Genetyka – prelekcja prof. Ferenca

Nowotwór złośliwy może być obecnie określany jako wynik błędów genetycznych w komórce prawidłowej, która przestaje podlegać normalnym mechanizmom kontrolującym wzrost i różnicowanie komórki, geny odpowiadające za adhezje komórek, geny odpowiedzialne za neoagniogeneze, geny dla immunoglobin, geny dla HLA, geny NN23 – zapobiegają przerzutą nowotworowym.

W chorobie nowotworowej uszkodzenia DNA takie jak delecje, translokacje, amplifikacje, insercje czy mutacje punktowe dotyczą genów zaangażowanych w kontrole wzrostu i/lub różnicowania komórkowego.

Kancerogeneza jest procesem wieloetapowym, który poprzedza inicjacja transformacyjna na poziomie pojedynczej komórki, zaś efektem końcowym jest pełne rozregulowanie aparatu genetycznego, mechanizmów homeostazy, a w konsekwencji zniszczenie (?)

Przyjmując wieloetapowość kancerogenezy pojedyncze protoonkogeny nie wystarczają do transformacji nowotworowej.

Podstawowe znaczenie w transformacji nowotworowej komórki ma inaktywacja genów supresorowych i aktywacja onkogenów.

Protoonkogeny – geny ulegające ekspresji w komórkach prawidłowych i spełniające podstawowe role w regulacji procesów wzrostu, różnicowania, dojrzewania komórek, stają się onkogenami na skutek przynajmniej punktowej mutacji sekwencji DNA.

Komórkowe onkogeny mają stałą lokalizacje w chromosomach w prawidłowej komórce (ok. 1% genów).

Protoonkogeny podobnie jak większość genów kodujących białka występują w haploidalnym genomie w pojedynczej kopii.

Istnieje duże homologie Dna onkogenów komórkowych z sekwencjami onkogenów retrowirusów jednakże wirusowe onkogeny nie posiadają intronów.

Hipotezy transformacji nowotworowej

geny _mutacja komórka ulegająca _mutacja protoonkogeny

supresorowe _{inaktywująca} transformacji _aktywująca komórkowe

(mutacja represyjna) _{infekcja i} (mutacja dominująca)

wbudowanie

^{do DNA}

onkogeny wirusowe

Wieloetapowy proces transformacji nowotworowej

komórka preinicjacja inicjacja promocja progresja

prawidłowa

guz łagodny guz złośliwy przerzuty

_proliferacja

Mechanizmy aktywacji protoonkogenów - poznano różne mechanizmy aktywacji protoonkogenów:

• mutacja punktowa (transwersje, tranzycje)

• amplifikacja (duplikacja)

• translokacja

• insercja

Mutacje punktowe w obrębie protoonkogenów powodują zmiany informacji dotyczących kodowania białek, zmienione białko może indukować jedną lub więcej zmian związanych z rozwojem nowotworu. Np. pojedyncza mutacja w genie ras w nowotworze pęcherza moczowego u ludzi jest wystarczająca do silnie rakotwórczych białek (k-ras – miejsca gorące – kodon 12, 13, 61, n-ras)

Amplifikacja polega na zwielokrotnieniu liczby genów (100 kopii) – aktywacja onkogenu, wzmożenie produktu

Translokacja polega ma przemieszczeniu protoonkogenu w miejsca chromosomowe objęte działaniem regulacji ekspresji innego genu (np. immunoglobulin). Ten typ aktywacji występuje w chłoniaku Burkita, szpiczakach, translokacje w tych typach nowotworów są swoiste

Insercja polega na wbudowaniu w region poprzedzający protoonkogen lub w niekodujący region przylegający do końca silnych sygnałów transmisyjnych typu promotorów (geny dla immunoglobulin) tzw. Sekwencjach wzmagających transkrypcje.

Onkoproteiny, kodowane przez onkogeny, dzielą się na jądrowe i cytoplazmatyczne.

Na podstawie lokalizacji oraz strukturalnych i czynnościowych właściwości białkowych produktów protoonkogenów podzielono onkogeny na 7 kategorii:

• czynniki wzrostu,

• białka receptorowe i niereceptorowe wykazujące aktywność kinazy tyrozynowej (ret),

• białka rotatorowe, brak aktywności kinazy,

• białka G związane z błoną cytoplazmatyczną,

• białka wykazujące aktywność kinazy serynowej,

• cytoplazmatyczne receptory,

• białka uczestniczące w transkrypcji genów (c-myk).

