Układ odpornościowy
a choroby nowotworowe
Proces nowotworowy a zmiany
mutacyjne
w proto-onkogenach i genach
supresorowych
Główne etapy w rozwoju nowotworu
Wykorzystanie markerów
nowotworowych w diagnostyce
Mechanizmy odpowiedzi
immunologicznej przeciw komórkom
nowotworowym
Metody stosowane w immunoterapii
nowotworów
Występowanie różnych form
Występowanie różnych form
nowotworów
nowotworów
Proces
Proces
nowotworowy
nowotworowy
Utrwalona genetycznie zmiana
komórki somatycznej, w wyniku
której komórka ta staje się
niepodatna na mechanizmy
regulujące procesy wzrostu i
różnicowania
ONKOGENY
ONKOGENY
Protoonkogeny
Protoonkogeny
ich produkty białkowe są syntezowane w
prawidłowych ilościach,
w ściśle określonych okresach,
posiadają nie zmienioną strukturę.
Biologiczne skutki genów c-onc realizują się w
zwiększonej aktywności proliferacyjnej komórek.
Geny pierwotne genu
nowotworowego,
prekursorowego
dla genu transformującego
c-onc
Protoonkogeny
prawidłowo funkcjonują tylko wówczas, gdy:
Wybrane onkogeny i ich
Wybrane onkogeny i ich
funkcje
funkcje
Funkcja produktu onkogenu
Nazwa onkogenu
Kinaza białkowa
• tyrozyny
• seryny/treoniny
src, yes, fgr, abl, fps, kit, sea, ros, raf,
mos
Czynniki wzrostu
• PDGF
• FGF
sis
int
Receptory czynników wzrostu
• EGF
• M-CSF
• hormonu tarczycy
• Angiotensyny
erb-B
fms
erb-A
mas
Białka wiążące GTP
Ha-ras
Ki-ras
N-ras
Czynniki transkrypcyjne
myb, myc, fos, jun, ets, rel, ski
Inne
• białko błony
mitochondrialnej
• białko błony jądrowej
bcl-2
GENY
GENY
SUPRESOROWE
SUPRESOROWE
Geny supresorowe transformacji
Geny supresorowe transformacji
nowotworowej
nowotworowej
Gen supresorowy
Funkcja produktu genu
p53
•czynnik transkrypcyjny,
•kontroler prawidłowego przebiegu
proliferacji,
•„strażnik genomu”
RB1
•kontroler prawidłowego przebiegu
proliferacji,
•czynnik transkrypcyjny
APC
? (cząsteczka adhezyjna)
WT1
? (czynnik transkrypcyjny)
NF1
cytoplazmatyczne białko aktywujące GTP
NF2
białko cytoszkieletu
MTS1
Inhibitor kinazy CDK4 i 6
BRCA1
? Czynnik transkrypcyjny
BRCA2
? Czynnik transkrypcyjny
Zmutowany p53
Normalny p53
Uszkodzenie DNA
Uszkodzenie DNA
Promieniowanie X
Promieniowanie X
Zatrzymanie
cyklu
komórkowe
go
Naprawa
DNA
Replikacja
uszkodzonego
DNA
Akumulacja
mutacji
Komórka nowotworowa
Bra
k
Działanie białka p53
Działanie białka p53
Rola protoonkogenów i genów
Rola protoonkogenów i genów
supresorowych
supresorowych
w transformacji nowotworowej komórek
w transformacji nowotworowej komórek
Protoonkog
Protoonkog
en
en
Gen
Gen
supresorowy
supresorowy
mRN
mRN
A
A
mRN
mRN
A
A
Białko
Białko
regulujące
regulujące
prawidłowy
prawidłowy
wzrost i
wzrost i
różnicowanie
różnicowanie
komórek
komórek
Białko
Białko
wspomagające
wspomagające
regulację
regulację
wzrostu
wzrostu
i różnicowania
i różnicowania
komórek
komórek
Prawidłowy wzrost
Prawidłowy wzrost
i różnicowanie
i różnicowanie
komórek
komórek
mRNA
mRNA
Protoonkog
Protoonkog
en
en
Gen
Gen
supresorowy
supresorowy
onkoge
onkoge
n
n
gen
gen
supresorowy
supresorowy
Nadekspresja
Nadekspresja
białek regulujących
białek regulujących
prawidłowy wzrost i
prawidłowy wzrost i
