192. Protoonkogeny i onkogeny

(Częściowo skopiowane ze starych opracowań, ale chyb wszyscy wiemy co to onkogeny)

Onkogeny to geny kodujące białka powodujące transformację nowotworową.

Onkogeny wywodzą się z protoonkognów. Można powiedzieć, że dominujące mutacje protoonkogenów są onkogenne (tak jak recesywne mutacje genów supresorowych). Wystarczy jeden zmutowany allel onkogenu !

Protoonkogeny występują w normalnych komórkach, a kodowane przez nie białka pełnią kluczową rolę w regulacji podziałów komórkowych. Do białek tych należą miedzy innymi: czynniki wzrostu i ich receptory, kinazy i czynniki transkrypcyjne oraz białka biorące udział w podziałach komórkowych czy apoptozie.

Aktywacja protoonkogenu następuje najczęściej w wyniku mutacji, które zmieniają strukturę białka, lub jest ono wytwarzane w nieodpowiedniej ilości, miejscu lub czasie. Przyczyną aktywacji może być też zwielokrotnienie kopii genu albo translokacja. W wyniku tych zmian białka onkogenów przestają reagować na mechanizmy regulacyjne, co prowadzi do niekontrolowanych podziałów komórkowych.

Onkogeny w retrowirusach opisuje się jako v-onc, a w nowotworach jako c-onc.

Kilka cech protoonkogenów (z wykładu):

• mają charakter dominujący (czyli mutacja powodująca przejście protoonkogenu w onkogen może dotyczyć tylko jednego allelu genu)

• zmutowany produkt onkogenu nabiera nowej funkcji

• mutacje pojawiają się w genach w komórkach somatycznych

• nie stwierdza się przenoszenia defektów z pokolenia na pokolenie

193. Cechy komórek nowotworowych w hodowli

• nie podlegają inhibicji kontaktowej, jeśli osiągną konfluencję to zaczną rosnąć w kilku warstwach

• dzielą się teoretycznie w nieskończoność, nie zmieniając się lub mało zmieniając się nawet po wielu pasażach

• często odóżnicowane, tzn pozbawione cech komórek z których powstały

• mają wysokie zapotrzebowanie na składniki odżywcze

• jednocześnie nie potrzebują lub potrzebują mniej czynników wzrostowych w medium

• sporo z nich może rosnąć w zawiesinie

194. Grupy onkogenów

• onkogeny wirusowe - niektóre wirusy, głównie retrowirusy, kodują w swoim genomie białka powodujące transformację komórek nosiciela. Są one najczęściej zmienionymi wersjami normalnych białek nosiciela np. trwale aktywnymi czynnikami proliferacyjnymi

• onkogeny związane z nadekspresją genu - czasami mutacja powoduje powstawanie normalnego białka, ale w zwiększonych ilościach. Dzieje się to najczęściej przez amplifikację DNA, czyli zwiększenie ilości kopii danego genu w genomie (na tym samym chromosomie lub na oddzielnym mikrochromosomie)

• stale aktywne receptory czynników wzrostu - np. RTK, które przy braku liganda dimeryzują i fosforylują się nawzajem, powodując ciągłą aktywność sygnału danego szlaku. Jeśli jest to szlak powodujący proliferację to mamy raka

• stale aktywne/niedegradowalne czynniki transkrypcyjne - podobna sprawa co z poprzednimi, jednak to same czynniki transkrypcyjne są zmutowane. Onkogeny tej grupy mogą też należeć do grupy nadekspresjonowanych genów bez mutacji

Generalnie onkogeny powstają z protoonkogenów przez mutacje nabycia funkcji, tzn. produkt zmutowanego genu jest bardziej aktywny od natywnego. Mutacje te są dominujące.