Geny hamujące cykl komórkowy:

• geny supresorowe (i ich produkty białkowe) – Rb, p16, białko p53 – działa drogą pośrednią

Wirusowe białka zdolne do tworzenia kompleksów z p53 i pRb

inaktywuje	aktywuje
p53	duży antygen T wirus SV40
białko EG	HPV
białko E1B	adenowirusy

czynniki genotoksyczne zatrzymanie cyklu komórkowego

naprawa DNA

kompetycyjna niekompetycyjna apoptoza

mutacje aberracje śmierć komórki

chromosomowe

aktywacja mutageny mutacja

premutageny kancerogenne DNA

preonkogeny inaktywacja

kancerogeny preonkogeny

bezpośrednie

kancerogeny

detoksykacja ostateczne

naprawa DNA kowalencyjne wiązanie z DNA

kompletna niekompletna zaburzenia genetyczne mechanizmów regulacji

podstawowych procesów komórkowych

inicjacja nowotworowa

Wrodzone zaburzenia naprawy DNA predysponujące do wystąpienia nowotworów (dziedziczenie autosomalne recesywne)

1. Xeroderma pigmentosum

• zaburzenia naprawy uszkodzeń DNA wywołanych UV – obniżona aktywność endokinazy

• wzrost częstości wymiany chromatyd siostrzanych (SCE), pękanie chromosomów

• nowotwory: rak skóry, czerniak złośliwy, mięsak

1. Ataxia teleangiectasia

• zaburzenia naprawy uszkodzeń DNA wywołanych promieniowaniem jonizującym – brak ligazy 1

• pękanie chromosomów, translokacja

• nowotwory: białaczki, chłoniaki

1. Zespół Franconiego

• nadmierna wrażliwość na związki chemiczne tworzące wiązania krzyżowe z DNA – defekt naprawy tych uszkodzeń

• wzmożona łamliwość chromosomów in vitro pod wpływem niektórych mutagenów, np. diepoksybutan

• nowotwory: białaczka szpikowa

1. Zespół Blooma

• spontaniczne pęknięcia DNA – możliwy brak ligazy 1

• wzrost częstości SCE (10x), figury wymiany, np. czteroramienne

• nowotwory: chłoniaki, białaczki

Testy cytogenetyczne na mutagenność:

• test aberracji strukturalnych chromosomów – po hodowli na 100 kom liczymy czy są aberracje czy nie

• test mikrojądrowy – do hodowli dodajemy cytokolchicyne B – dzielą się jądra, ale nie dzieli się cytoplazma, w hodowli występują komórki 2, 3, 4 jądrowe, oderwane kawałki chromosomów zastają wyrzucone do cytoplazmy w postaci małych zwiniętych tworów

• test wymiany chromatyd siostrzanych (SCE) – do hodowli limfocytów dodajemy BrDU i analog tymidyny (będzie się wbudowywał zamiast niej), w efekcie różne wybarwienie chromatyd siostrzanych

5 – 10 % wszystkich nowotworów to nowotwory dziedziczne

Rak sutka (piersi) jest w Polsce najczęstszym nowotworem złośliwym u kobiet (ok. 8 tyś nowych zachorowań rocznie), najczęściej występuje przed 50 rokiem życia

Najistotniejsze czynniki ryzyka:

• rak sutka w rodzinie

• wiek poniżej 50 lat

• bezdzietność

• późna pierwsza, donoszona ciąża (po 34 roku życia)

• wczesna pierwsza i późna ostatnia miesiączka

• otyłość

• nadmiar tłuszczów zwierzęcych w diecie

• długotrwałe stosowanie hormonów płciowych (antykoncepcja)

• promieniowanie jonizujące

Rak sutka i jajnika – postać dziedziczna

8 – 10 % raków sutka i jajnika ma podłoże dziedziczne, około połowa wszystkich dziedzicznych raków sutka wywołana mutacją w genie BRCA 1 , dziedziczona autosomalnie dominująco