różnicowanie
różnicowanie
komórek
komórek
Brak syntezy
Brak syntezy
białek
białek
wspomagających
wspomagających
regulację
regulację
wzrostu i
wzrostu i
róznicowanie
róznicowanie
komórek
komórek
Zwiększone
Zwiększone
prawdopodobieństwo
prawdopodobieństwo
transformacji
transformacji
nowotworowej
nowotworowej
mutacja
transloka
cja
amplifika
cja
mutac
ja
mRNA
mRNA
TELOMERY
TELOMERY
TELOMERY
TELOMERY
W komórkach nowotworowych
telomery
są odtwarzane przez
telomerazę
Liczba podziałów
komórkowych
D
łu
g
o
ść
te
lo
m
e
ró
w
Komórki somatyczne
Telomery ulegają skróceniu
Komórki linii płciowej
Telomery utrzymują swą
długość
Komórki nieprawidłowe
Telomery ulegają dalszemu
skróceniu
Próg
starzeni
a
(stan
M1)
Kryzys (stan M2)
Większość komórek
umiera
Nieśmiertelne
komórki somatyczne i
nowotworowe
Długość telomerów ulega
stabilizacji
Korelacja pomiędzy długością
telomerów
a czasem życia komórek
Angiogeneza
Angiogeneza
VEGF, EGF, TGF-β,
Integryny, MMP,
IL8, niedotlenienie,
NO
Angiostatyna,
endostatyna,
interferony,
TIMP
Rosnące kapilary
Przerzut
Angiogeneza nowotworu
Angiogeneza nowotworu
VEGF
– naczyniowo-śródbłonkowy czynnik
wzrostu
EGF
– nabłonkowy czynnik wzrostu
TGF
– transformujący czynnik wzrostu
MMP
– metaloproteinaza macierzy
TIMP
– tkankowy inhibitor
metaloproteinaz
KANCEROGENEZA
KANCEROGENEZA
Inicjacja
Kancerogen
Kancerogen
Zmiany
Zmiany
genetycz
genetycz
ne
ne
Zmiany
Zmiany
genetycz
genetycz
ne
ne
Zmiany
Zmiany
genetycz
genetycz
ne
ne
Komórka
Komórka
nowotworo
nowotworo
wa
wa
Nowotwór
Nowotwór
złośliwy
złośliwy
Podziały
Podziały
komórkowe
komórkowe
Etapy kancerogenezy
Ekspozycja na
kancerogeny:
• chemiczne
• fizyczne
• biologiczne
Promocja
Transformacj
a
Nagromadzenie
mutacji
prowadzących do
transformacji
Selekcja klonalna
Nabycie zdolności
do
przerzutowania
Progresja
Nabłon
ek
Nabłonek
hiperplaz
ja
Wczesny
gruczola
k
Pośredni
gruczola
k
Późny
gruczola
k
Rak
Przerzu
t
Chromosom:
Zmiana:
Gen:
5q
utrata
APC
Hipometylac
ja DNA
12p
aktywacja
Ki-RAS
18q
utrata
DCC
17p
utrata
p53
Inne zmiany
Tor mutacyjny prowadzący
Tor mutacyjny prowadzący
do raka jelita grubego
do raka jelita grubego
Geny zmutowane w raku jelita
Geny zmutowane w raku jelita
grubego
grubego
Nazwa
genu
Częstość
mutacji
(%)
Grupa genu
Funkcja
RER
15
mutator
Uczestnictwo w reperacji
błędnie sparowanych
zasad
k-RAS
50
onkogen
Wewnątrzkomórkowa
molekuła sygnalizacyjna
Geny
cyklin
4
onkogeny
Regulatory cyklu
komórkowego
NEU
2
onkogen
Receptor czynnika
wzrostu
MYC
2
onkogen
Czynnik transkrypcyjny
APC
>70
antyonkogen
Białko cytoszkieletu
DCC
70
antyonkogen
Molekuła adhezyjna
P53
>70
antyonkogen
Strażnik genomu,
czynnik transkrypcyjny
Markery nowotworowe
Markery nowotworowe
•
Markery nowotworowe są to substancje,
których obecność lub zwiększone stężenie
można wiązać z rozwojem choroby
nowotworowej.
•
Mogą one być wydzielane przez komórki
nowotworowe do płynów ustrojowych,
pozostawać związane na powierzchni komórek
lub uwalniane z komórek prawidłowych w
reakcji na proces rozrostowy.
•
W diagnostyce laboratoryjnej są
wykorzystywane głównie markery wydzielane
przez komórki nowotworowe.
