligní buňky mají zvýšenou motilitu a schopnost pronikat do okolí (invazivitu) a po průniku do krevní cirkulace usadit se a množit na jiném místě (tvořit metastázy). Ø K tomu jsou vybaveny schopností produkovat receptory, aby se mohly zachytit na proteinech bazální membrány (tvorba adhezních molekul), dále tvorbou hydrolytických enzymů, které pomohou rozrušit kolageny, proteoglykany a glykosaminoglykany bazální laminy a umožnit tak pronikání do okolí, natrávit stěnu cév, zachytit se v cirkulaci na shlucích trombocytů a vytvořit tak nádorové emboly, odolávat účinkům protinádorového imunitního mechanismu, zachytit se na stěně cév vzdáleného místa, proniknout do intersticia tkáně, založit metastázu, proliferovat, podporovat angiogenezi a případně vytvářet metastázy metastáz. Ø To je tzv. metastázový fenotyp. Adobe Systems E:\PREDNASK\obr9.gif Adobe Systems E:\PREDNASK\obr10.gif