• nowotwór często występuje przed menopauzą

• wcześniejszy wiek w porównaniu z postacią sporadyczna

• mutacje BRCA 1 nadaje określony fenotyp raka sutka – rak rdzeniasty

Gen BRCA 1 – 17 q21

Najczęstsze mutacje w postaci dziedzicznej

• wstawienie cytozyna po 582 nukleotydzie – 50%

• zamiana cytozyny na guaninę w 61 nukleotydzie – 21%

• Żydzi – insercja cytozyny, delecja adeniny po 185 nukleotydzie

Ryzyko rozwinięcia raka sutka w ciągu całego życia kobiety z mutacją BRCA 1 wynoś 56 – 87%

• przed 50 rokiem życia – 50%

• do 70 roku życia – 80 – 95%

około 50% raków sutka wystąpi do 41 roku życia

Ryzyko rozwinięcia raka jajnika w ciągu całego życia kobiety z mutacją BRCA 1 wynoś 16 – 44%

• przed 50 rokiem życia – 23%

• do 70 roku życia – 63%

Gen BRCA 2 – 13 q12-13 blisko genu Rb dziedziczenie autosomalne dominujące

Najczęstsze mutacje w postaci dziedzicznej

• delecja tyminy w 617 – Islandia, Żydzi

Ryzyko rozwinięcia raka sutka w ciągu całego życia kobiety z mutacją BRCA 2 jest jak w BRCA 1, ok. 35 % dziedzicznych raków,

• mniejsze ryzyko występowania raka jajnika

• wzrost ryzyka wystąpienia raka sutka u mężczyzn – 5% do 70 roku życia

• mutacje BRCA 2 nadaje określony fenotyp raka sutka – rak cewkowo-zrazikowy

Rodowodowo – kliniczne kryteria rozpoznawania rodzin z wysokim ryzykiem dziedzicznych raków sutka i jajnika

Liczba przypadków raka piersi lub jajnika w rodzinie

• jeden (co najmniej jedno musi być spełnione)

• rak piersi w wieku poniżej 35 lat

• rak piersi rdzeniasty lub atypowy rdzeniasty

• rak piersi u mężczyzn

• rak piersi i jajnika u tej samej osoby niezależnie od wieku

• rak piersi obustronny, jeden z nich rozpoznany przed 50 rokiem życia

Program badań kontrolnych w rodzinach z wysokim ryzykiem

Narząd	Badanie	Początek	Częstość
Pierś	palpacyjne przez pacjentkę	18 – 21 lat	co 1 mc
	palpacyjne przez lekarza	20 – 30 lat	co 6 mc
	mamografia	30 – 35 lat	co 12 mc
	USG	25 lat	co 12 mc
Jajnik	USG doplerowskie	30 – 35 lat	co 12 mc
	antygen CA-125	30 – 35 lat	co 12 mc

Geny biorące udział w naprawach postreplikacyjnych

Gen	Chromosom	HNPCC
hMLH 1	3 p21	33 %
hMLH 2	2 p11-22	31 %
hPMS 2	7 p22	4 %
hPMS 1	2 p31-33	2 %

HNPCC – dziedziczny niepolipowaty rak jelita grubego

Charakterystyczne cechy – zespół Lynch

• autosomalny dominujący typ dziedziczenia

• wczesny wiek występowania raka (dużych rozmiarów)

• częsta lokalizacja prawostronna (kątnica, poprzecznica, zgięcie wątrobowe i śledzionowe)

• częste współistnienie raków poza okrężnicą (rak narządu rodnego, rak jajnika, rak pęcherza moczowego, rak żołądka, rak dróg żółciowych, rak jelita cienkiego)

LYNCH 1 – sam rak jelita grubego

LYNCH 2 – rak jelita grubego oraz raki towarzyszące

Kryteria diagnostyczne HNPCC

• u co najmniej 3 członków danej rodziny wykryto histopatologicznie raka jelita grubego, przy czym jeden z nich to krewny 1^o

• co najmniej 2 osoby spokrewnione 1^o w 2 różnych (polach?)