Oznaczenia niektórych markerów
Oznaczenia niektórych markerów
nowotworowych w wybranych rodzajach
nowotworowych w wybranych rodzajach
nowotworów
nowotworów
Nowotwór
Oznaczane markery
Jajników
CA125, CA 72-4
Piersi
CA 15-3, CEA, CA125
Trzustki i dróg żółciowych
CA 19-9, CEA
Okrężnicy i odbytnicy
CEA, CA 19-9, TPA
Prostaty
PSA
Żołądka
CEA, CA 19-9, CA 72-4
Pęcherza moczowego
TPA
Płuc
TPA, NSE, CEA
Wątroby
TPA, AFP
Tarczycy
Tyreoglobulina, kalcytonina
AFP -
Alpha-fetoprotein
CA 15-3 -
Cancer antigen 15-3
CA 19-9 -
Cancer antigen 19-9
CA 72-4 -
Cancer antigen 72-4
CA125 -
Cancer antigen 125
CEA -
Carcinoembryonic antigen
NSE -
Neuron-specyfic enolase
PSA -
Prostate-specyfic antigen
TPA -
Tissue polypeptide
antigen
Markery nowotworowe –
Markery nowotworowe –
uwagi
uwagi
•
Oznaczona wartość danego markera jest cechą osobniczo
zmienną i zależy od wielu czynników, dlatego nie można
jednoznacznie powiedzieć, że dana osoba choruje na nowotwór
biorąc pod uwagę jednokrotne oznaczenie, w którym miano
danego markera jest powyżej normy.
•
Bardziej istotne są zmiany miana danego markera w czasie.
Systematyczny, ciągły przyrost świadczy najprawdopodobniej o
rozroście masy nowotworowej. Więcej komórek nowotworowych
„produkuje” coraz to więcej odpowiedniego antygenu.
•
Nagły skok z poziomu normalnego, do wysokich wartości
przekraczających ustalone normy, niekoniecznie świadczy o
procesie nowotworowym, a wręcz może sugerować ostry
danego narządu, z którego te markery są
uwalniane.
ODPOWIEDŹ
ODPOWIEDŹ
IMMUNOLOGICZNA
IMMUNOLOGICZNA
Najważniejsze mechanizmy
Najważniejsze mechanizmy
immunologiczne
immunologiczne
przeciwstawiające się rozwojowi
przeciwstawiające się rozwojowi
nowotworu
nowotworu
Aktywność komórek NK,
Cytotoksyczność limfocytów Tc,
Aktywność cytokin wydzielanych przez
limfocyty T,
Fagocytoza pobudzonych makrofagów i
neutrofilów,
Aktywność cytokin wydzielanych przez
makrofagi
Cytoktoksyczność komórkowa zależna od
przeciwciał,
Cytotoksyczność przeciwciał zależna od
dopełniacza
Mechanizmy
Mechanizmy
efektorowe
efektorowe
odpowiedzi
odpowiedzi
immunologiczne
immunologiczne
j przeciw
j przeciw
komórkom
komórkom
nowotworowym
nowotworowym
FORMY IMMUNOTERAPII
NOWOTWORÓW
METDY SWOISTE
METDY SWOISTE
Podawanie zmodyfikowanych komórek nowotworowych
lub ich antygenów w formie szczepionek
Immunoterapia bierna przeciwciałami
Terapia adoptywna limfocytami (np. TIL)
METODY NIESWOISTE
METODY NIESWOISTE
Podawanie preparatów immunostymulujących
Terapia cytokinami
Terapia adoptywna komórkami (np. LAK,
monocytami)
Przeciwciała antyidiotypowe
(mogą modulować odpowiedź immunologiczną)
CZYNNIKI RAKOTWÓRCZE
CZYNNIKI RAKOTWÓRCZE
DZIAŁANIA
DZIAŁANIA
PROFILAKTYCZNE
PROFILAKTYCZNE
Czynnik
Procent wszystkich
czynników
Niewłaściwa dieta
50 – 20
50 – 20
Palenie tytoniu
31 – 29
31 – 29
Infekcje
(wirusowe, bakteryjne,
pasożytnicze)
31 – 10
31 – 10
Hormony rozrodcze
20 – 10
20 – 10
Promieniowanie
(
UV, jonizujące,
elektromagnetyczne)
7 – 5
7 – 5
Alkohol
6 – 4
6 – 4
Zanieczyszczenie środowiska
5 – 1
5 – 1
Ryzyko zawodowe - zagrożenie
w miejscu pracy
4 – 2
4 – 2
Brak aktywności fizycznej,
rekreacji
2 – 1
2 – 1
Leki i produkty przemysłowe
<1
<1
Czynniki rakotwórcze działające na
Czynniki rakotwórcze działające na
ludzi
ludzi
NIE PAL!!!