195. Geny supresorowe onkogenezy, przykłady.

Geny supresorowe onkogenezy to geny odpowiedzialne za działanie punktów kontrolnych cyklu komórkowego i za przekazywanie sygnałów od czynników hamujących wzrost. Do tych pierwszych należą np. Rb, p53, ATM i ATR, których funkcja była już opisana. Do tych drugich należą np. INK4 - inhibitory kinaz cyklinozależnych indukowane przez TGFbeta-1. Mutacje takich genów powodujące zanik ich funkcji znoszą mechanizmy blokujące rozwój komórki. Mutacje te są recesywne, bo drugi, prawidłowy allel wystarczy, żeby wyprodukować dobre białka.

196. Białko Rb.

Białko Rb, kodowane przez gen RB1 to ważne białko supresorowe. Działa przy przejściu z fazy G1 do fazy S. W nieufosforylowanej formie wiąże czynnik transkrypcyjny E2F i wycisza ekspresję genów od niego zależnych, wśród których znajdują się cyklina A (czyli cyklina fazy S), CDK-2 oraz geny związane z replikacją DNA. Przy przejściu G1->S Rb jest fosforylowane przez cyklinęD-CDK4/6, uwalnia E2F i umożliwia syntezę SPF i przejście do fazy S. Jeśli pojawi się trochę SPF (przypominam, że u ssaków to cyklinaA-CDK2) to fosforyluje on Rb przyspieszając aktywacje fazy S. Rb może być również defosforylowane przez fosfatazy zależne od zewnątrzkomórkowych sygnałów hamujących wzrost (jedna z tych fosfataz to PP2A) oraz w jako część punktu kontrolnego uszkodzenia DNA. Dziedziczne mutacje w genie RBI zwiększają ryzyko dziedzicznego siatkówczaka (hereditary retinoblastoma, nazwa retinoblastoma używana jest też po polsku). Ponieważ osoby niosące taką mutację mają tylko jeden dobry gen kodujący Rb to wystarczy jedna mutacja i komórka jest pozbawiana funkcjonalnego Rb. Dlaczego dzieje się to głównie w siatkówce pozostaje tajemnicą. Choroba objawia się w dzieciństwie i jest dziedziczna, bo pacjenci z wcześnie usuniętym guzem dożywają wieku rozrodczego. Sporadyczny siatkówczak wymaga spontanicznych mutacji w obu allelach RBI i zdarza się dużo rzadziej.

197. Funkcje p53

p53 ma generalnie dwie funkcje: zahamowanie cyklu komórkowego w G1 lub G2 w odpowiedzi na uszkodzenia DNA i indukcja apoptozy jeśli uszkodzenia są zbyt poważne, żeby pozwolić komórce żyć. Normalnie poziom p53 w komórce jest bardzo niski, bo jest ono wiązane przez Mdm2, który hamuje jego aktywność oraz kieruje do degradacji proteasomalnej. Fosforylacja p53 przez ATM (które pojawia się w komórce w odpowiedzi na uszkodzenie DNA) uniemożliwia jego wiązanie z Mdm2 i stabilizuje je, umożliwiając ekspresję zależnych od niego genów. Wśród nich znajdują się: p21, które jako CIP hamuje CDK w fazie G1 i G2. Hamowanie w G2 jest ważne, ponieważ nawet jeśli komórka nie stanie w G1 i dojdzie do replikacji uszkodzonego DNA to ciągle można zapobiec podziałowi. p53 indukuje także geny potrzebne do naprawy DNA. Mdm2 też jest wśród genów aktywowanych przez p53 co zapobiega nadmiernemu sygnałowi p53. W końcu, p53 aktywuje geny proapoptotyczne np. Bax. Jeśli uszkodzenia DNA są bardzo silne i długo nie naprawiane, to w końcu produkty tych genów doprowadzą do apoptozy.

P53 jest nieaktywny w większości ludzkich nowotworów, a w tych w których nie jest często obserwuje się brak funkcji ATM albo nadekspresję Mdm2, co w sumie skutkuje tym samym.