Rodzinna polipowatość jelita grubego (stan przed rakowy)

• dziedziczenie autosomalne dominujące

• mutacje germinalne genu APC

• objawy – liczne (setki/tysiące) polipów w błonie śluzowej jelita grubego

• występowanie jednego lub kilku objawów poza jelitowych (fibromatosis desmoid, zaburzenia w siatkówce oka, nowotwory jelita cienkiego)

Gen APC

• gen supresorowy

• 5 q21-q22

• funkcja białka APC – bierze udział w regulacji wielu procesów w komórce, obejmujących podział, migracje, adhezje i różnicowanie komórek (wchodzi w reakcje z β-kateiną, białkami mikrotubul, białkami p34)

• mutacje genu APC – w regionach o podwyższonej częstości występowania – mutacje MCR, delecje, insercje kilku par zasad, mutacje germinalne

Zespołu mnogiej gruczolakowatości wewnątrzwydzielniczej (MEN)

• typ 1 (MEN 1) – zespół Warnera

• typ 2 (MEN 2) – 2a – zespół Sipple`a

2b – zespół Goulina

Dziedziczy się autosomalnie dominująco – częstość występowania 1/30 – 50 tyś

MEN 1 – gen MENIN – 11 q13, obecność transkryptu genu (mRNA) wykryto w wielu komórkach między innymi neuroendokrynnych komórkach trzustki, tarczycy, jąder, kory nadnerczy

Stopień penetracji genu

Wiek	Objawy kliniczne zespołu MEN
<20	43 % pacjentów
20 – 35	85 % pacjentów
50	94 % pacjentów

MEN 1

• nowotwory przytarczyc – występuje u 90 – 100%

• hormonalnie czynne guzy trzustki – 90 – 100 %

• gastrinoma – 50 – 70 %

• insulinoma – 20 – 40 %

• glukagonoma - <10 %

• VIPoma - < 5 %

• PPoma - < 5 %

• somatostatinoma - < 5 %

• rakowiak - < 5 %

• guzy przysadki – płat przedni – 20 – 40 %

• prolaktinoma – 20 – 40 %

• somatotropinoma – 10 – 20 %

• corticotropinoma – 5 – 28 %

• gruczolaki nieczynne hormonalnie – 20 %

Kliniczne badania kontrolne u pacjentów z objawami i bezobjawowych nosicieli

• każdego roku (obowiązkowo)

• wywiad i badanie fizykalne

• poziom Ca w surowicy, a także PTH,PRL,GH, gastryna

• USG jamy brzusznej

• każdego roku (w zależności od wskazań)

• dodatkowe procedury diagnostyczne

• co 3 – 5 lat (obowiązkowo)

• badanie MRI przedniego płata przysadki

• badanie obrazowe trzustki (USG, endoskopowe USG, TC, MRI)

MEN 2 – mutacja punktowa genu ret 10 q12

MEN 2A

• rak rdzeniasty tarczycy - >90 %

• nowotwory przytarczyc – 50%

• pheochromocytoma (złośliwy guz nadnerczy) – 20%

MEN 2B – w mutacja tylko kodonie 810

• rak rdzeniasty tarczycy – 80 %

• pheochromocytoma – 60 %

• nerwiako-włóknistość skóry i błon śluzowych - >90 %

• inne zaburzenia np. marfanoidalna budowa ciała, megacolon

Rak rdzeniasty tarczycy

• postać sporadyczna – mutacja w genie tkanki guza – 75 %

• postać rodzinna – mutacja germinalana w genie ret

• składowa zespołu MEN 2A – 15 %

• składowa zespołu MEN 2B – 4 %

• postać rodzinna FMTC – 6 %

Teratogeneza – proces indukowanych wad wrodzonych przez czynniki zewnętrzne uszkadzające rozwijający się zarodek lub płód, a tym samym prowadzące do urodzenia się dziecka z wadami wrodzonymi

Czynnik teratogenny – czynnik, który może spowodować wady wrodzone u poddawanego jego działaniu płodu, może działać poprzez następujące mechanizmy:

• ?

• zmiany temperatury wpływają na wzrost płodu (przerost, niedorozwój, wzrost asynchroniczny)

• ?