NIE PAL!!!
NIE
PAL!!!
Sposoby zapobiegania
nowotworom
Przyprawy roślinne jako
Przyprawy roślinne jako
przeciwutleniacze
przeciwutleniacze
Rozmaryn Szałwia
Tymianek
Lebiodka
(oregano)
Imbir
Goździki
Kurkuma
Liście laurowe
Pieprz cayenne
Antykancerogen
Występowanie
Działanie
aurapten
aurapten
grejpfruty, pomarańcze
Blokuje fazę inicjacji raka, przyspieszanie
odtruwania przez stymulację enzymów II fazy
detoksykacji,
np. S-transferazy glutationowej
chlorofilina
chlorofilina
zielone części warzyw
Silny inhibitor tworzenia adduktów DNA
siarczek diallilowy
siarczek diallilowy
czosnek
Hamuje metylację DNA, cytochrom CYP2E1
kwas elagowy
kwas elagowy
leśne jagody, herbata,
kawa
Aktywuje wątrobowe enzymy II fazy
odtruwania, własności „zmiatacza”
unieczynniającego aktywny kancerogen w
reakcji wiązania kowalencyjnego
epikatechina EGCG
epikatechina EGCG
herbata
Aktywuje enzymy przeciwutleniające,
indukuje apoptozę
genisteina
genisteina
soja
Włącza apoptozę, działa jako fitoestrogen,
hamuje kinazę tyrozynową, hamuje
angiogenezę, hamuje utrzymywanie się
wysokiego poziomu tzw. białek stresu,
przeciwutleniacz
indolo-3-karbinol
indolo-3-karbinol
kapusta, rośl. krzyżowe
Plejotropowy modulator enzymów
odtruwania,
działa poprzez receptor Ah
izotiocyjanian
izotiocyjanian
fenyloetylu
fenyloetylu
rzeżucha, rukiew wodna
Neutralizuje nitrozoaminy, kancerogeny
tytoniowe
kurkumina
kurkumina
curry
Włącza apoptozę, hamuje syntezę
prostaglandyn
kwercetyna
kwercetyna
cebula, fasola zielona,
groch
Indukuje reduktazę chinonową II fazy
odtruwania, słabo działa na polimeryzację
mikrotubuli,
typu winblastyny
kwas
kwas
protokatechowy
protokatechowy
orzechy
Hamuje inicjacjęi post-inicjację raka
resweratrol
resweratrol
winogrona, wino czerwone
Hamuję inicjację, promocję i progresję raka
sekoizolarycyrezyno
sekoizolarycyrezyno
l
l
sienię lniane, herbata
Fitoestrogen, hamuje chemiczną indukcję
raka
sulforafan
sulforafan
brokuły, rośl. krzyżowe
Główny induktor enzymów II fazy odtruwania
sylimaryna
sylimaryna
karczochy
Chroni przed rakiem wątroby
KONIEC
W genomie człowieka, w całym DNA znajduje się około 100
dotychczas poznanych genów, nazwanych
protoonkogenami
,
które mogą uczestniczyć
w procesie rakowacenia komórki.
W normalnych warunkach, nienaruszone protoonkogeny są
naturalną częścią genomu i biorą udział w kontroli wzrostu lub
różnicowania komórkowego.
Mutacje zmieniające protoonkogeny w aktywne onkogeny,
wywoływane są czynnikami środkowiskowymi: fizycznymi,
chemicznymi mutagenami endogennymi lub pewnymi wirusami i
są to zazwyczaj mutacje dominujące.
Pewne mutacje kancerogenne polegają na wyłączeniu tzw.
genów supresorowych, przy czym są to mutacje recesywne.
Wiele wirusów, których materiałem genetycznym jest DNA oraz
pewne retrowirusy posiadające RNA również zawierają
onkogeny, zdolne
do transformowania komórki w wyniku infekcji.
Do przekształcenia normalnej komórki w nowotworową
wymagane jest zazwyczaj współdziałanie onkogenów np. przy
powstaniu raka jelita grubego ma miejsce współdziałanie 5-8
aktywowanych onkogenów
i/lub genów blokujących nowotwory.
Kluczowe zjawiska transformacji nowotworowej
Prawidłowo, powinna włączyć się programowana śmierć komórki
–
apoptoza
, jednak geny regulujące apoptozę również ulegają
mutacjom,
np. gen
p53
, należący do genów supresorowych raka. Ponad
50% nowotworów ludzkich posiada zmutowany gen p53.
Każdy nowotwór ma indywidualne, odmienne antygeny.
