2 wykład wprowadzenie do nowotworów


2011-10-14
Teoria macierzystych komórek
nowotworowych versus teoria klonalna
Wprowadzenie do problematyki genetycznej
nowotworów sporadycznych, rodzinnych i
dziedzicznych.
Prof. dr hab. Maria M. SÄ…siadek,
Katedra i Zakład Genetyki
Wykład został przygotowany z wykorzystaniem przezroczy dostępnych na stronach NIH.
Transformacja nowotworowa  jako proces wieloetapowy
Teoria macierzystych komórek
(inicjacja, promocja, progresja)
nowotworowych versus teoria klonalna
Czas
Inaktywacja Kumulacja mutacji
Proliferacja Genetyczna
supresorów,
niestabilność
genów
mutatorowych,
aktywacja
protoonkogenów
1
2011-10-14
Utrata kontroli proliferacji komórkowej:
Nowotwory sporadyczne
Prawidłowe
naprawa
- Etiologia mieszana: narażenie na
apoptoza
czynniki rakotwórcze oraz  tło
Uszkodzenie
genetyczne .
- Indywidualne ryzyko zachorowania na
Transformacja
nowotwór sporadyczny jest
modulowane przez geny o niskiej
penetracji.
Nowotwory dziedziczne H" 5-10%, rodzinne H" 15%,
sporadyczne H" 70-75%.
Nowotwory rodzinne
Większość nowotworów nie jest dziedziczna!
" sÄ… uwarunkowane wieloczynnikowo
" w rodowodzie obserwowana jest
akumulacja nowotworów, ale ich
występowanie nie spełnia kryteriów
znanych sposobów dziedziczenia
2
2011-10-14
Nowotwory sporadyczne versus nowotwory dziedziczne.
Nowotwory dziedziczne
Uwarunkowane autosomalnie recesywnie
" xeroderma pigmentosum, trichothiodystrofia, zespół Blooma,
anemia Fanconiego, zespół Nijmegen - geny naprawy DNA
Uwarunkowane autosomalnie dominujÄ…co
" " geny supresorowe lub mutatorowe
" " średnia wieku, w którym występuje nowotwór jest niższa niż w
przypadkach nowotworów sporadycznych
" " ryzyko rozwoju nowotworu jest zależne od wieku
" " ryzyko rozwoju nowotworu dla nosicieli mutacji dotyczy nie tylko
narządu krytycznego (np. raka jelita grubego w HNPCC), ale też
innych narządów tzw. spektrum nowotworów dla mutacji danego
Mutacja germinalna
genu
Mutacja somatyczna
Geny kluczowe w procesie transformacji
Nowotwory sporadyczne versus nowotwory
nowotworowej:
dziedziczne.
Mutacje somatyczne Mutacje germinalne
Geny wysokiej penetracji
W komórkach somatycznych W komórkach rozrodczych
" Protoonkogeny
Nie sÄ… dziedziczne
SÄ… dziedziczne
" Geny supresorowe
Są przyczyną zespołów
nowotworów dziedzicznych " Geny mutatorowe
Geny średniej i niskiej penetracji
niedziedziczne
" w genach o średniej penetracji występują mutacje lub
polimorfizmy, które mogą zmieniać indywidualne ryzyko
rozwoju nowotworu w stosunku do ryzyka populacyjnego
Mutacje we
Mutacje w
wszystkich
komórkach
komórkach " w genach o niskiej penetracji występują polimorfizmy,
rozrodczych
potomków
które mogą modulować indywidualną podatność na
działanie czynników rakotwórczych (np. GSTT, NAT2,
XPD, XRCC3).
3
2011-10-14
Geny o wysokiej penetracji versus geny o niskiej
Cykl komórkowy:
penetracji
Geny o wysokiej penetracji versus geny o średniej i
niskiej penetracji.