Działanie czynników teratogennych zależy od:

• dawki

• stopnia rozwoju zarodka

• różnorodności genetycznej poddawanego jego działaniu osobnika

• interakcji z innymi czynnikami środowiskowymi i genetycznymi

To czy czynniki środowiskowe, uszkadzając komórki rozwijającego się organizmu, wywołają efekt mutagenny czy teratogenny zależy od wieku ciąży czyli od stopnia rozwoju zarodka

czynnik mutagenny

efekt mutagenny efekt teratogenny efekt kancerogenny

efekt toksyczny

komórka

jajowa zygota zarodek płód dziecko defekt choroba

plemnik genetyczny nowotworowa

poronienie śmierć wady

samoistne płodu wrodzone

W zależności id fazy w której rozwoju

• gametopatia – czynnik mutagenny zadziałał przed zapłodnieniem na komórki rozrodcze doprowadzając do powstania mutacji

• blastopatia – uszkodzenie zapłodnionego jaja w okresie 14 po zapłodnieniu

• embriopatia – czynnik mutagenny zadziałał między 14 a 60 dniem od zapłodnienia

• fetopatia - czynnik mutagenny zadziałał po 60 dniu, np. toksoplazmoza wrodzona

Krytyczne okresy dla rozwoju układów i narządów po zadziałaniu czynników teratogennych

• układ nerwowy – 15 – 28 dzień ciąży

• układ krążenia – 24 – 40 dzień ciąży

• kończyny – 24 – 46 dzień ciąży

• oczy – 24 – 40 dzień ciąży

Najczęściej występują

• wady serca

• wady cewy nerwowej

• wady układu kostno-szkieletowego

Najczęstsze wady przy narażeniu zarodka na promieniowanie jonizując

• małogłowie

• małoocze

• zaćma

• niska masa urodzeniowa

• wady rozwojowe zewnętrznych narządów płciowych

Chemiczne czynniki teratogenne:

• hormony płciowe, np. dietylostabestral (?) – przyjmowany w ciąży powoduje u chłopców wady jąder

• antybiotyki

• tetracykliny – niedorozwój szkliwa, upośledzenie wzrostu kości długich

• streptomycyny – uszkodzenie nerwu słuchowego

• doustne leki przeciwzakrzepowe

• leki przeciwdrgawkowe

• leki cytotoksyczne

• metale ciężkie np. ołów, rtęć – niedorozwój układu nerwowego i kostnego

Zespół warfarynowy

• antykoagulany pochodzenia kumaryny (warfarin, synkuma) – wywołują krwawienia w tkankach i narządach płodu

• miejscowe zaburzenia w procesie chondrogenezy i wapnienia chrząstek nasadowych

• niedorozwój twarzy (krótki, szeroki, plaski nos, wady oczu, uszu, OUN, wąski rąbek czerwieni wargowej)

Leki przeciwdrgawkowe – hydantonina, trimetadion, karbamazepina, walproat – ich toksyczne metabolity (silne rodniki) są silnie mutagenne

• zespół hydantoinowy płodu

• opóźnienie wzrostu wewnątrzmacicznego

• małogłowie

• dysmorfia twarzy – hyperteloryzm, zez, zgrubienie powiek, szerokie usta, krótki nos

• krótka szyja

• upośledzenie rozwoju umysłowego

ponad to

• wady kończyn, serca, nerek

• spodziectwo

• rozszczep wargi i podniebienia

• obniżenie poziomu kwasu foliowego w surowicy – leczenie suplementacja

• zespół trimetadionowy

• wysunięta do przodu część twarzoczaszki

• wady gałek ocznych, brwi w kształcie litery V

• upośledzenie rozwoju umysłowego

ponad to

• wady serca

• zaburzenia rozwoju cewy nerwowej

Teratogenne działanie czynników biologicznych

Wirus różyczki

• zawiera jednoniciowy RNA

• rodzaj wady zależy od okresu zarażenia

• triada objawów

• zaćma – 6 tydzień ciąży

• głuchota – 9 tydzień ciąży

• wady serca – 5 – 10 tydzień ciąży

poza tym

• małoocze

• małogłowie

Wirus opryszczki HSV 1 (opryszczka wargowa) i HSV 2 (opryszczka narządów płciowych)