O potencjale genotoksycznym kancerogenu decyduje jego
budowa chemiczna, właściwości i aktywacja metaboliczna w
organizmie.
Jeżeli nie zadziałają mechanizmy zniszczenia, nowotwór
złośliwieje.
Poznano szereg strategii „ucieczki” nowotworów przed
zniszczeniem immunologicznym, jak np. dla nowotworów
pochodzenia wirusowego.
Immunoterapia
cytokinami
Cytokiny są użyteczne w immunoterapii
nowotworów dzięki następującym
właściwościom:
Bezpośredni efekt cytotoksyczny cytokin w stosunku do
komórek nowotworowych (np. TNF-α)
Wpływ na kinetykę migracji limfocytów w organizmie
(np.TNF, IL-1, IFN-γ)
Zwiększanie wrażliwości komórek nowotworowych na efekt
cytotoksyczny (IFN-γ, TNF-α)
Hamowanie proliferacji komórek (interferony)
Efekt aktywujący komórki układu odpornościowego, np.
komórki NK
(IL-2, IL-12, -15, -18, interferony)
Ułatwianie prezentacji antygenów nowotworowych (GM-CSF,
IL-4, IFN-γ)
INTERLEUKINA 21
Rodzaje terapii genowych testowane
obecnie
u pacjentów z nowotworami
Terapia za pomocą antysensów
Terapia za pomocą antysensów
Blokowanie syntezy białek kodowanych przez uszkodzone geny
Blokowanie syntezy białek kodowanych przez uszkodzone geny
Chemioprotekcja
Wprowadzenie do normalnych komórek białek,
które chronią komórkę przed działaniem
chemioterapeutyków
Immunoterapia
Immunoterapia
Zwiększenie zdolności układu odpornościowego
Zwiększenie zdolności układu odpornościowego
do obrony przed nowotworem
do obrony przed nowotworem
Terapia prolekowa –
Terapia genami
samobójczymi
Uwrażliwienie komórek nowotworowych na
określone leki
Terapia za
Terapia za
pomocą genów
pomocą genów
supresorowych
supresorowych
Zastąpienie uszkodzonych lub utraconych
Zastąpienie uszkodzonych lub utraconych
genów blokujących rozwój nowotworu przez
genów blokujących rozwój nowotworu przez
ich prawidłowe kopie
ich prawidłowe kopie
Terapia z
wykorzystaniem genów
kodujących
przeciwciała
Rozpoznawanie białek obecnych w
komórkach nowotworowych
Terapia przez
Terapia przez
zahamowanie ekspresji
zahamowanie ekspresji
onkogenów
onkogenów
Wyłączenie genów, które sprzyjają nie
Wyłączenie genów, które sprzyjają nie
kontrolowanemu wzrostowi i
kontrolowanemu wzrostowi i
rozprzestrzenianiu się komórek
rozprzestrzenianiu się komórek
nowotworowych
nowotworowych
Rodzaj
terapii
Działanie
Leki przeciwnowotworowe nowej generacji
w badaniach przedklinicznych
Rodzaj terapii lub leku
Firma biotechnologiczna /
farmakologiczna
Przeciwciała przeciwko receptorom
czynników wzrostowych – w terapii raka
piersi, nerek, prostaty, głowy i szyi
Genetech, ImClone Systems
Genetech, ImClone Systems
Inhibitory kinaz tyrozynowych – w
różnych typach nowotworów
Sugen, Zeneca, Oncogene Science /
Sugen, Zeneca, Oncogene Science /
Pfizer
Pfizer
Inhibitor transferazy farnezylowej,
blokujący aktywność onkogenu Ras –
różne nowotwory
Janssen
Janssen
Inhibitory cyklu komórkowego – różne
nowotwory
Hoechst Marion, Roussel, Mitotix
Hoechst Marion, Roussel, Mitotix
Wykorzystanie wirusa do wprowadzenia
utraconego genu p53 (supresji
nowotworów) –
w terapii raka płuc, wątroby, jajników,
głowy
i szyi
Introgen Therapeutics, Cani /
Introgen Therapeutics, Cani /
Schering-Plough
Schering-Plough
Wykorzystanie zmodyfikowanego
adenowirusa do selektywnej eliminacji
komórek pozbawionych genu p53
Onyx Pharmaceuticals
Onyx Pharmaceuticals
Odtworzenie apoptozy – w terapii guzów
i białączek
Genta
Genta
Blokery angiogenezy (angiostatyna,
endostatyna) – hamowanie dopływu krwi
do guzów
EntreMed, Bristol-Meyers Squibb Co.
EntreMed, Bristol-Meyers Squibb Co.