Matrix
proteazy
fibroblasty
cytokiny
Naczynia krwionośne
4
2011-10-14
Onkogeny Mechanizmy działania onkogenów
Normal Growth-Control Pathway
Growth factor
Kontrola
Komórka prawidłowa
proliferacji, Receptor
wzrostu i
różnicowania
Signaling enzymes
Transcription
factors
DNA
Cell nucleus
Onkogeny
stymulujÄ…
Komórka nowotworowa
niekontrolowanÄ…
proliferacjÄ™
Cell proliferation
Mutacja onkogenu
Onkogeny Mechanizmy aktywacji protoonkogenów:
translokacja zrównoważona, amplifikacja
9 9
(q+)
Kontrola
proliferacji
Ph
22 (22q )
bcr
bcr-abl
1-sza mutacja  abl
akceleracja
proliferacji
Białko fuzyjne (o
właściwościach
kinazy
tyrozynowej)
5
2011-10-14
Geny supresorowe
Mechanizmy działania genów supresorowych
Funkcjonalne
geny blokujÄ…
transformacjÄ™
Utrata funkcji supresorów
Transformacja Utrata funkcji
obu alleli
http://www.cancer.gov/cancerinfo/pdq/genetics/risk-assessment-and-counseling
Geny supresorowe Geny kodujące białka usuwające zle sparowane
zasady ( mismatch repair)
Normal DNA repair
T C G A C
1 mutacja
Base pair
No cancer
mismatch
T C T A C
2 mutacja AG C T G
T C T A C T C T A C
AG C T G
Cancer
A G T G A G A T G
No DNA repair
6
2011-10-14
Hipoteza dwóch uderzeń (Two-Hit Hypothesis)
Geny naprawy DNA
Mutacja germinalna
Mutacja somatyczna
http://www.cancer.gov/cancerinfo/pdq/genetics/risk-assessment-and-counseling
Utrata heterozygotyczności (Loss of
Utrata heterozygotyczności
Heterozygosity, LOH)
Geny wrażliwości na rozwój nowotworu
Mutacje germinalne
http://www.cancer.gov/cancerinfo/pdq/genetics/risk-assessment-and-counseling
7
2011-10-14
Mechanizmy prowadzące do utraty prawidłowego
Metylacja zmienia ekspresję genów
allelu
CpG island Gene
Alel prawidłowy
Allel zmutowany
Me Me
CpG island
Utrata prawidłowego allelu
becomes
HDAC histone deacetylase complex methylated
Delecja Mikrodelecja Translokacja Utrata i Rekombinacja Mutacja
chromosomu niezrównoważona reduplikacja punktowa
Methyl-binding
proteins
Me Me
Gene inactivated
HDAC modifies chromatin
Epigenetyczna kontrola ekspresji genów
Wzór metylacji w nowotworach (hypermetylacja
promotoró, hypometylacja globalna:
(a) Increased CpG island methylation
-inactivation of tumour suppressor genes (e.g. p16)
-inactivation of DNA repair genes (e.g.MLH1)
(b) Reduced global DNA methylation
-reduced chromosome stability
-activation of retrotransposons
-activation of oncogenes
CpG island hypermethylation profile of human cancer
D. Rodenhiser, M. Mann; Can Med Assoc J (2006
8
2011-10-14
Geny o wysokiej penetracji versus geny o średniej i
Nowotwory  wpływ czynników egzogennych i endogennych
niskiej penetracji.
Age Age Age
Hormones Alcohol Alcohol
Diet Diet Diet
Obesity
Matrix
Smoking Smoking
Carcinogens
Weak immune
Viruses
proteazy
system
fibroblasty
Cancer Cancer
cytokiny
Naczynia krwionośne
Czas
http://www.rndsystems.com/mini_review_detail_objectname_MR03_DNADamageResponse.aspx
9
2011-10-14
Geny o średniej i niskiej penetracji
Phase I - Cytochrome P 450
- multigene superfamily of mixed function oxygenases,
- localised mainly in the microsomes, but also in the nuclei,
Biometabolizm ksenobiotyków
- divided into 10 subfamilies, on the basis of protein-
 aktywacja (faza I)
sequence homology.
 dezaktywacja (faza II)
- several polymorphisms have been identified in these genes
Geny cyklu komórkowego:
- supresory cyklu
- geny  śmierci komórki
-kodowanie sygnałów
Geny różnicowania komórek
Geny naprawy DNA (NER, BER itd.)