• zawiera dwuniciowy DNA

• niebezpieczny dla zarodka jest postać genitalna

Zakażenie matki HSV 2 w każdym okresie ciąży może prowadzić do poronienia, przedwczesnego porodu, wrodzonych wad rozwojowych

• małogłowie

• małoocze

• niedorozwój siatkówki

• powiększenie wątroby, śledziony

• wady ośrodkowego układu nerwowego

Wirus cytomegalii – HHV 5

• zawiera DNA

• zakażenie płodu w I trymestrze ciąży

• małogłowie

• zwapnienia śródczaszkowe

poza tym

• małoocze

• głuchota

Zakażenie w II połowie ciąży może prowadzić do narządowej choroby cytomegalowirusowej (?), zapalenia płuc, zapalenia wątroby, małopłytkowości

Wirus ospy wietrznej i półpaśca

• zawiera DNA

• teratogenne działanie przejawia się szczególnie do 12 tygodnia ciąży

• zakażenie płodu w I trymestrze ciąży prowadzi najczęściej do samoistnego poronienia

• u żywo urodzonych noworodków obserwuje się

• niedorozwój kończyn dolnych (stopa końsko-szpotawa)

• zanik nerwu wzrokowego

• zaćma

• wady układu moczowego

Wirus Epsteina-Barra – HPV 4

• zawiera DNA

• zmiany patologiczne u płodów dotyczące głównie zakażenia w I trymestrze

• samoistne poronienia

• obumarcie płodu

• hipotrofia płodu

• wady rozwojowe

Toksoplasma gondii – zakażenie płodu pierwotne prowadzi do poronienia lub toksoplazmozy wrodzonej (1 – 5 na tysiąc żywo urodzonych)

Wrodzona toksoplazmoza – fetopatia – triada Pirkentona

• małoocze, zapalenie siatkówki, naczyniówki

• wodogłowie, małogłowie

• zwapnienia śródczaszkowe

ponad to

• zanik nerwu wzrokowego

• zaćma

Zespół dysmorficzny HIV – zarażenie zarodka i płodu wirusem HIV

• mikrocefalia

• wypukłe czoło

• hiperteloryzm, skośne ustawienie szpar powiek, błękitnie zabarwione twardówki, długie rzęsy

• krótki i spłaszczony nos

• nisko osadzone małżowiny uszne

• uwypuklenie rynienki pod nosowej

• pogrubienie warg

U 50 – 90 % zarażonych wirusem HIV

• zaburzenie rozwoju dróg piramidowych

• zaburzenia pamięci świeżej

• niektóre rodzaje zaburzeń świadomości

Zespół alkoholowy płodu (FAS) – częstość w USA 1,1 na tysiąc żywo urodzonych

Wpływ alkoholu na zarodek i płód

• obniżenie syntezy białek mózgowych

• spadek zwartości mRNA i rybosomów w wątrobie

• osłabienie przewodnictwa nerwowego

• hamowanie wytwarzania cytokin i białek adhezyjnych

W odniesieniu do wzrostu

• wcześniactwo

• mały płód w stosunku do czasu ciąży

• mikrocefalia pre- i postnatalna

• opóźnienie rozwoju fizycznego i umysłowego

w obrębie twarzoczaszki

• małe szpary powiekowe

• mały nos

• cienka górna warga

• wygładzenie rynienki pod nosem

ponad to

• wady serca

• wady nerek

• niedorozwój przodomózgowia

• naczyniaki

Podział wrodzonych wad rozwojowych

małe	duże
mnogie	zespoły
pojedyncze	sekwencje
	kompleksy
	skojarzenia
	pojedyncze

Kompleksy – wady obszarów unaczynionych przez jedną tętnice

Sekwencje

• defekt zamknięcia cewy nerwowej

• rozszczep kręgosłupa

• przepuklina oponowo rdzeniowa

• porażenie poniżej przepuklin

Zespoły – wiele wad wchodzi w ich skład, pojedyncza wada nie pozwala na rozpoznanie zespołu

Skojarzenia – asocjacje – nielosowe połączenia różnych wad, w których poszczególne składowe występują częściej razem niż gdyby występowały przypadkowo

VACTERL

• wady kręgosłupa

• zarośnięcie odbytu

• wady serca

• przetoka tchawiczo-przełykowa

• wady nerek

• wady kończyn