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 |
PRb |
|
białko EG |
HPV |
Białko E7 |
|
białko E1B |
adenowirusy |
Białko E1A |
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)
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
Ataxia teleangiectasia
zaburzenia naprawy uszkodzeń DNA wywołanych promieniowaniem jonizującym - brak ligazy 1
pękanie chromosomów, translokacja
nowotwory: białaczki, chłoniaki
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
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 1o
co najmniej 2 osoby spokrewnione 1o 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
2