Geny naczyniogenezy
Geny białek warunkujących
 przyczepność do macierzy
-http://dragon.zoo.utoronto.ca/~J02T0301B/cyptree.htm
Phase II
Dwa główne mechanizmy determinacji indywidualnego
ryzyka zachorowania na chorobÄ™ nowotworowÄ…
glutatione S-transferases (GST)
The family of enzymes which detoxify the electrophilic substances
(formed during the phase I), by catalysing the reaction of coniugation of
1. Efektywność procesów biotransformacji
reactive electrophiles to the glutathione.
związków egzogennych:
Faza I- aktywacji. Konwersja pierwotnie biologicznie
nieaktywnych postaci do postaci reaktywnych N-acetyl transferases (NATs)
Faza II  detoksyfikacji. Usuwanie związków z organizmu.
The group of cytosolic enzymes, involved in the dotoxification of various
xenobiotics (phase II), by catalysing the transfer of acetate from acetyl
2. Efektywność naprawy DNA
CoA to amine and hydrazine groups
10
2011-10-14
DNA repair systems
Zmiany molekularne w nowotworach
Cross-links Single-strands breaks
Base damage Double-strands break
S / G2 G1
DR  direct reversion
BER - base excision repair
SSA
NHEJ
HRR
NER  nucleotide excision single strand
non homologous
homologous
repair annealing
end joining
recombination
repair
MMR  mismatch repair
Nowotwory sporadyczne.
Ziętek, 2002
11
2011-10-14
A więc& & .
Ryzyko indywidualne rozwoju nowotworu zależy od & &
Czynniki egzogenne
Pacjent z chorobÄ…
nowotworowÄ…
=10 osób
Pochodzenie etniczne
Ryzyko indywidualne rozwoju nowotworu zależy od & &
Nowe przypadki zachorowania na raka jelita grubego
Japonia USA
Czynniki endogenne:
Japończycy,
urodzeni w
USA
Ja[ponki,
142.5
urozone w
USA
Japończycy, Japonki,
urodzeni w urodzone w
90.1
Japonii Japonii
69.3 63.5
System immunologiczny
Polimorfizmy w genach biometobolizmu
Polimorfizmy genów naprawy DNA
*Roczna częstość zachorowania na 100,000 mieszkańców
Zmiany w poziomach hormonów
12
2011-10-14
Alterations in xenobiotic inactivation (phase II) Decrease in DNA-repair
Hyperactive Slow
Chromosome Gene
DNA
Gene
mutation
Chromosome Gene
Excision
repair
protein
Carcinogen Carcinogen
Water-soluble Water-soluble DNA
carcinogen carcinogen
Gene
mutation
Excision
repair protein
Mutagenic/carcinogenic agents may induce alterations in the
genome et any level of its organisation. Mismatch repair
Normal DNA repair
T C G A C
Base pair
Gene
No cancer
mismatch
T C T A C
AG C T G
Chemical
DNA molecule
bases
(chromosome) T C T A C T C T A C
AG C T G
Cancer
A
T
C
A G T G A G A T G
G
No DNA repair
13
2011-10-14
Tobacco Use and Cancer Smoking and Susceptibility to Lung Cancer Phase I
Some Cancer-Causing Chemicals in Tobacco Smoke
Hyperactive Activator Lazy Activator
Precarcinogen Precarcinogen
Carcinogen Carcinogen
Smoking and Susceptibility to Lung Cancer  Phase II
Smoking and Susceptibility to Lung Cancer
Active Eliminator Lazy Eliminator
Carcinogen Carcinogen
Activator
Precarcinogen
Carcinogen
Water-Soluble
Water-Soluble
Carcinogen
Eliminator
Carcinogen
14
2011-10-14
Bladder Cancer Risk
Lazy Acetylator Deaminator
Arylamines
Precarcinogen
Nonreactive
compound
(safely
removed
from body)
Carcinogen
Arylamines and Bladder Cancer
Deaminator
Acetylator
Arylamines
Nonreactive Precarcinogen Poradnictwo genetyczne w onkologii.
compound
(safely
removed
from body)
Carcinogen
15
2011-10-14
Przykład: BRCA1-zależny dziedziczny rak piersi i
Cele i zakres poradnictwa genetycznego w
jajnika
onkologii.