198. Mdm2, p53;p21.

O pierwszych dwóch jest wyżej. P21 to białko, którego synteza aktywowana jest przez p53. Jest ono generalnym CIP, czyli inhibitorem wszystkich CKD. Jego zadaniem jest zatrzymanie przejścia G1->S przez inhibicję kompleksów cyklinaD-CDK4/6 i cyklinaE-CDK2. Jeśli to się nie uda, ma za zadanie powstrzymać samą mitozę przez inhibicję kompleksu cyklinaB-CDK1.

199. Onkogeny związane z punktem restrykcji w fazie G1.

• Białko Ras: pojedyncza substytucja Gly w pozycji 12 na jakikolwiek aa, powoduje że białko Ras traci aktywność GTP-azowa i jest ciągle aktywne. Ponieważ to białko pośredniczy w przekazywaniu sygnałów od mitogenów promujących przejście G1->S to jak jest ciągle aktywne mamy transformację. (What? HEPATOCYTE is evolving! PLUM! PLUM PLUM! PLUM PLUM PLUM! Congratulations! Your HEPATOCYTE has evolved into HEPATOMA! <Hepa! Hepa! Toooomaaa!!!>)

• wirusowe białka inaktywujące białka supresorowe: Białko E6 HPV - inaktywacja p53, Białko E7 HPV - inaktywacja Rb

200. TGF-β i białka Smad w regulacji cyklu komórkowego (zatrzymanie w fazie G1)

TGF-β to cząsteczka sygnałowa, która hamuje proliferację komórek i pobudza je do wydzielania białek adhezyjnych i ECM oraz (w niektórych typach komórek) do wydzielania czynników wzrostu (to dlatego, pomimo że sam hamuje wzrost może czasami powodować proliferację).

Czynnik ten syntetyzowany jest jako nieaktywny prekursor, który po cięciu proteolitycznym daje aktywną domenę. Jednak jest ona związana niekowalencyjnie z resztą prekursoraa i wydzielana do ECM, gdzie wiąże się z białkiem LTBP (latent TGF binding protein) pozostając w formie uśpionej. Na skutek działania trombospondny lub niektórych integryn z powierzchni komórek, aktywne domeny TGF uwalniają się i tworzą funkcjonalne dimery.

TGF-β ma zdolność zatrzymywania cyklu komórkowego w fazie G1. Po związaniu się TGF z jego receptorami i aktywacji receptorów (jak napisano w zag. o receptorach) następuje fosforylacja Smadów, które są czynnikami transkrypcyjnymi. Wyróżniamy R, co ( sensie ko-) i I Smady (regulatorowe, ko-Smady i inhibitorowe). R-Smady (Smad2 i Smad3) mają dwie domeny, MH1 i MH2, przedzielone elastycznym linkerem. W stanie nieufosforylowanym domena wiązania DNA i NLS na MH1 są zasłonięte przez MH2. Fosforylacja pozwala ie tylko na ich odsłonięcie, ale też na związanie z ko-Smadami (Smad4). Kompleks jednego ko-Smada i dwóch R-Smadów ulega translokacji do jądra, gdzie oddziałuje z innymi czynnikami transkrypcyjnymi. Czynniki te są różne w różnych komórkach i dla tego odpowiedzi na TGF są różne. Zatrzymanie w fazie G1 jest spowodowane indukowaną przez Smady ekspresją genów kodujących np. p15, który

jest jednym z INK - inhibitorów CDK. Smady w jądrze są non-stop defosforylowane i w konsekwencji usuwane z jądra. Ta ciągła wymiana Smadów między jądrem i cytoplazmą sprawia, że stężenie Smadów w jądrze jest proporcjonalne do intensywności sygnału od TGF.

I-Smady (np. Smad7) indukowane są przez R-Smady i blokują receptory uniemożliwiając aktywację R-Smadów. Pozwala to na wyciszenie sygnału od TGF i jest przykładem ujemnego sprzężenia zwrotnego.

---