" identyfikacja osób i rodzin o podwyższonym ryzyku
zachorowania na chorobÄ™ nowotworowÄ… 92 PierÅ› 45 86
d 89
" rozpoznanie zespołów nowotworów dziedzicznych
na podstawie analizy rodowodu,
PierÅ› 59
73 68 Jajnik 59
d 62
" podjęcie decyzji o kierunku i zakresie badań
molekularnych
Bez mutacji
Nosiciel mutacji BRCA1
ChorujÄ…cy na raka PierÅ› 36
Rozpoznanie zespołu dziedzicznej predyspozcji
Kryteria rozpoznania zespołu dziedzicznego raka
do nowotworów jest stawiane na podstawie
piersi lub/i jajnika
analizy rodowodu
" " diagnoza definitywna:
3 krewnych chorujÄ…cych na raka piersi/jajnika w dowolnym
wieku
" " diagnoza prawdopodobna:
" dwa przypadki zachorowania na nowotwór piersi i/lub
jajnika w rodzinie
" rak piersi rozpoznany przed 45 r.ż.
" rak piersi i jajnika u tej samej osoby
" atypowy lub atypowy-rdzeniasty rak piersi
" obustronny rak piersi
" rak jajnika pochodzenia nabłonkowego rozpoznany w
dowolnym wieku
" rak piersi u mężczyzny
16
2011-10-14
Co może utrudnić interpretację rodowodu?
Kryteria rozpoznania HNPCC:
" Mało liczna rodzina
Zmodyfikowane kryteria amsterdamskie wg ICG-HNPCC
" Śmierć członków rodziny (głównie w młodym wieku)
(ang. International Collaborative Group on HNPCC):
" Usunięcie narządów krytycznych (np. usunięcie
macicy i jajników z powodu włókniaków macicy lub
endometriozy)
" " u co najmniej 3 członków rodziny stwierdzono
zweryfikowanego histopatologicznie raka jelita grubego " Nieprawdziwe dane dotyczÄ…ce pochodzenia
lub trzonu macicy, jelita cienkiego, dróg moczowych;
" Pózny początek choroby
jeden z chorych jest krewnym Iº dwóch pozostaÅ‚ych;
" Niepełna penetracja
wykluczono polipowatość rodzinną
" Zmienna ekspresja
" Heterogenność genetyczna
" " co najmniej 2 z chorych osób to krewni Iº, w dwóch
" Imprinting genomowy
różnych pokoleniach
" Mutacje  de novo
" Mozaicyzm
" " przynajmniej u jednej z chorych osób rak został
" Dziedziczenie mitochondrialne
zdiagnozowany <50 r.ż.
" Małżeństwa krewniacze
" Rozród wspomagany (dawca komórek jajowych lub
plemników)
http://www.cancer.gov/cancerinfo/pdq/genetics/risk-assessment-and-counseling
Kryteria Betesda (zmodyfikowane):
Niepełna penetracja i fenokopie
" " rak jelita grubego zdiagnozowany <50 r.ż.
" " obecność synchronicznych, metachronicznych raków
jelita grubego lub innych zwiÄ…zanych z HNPCC
nowotworów, niezależnie od wieku
" " rak jelita grubego ze stwierdzonym wysokim poziomem
niestabilności mikrosatelitarnej (MSI-H) w guzie,
zdiagnozowany u pacjenta <60 r.ż.
" " rak jelita grubego zdiagnozowany u 1 lub więcej krewnych
Zdrowy
chorego z nowotworem zwiÄ…zanym z HNPCC, jeden z
Nosiciel
nowotworów został zdiagnozowany <50 r.ż.
Nosiciel mutacji,
chorujÄ…cy
" " rak jelita grubego zdiagnozowany u 2 lub więcej krewnych Nowotwór sporadyczny
Iº lub IIº z nowotworem zwiÄ…zanym z HNPCC, niezależnie
od wieku
17
2011-10-14
Mutacje de novo
Czynniki wpływające na penetracje
Ujemny wywiad rodzinny w odniesieniu do nowotworów dziedzicznych
Nowa mutacja
w komórkach
germinalnych
Geny modyfikatory
Karcinogeny
środowiskowe
Chore potomstwo
Estrogeny
Hormony
Dziedzicznym polipowaty rak jelita
Geny naprawy DNA
grubego 30%
MEN 2B 50%
Odpowiedz na
uszkodzenia DNA Siatkówczak dziedziczny 50%
Różne locus, różne allele (heterogenność
Penetracja zależna od wieku
niealleliczna), ten sam fenotyp
100
Chromosome 17 Chromosome 13
80
Nosiciel
mutacji Allel
(gen)
Osoby
60
chorujÄ…ce
(%)
Locus
40 (miejsce
w genie)
Allel
(gen)
20
Ogólna
Locus
populacja
(miejsce
w genie)
0 20 40 60 80
BRCA1 BRCA2
Wiek
Dziedziczny rak piersi i jajnika
18
2011-10-14
Heterogenność alleliczna (BRCA1)
Diagnostyka molekularna nowotworów 
na przykładzie raka piersi/jajnika
Lokalizacja  chromosom 17 Funkcja 
stabilizacja genomu
Dziedziczenie: Znanych mutacji ~
autosomalne, 1200
" Najważniejszymi genami związanymi z rodzinnym
dominujÄ…ce
występowaniem raka piersi i jajnika są:
BRCA 1 (Miki et al 1994, OMIM 113705)
BRCA 2 (Wooster et al 1995, OMIM
Nonsense/zmiana ramki odczytu
600185)
Missense
Mutacja splicingowa
Diagnostyka molekularna  schemat ( Lubiński et al.. 2002)
Przykład: BRCA2-zależny dziedziczny rak piersi
pierÅ› 44 DNA
d 48
PTT
HD PCR SSCP
Krew
obwodowa
d 83 Jajnik 65
d 68
Często  niepełna penetracja
Prostata 64
5
Bases
A A G A G A S M M C
Bez nowotworu
Nosiciel mutacji
Chory
PierÅ› 33 38 35
42
19
2011-10-14
Przykład: efekt fundatora w populacji
BRCA1
Żydów Aszkenazyjskich
Wśród Żydów Aszkenazyjskich 1 na 40
jest nosicielem mutacji BRCA1 lub BRCA2
BRCA1
185delAG 5382insC
Częstość ~1% Częstość ~0.15%
BRCA2
BRCA2
6174delT
Częstość ~1.5%
Co ułatwia decyzję o kierunku diagnostyki
Spektrum mutacji genu BRCA1 w Polsce w rodzinach z
molekularnej?
silnąagregacjąraków piersi/jajnika
Rozpowszechnienie mutacji i efekt założyciela
Mutacja Ekson Liczba
rodzin
5382 insC 20 68
C61G 5 31
4153delA 11 12
5370C/T 20 4
3819del5 11 3
794delT 11 2
185delAG 2 1
2985del5 11 1
5149del4 17 1
Ziętek, 2002
20
2011-10-14
Trudna decyzja Badania genetyczne w nowotworach -
100 ograniczenia
50
40
Procent populacji
30
20
10
Jest mutacja, ale:
0
" Może nigdy nie doprowadzić do choroby
Nie chce Chce
" Może pozostać nie wykryta
wiedzieć wiedzieć
Badania genetyczne w nowotworach -
Porada genetyczna
korzyści
" interpretacja wyników badań molekularnych i wytypowanie osób w
rodowodzie, u których powinny być wykonane badania (badania w
rodzinie powinny być w pierwszej kolejności przeprowadzone, o ile
jest to możliwe, u osób z choroba nowotworową).
" opracowanie porady genetycznej dla nosicieli mutacji genów
krytycznych, uwzględniającej schematy postępowania
profilaktyczno-diagnostycznego u osób chorujących na nowotwór
przed i po leczeniu oraz u zdrowych nosicieli mutacji
" opracowanie porady genetycznej dla członków rodzin, w których
został rozpoznany zespół nowotworów dziedzicznych, ale nie
została zidentyfikowana krytyczna mutacja.
" Brak mutacji  ulga !!!
" Jest mutacja - badania profilaktyczne
" - świadome decyzje
" - możliwości wczesnej
interwencji medycznej
21
2011-10-14
Testy genetyczne wykrywajÄ… predyspozycjÄ™, a nie
Ograniczenia techniczne
chorobÄ™!
Ryzyko rozwoju nowotworu do 65 roku życia:
100 10
90 9
80 8
70 7
60 6
50 5
40 4
30 3
20 2
10 1
0 0
Z mutacjÄ… BRCA1 Bez mutacji BRCA1
Konieczność porady genetycznej
Ryzyko rozwoju nowotworu
u pacjentek z mutacjÄ…
BRCA1
Rak piersi: 50% - 73% do 50 r. ż.
" 65% - 87% do 70 r. ż.
Rak jajnika 40% do 70 r.ż.
BRCA2
Rak piersi: 59% do 50 r.ż
" 82% do 70 r. ż.
Rak jajnika: 29% do 50 r. ż.
63% do 70 r.z.
22
2011-10-14
Schemat badań kontrolnych w rodzinach
z zespołami dziedzicznego raka
Rodowód rodziny z rozpoznanym HNPCC
sutka/jajnika
PierÅ›:
" Samokontrola
" 20rż. ( co 6 m-cy)
" Badanie palpacyjne
" 20-25 (co 6 m-cy)
" USG
" 25 (co 12 m-cy)
" Mammografia
" 35 (co 12 m-cy)
" 30-35 lat (co 12 m-cy)
NarzÄ…d rodny
" USG dopochwowe
" 30-35 lat (co 12 m-cy)
" CA 125
Nowe geny w diagnostyce klinicznej
Rodowód rodziny z rozpoznanym dziedzicznym
rakiem piersi
23
2011-10-14
Specyficzność testu
2500 kobiet testowanych w kierunku
raka jajnika
NOD2: rak piersi i płuc (3020insC), rak jelita
Dodatnie Ujemne Fałszywie dodatnie
grubego
100% specyficzności - akceptowane
CHEK2: mutacje skracające białko CHEK2 mają
istotne znaczenie dla ryzyka zachorowania na
raka prostaty, piersi i tarczycy, podczas gdy
variant I157T (missense) Å‚Ä…czy siÄ™ ze
zwiększonym ryzykiem raka piersi, prostaty, jelita
grubego, nerki i tarczycy.
NBS1:
rak piersi, rak prostaty (Lubiński, 2004)
melanoma, non-Hodgkin lymphoma, rak jajnika,
rak jelita grubego
Kryteria wprowadzenia testów diagnostycznych:
Czułość testu
" Efektywność kliniczna (wczesne wykrycie
modyfikuje prognozÄ™)
chorujÄ…ce
" Akceptowalność testu przez pacjenta
" Uciążliwość testu
100% Niska czułość testu!
" Aspekty psychologiczne
" Efektywność ekonomiczna:
wykryte
" Ceny testów
* Fałszywie
" Cena leczenia w przypadkach
dodatnie
pózno wykrytych
24
2011-10-14
Badania molekularne przy wyborze terapii
Diagnostyka molekularna - perspektywy
Klasyczna
Te same nowotwory, odmienne leczenie
Inna terapia
Tkanka
Badania histopatologiczne
nowotworowa
efektywna
Proteomika
Przyszłość
Wyniki badań
molekularnych
Spektrometria masowa
Genomika
efektywna
Tkanka s
nowotworowa
DNA Gene chip Microarray
Klasyfikacja molekularna nowotworów Tajemnica lekarska
Pacjent z Pacjent z Pacjent z Pacjent z
rakiem płuc A
rakiem płuc B rakiem płuc C rakiem płuc D
biopsja biopsja biopsja
biopsja
mikromacierz mikromacierz mikromacierz mikromacierz
Rak drobnokomórkowy Niedrobnokomórkowy rak płuc
Adenocarcinoma Rak wielkokomórkowy
25
2011-10-14
Money makes the
world go round& &
26


Wyszukiwarka