Nowotwór to nieprawidłowa tkanka rosnąca niezależnie od komórkowych mechanizmów kontroli, choroba nowotworowa jest nazywana nabytą chorobą genetyczną komórek somatycznych.
Transformacja nowotworowa (kancerogeneza) jest wieloetapowym procesem, przebiegającym od początkowej ekspozycji na kancerogeny do nabycia zdolności tworzenia przerzutów.
Etapy kancerogenezy
1. Preinicjacja - ekspozycja na kancerogeny (trwa całe życie).
2. Inicjacja - w komórce zachodzi pierwsza mutacja, która jest przekazywana następnym pokoleniom (klon komórek). Komórki tego klonu cechują się podwyższoną wrażliwością na egzo- i endogenne czynniki mutagenne. Pierwsza, pojedyncza mutacja nie wystarcza do rozpoczęcia procesu transformacji nowotworowej (trwa od kilku do kilkudziesięciu lat)
3. Promocja - etap przyspieszonego formowania nowotworu, wymaga długiego czasu, w którym dochodzi do zwiększenia ryzyka progresji zmiany łagodnej w zmianę złośliwą (trwa mniej niż kilka lat)
4. Progresja - na tym etapie dochodzi do kumulacji mutacji w komórkach guza, prowadzących do nabycia zdolności do autonomicznego wzrostu i podziału, zaburzenia procesów różnicowania oraz innych cech procesu złośliwego (trwa od kilku miesięcy do kilku lat)
W procesie kancerogenezy obserwuje się kumulację zmian w genach o podstawowym znaczeniu dla rozwoju nowotworu: protoonkogenach, genach supresorowych i genach mutatorowych, a także zmiany epigenetyczne w genach kodujących białka odpowiedzialne za wzrost i różnicowanie komórek
Protoonkogeny
Regulatory cyklu komórkowego
- białka wykazujące aktywność kinazy tyrozynowej i serynowej
- czynniki wzrostu i ich receptory
- czynniki transkrypcyjne
Białka biorące udział w apoptozie
- białka błonowe i ich ligandy
- białka błony mitochondrialnej i jądrowej
Inne
- białka tworzące kanały jonowe
- produkty protoonkogenów regulują podziały, wzrost, różnicowanie i dojrzewanie komórek - pozytywne regulatory wzrostu
- aktywowane protoonkogeny określane są jako onkogeny
- wiele onkogenów aktywuje na stałe komórkowe szlaki przekazywania sygnału
- wykazują dominujący efekt działania - jeden zmutowany allel wystarczy do wywołania efektu onkogennego (mutacje dominujące)
- mechanizmy aktywacji protoonkogenów: mutacja punktowa (KRAS), amplifikacja (NMYC), translokacja (BCR-ABL)
Przykłady
Chłoniak Burkitta
- rzadki typ nowotworu układu chłonnego związany z translokacją genu c-MYC, który dostaje się pod kontrolę promotora immunoglobulin IgH [t(8;14)(q24;q32)].
- przeszeregowanie onkogenu c-MYC w okolicę genowych loci lekkiego łańcucha kappa immunoglobulin prowadzi do zwiększenia ekspresji c-MYC w tkance limfatycznej co powoduje zwiększoną stymulację procesów dojrzewania i proliferacji komórek.
- komórki linii limfocytarnej B wykazują wysoki poziom ekspresji c-MYC.
- okres półtrwania zmienionego transkryptu wynosi około 6h.
Przewlekła białaczka szpikowa (CML)
- translokacja fragmentu ramienia długiego chromosomu 9 na ramię długie chromosomu 22 [t(9;22)(q34;q11)] (chromosom Ph)
- powstały gen fuzyjny BCR-ABL to kinaza tyrozynowa o silnych właściwościach transformujących
- wybiórczym inhibitorem kinazy tyrozynowej BCR-ABL jest imatinib, który konkurencyjnie blokuje miejsce wiązania ATP, zapobiegając fosforylacji reszty tyrozynowej, co doprowadza do zahamowania aktywacji sygnału komórkowego. Imatinib jest również inhibitorem receptorów kinaz tyrozynowych czynnika aktywacji płytek (PDGF) i receptora c-KIT
Nowotwór mezenchymalny podścieliska przewodu pokarmowego (Gastrointestinal stromal tumor, GIST)
- rzadki nowotwór przewodu pokarmowego
- stanowi <1% wszystkich nowotworów układu pokarmowego i około 15-20% nowotworów jelita cienkiego, szczyt zachorowań przypada na 5 i 7 dekadę życia
- wywodzi się z komórek nerwowych zwojów śródściennych (komórek Cajala)
- wymaga różnicowania z innymi nowotworami mezenchymalnymi (mięśniaki, nerwiaki)
- molekularną zmianą stwierdzaną w GIST jest mutacja protoonkogenu c-KIT (CD117), kodującego kinazę tyrozynową, mutacja w eksonie 11 jest związana z lepszą odpowiedzią kliniczną
- następstwem mutacji jest nadekspresja receptora KIT (śródbłonowa glikoproteina)
- przyczyną nowotworzenia jest prawdopodobnie niezidentyfikowany dotychczas gen supresorowy (geny?), którego obecność związana jest z utratą materiału genetycznego na chromosomach 22q, i/lub 14q
Geny supresorowe transformacji nowotworowej
- ich prawidłowe produkty ograniczają wzrost i różnicowanie komórek (negatywne regulatory wzrostu)
- wyeliminowanie tej funkcji przyczynia się do rozwoju nowotworu
- wykazuja recesywny efekt działania - jeden prawidłowy allel wystarczy aby gen nadal pełnił swoje funkcje
- produkty antyonkogenów są obecne w jądrze, cytoplazmie i błonie komórkowej
- biorą udział w kontroli przebiegu transkrypcji i replikacji, hamują ekspresję onkogenów, wchodzą w skład układów sygnalizacyjnych, regulują interakcje międzykomórkowe
Teoria Knudsona (teoria dwóch trafień), dotyczy wyłączani funkcji genów supresorowych
- pierwsze uderzenie to najczęściej mutacja w jednej z kopii genu supresorowego
- drugie uderzenie to utrata drugiego allala (utrata heterozygotyczności), częsta zmiana molekularna obecna w tkance nowotworowej, jej obecność wskazuje na brak prawidłowej kopii genu supresorowego w traconym regionie, do zmiany dochodzi najczęściej na drodze delecji lub rekombinacji mitotycznej.
Przykłady
Zespół siatkówczaka
- najczęstszy złośliwy, wewnątrzgałkowy, pierwotny nowotwór u dzieci
- spowodowany mutacjami obydwu alleli genu RB1 (13q)
- gen koduje białko Rb, które zapobiega przejściu komórki z uszkodzonym DNA w fazę syntezy
- wcześnie wykryty i prawidłowo leczony gwarantuje powodzenie w 90% przypadków
- białko pRb jest jedynym znanym supresorem wszystkich polimeraz RNA - stąd ma możliwość równoczesnej kontroli nad zarówno nad replikacją DNA jak i biosyntezą białka w czasie cyklu komórkowego
Rodzinna polipowatość jelita grubego (FAP)
-1% przypadków raka jelita grubego
- dziedziczenie autosomalne dominujące
- w 80% przypadków stwierdza się mutację genu supresorowego APC (Adenomatous Polyposis of the Colon) położonego na chromosomie 5q21
- białko APC występuje w cytoplazmie gdzie pełni rolę negatywnego regulatora funkcji przekaźnikowej β-kateniny
-inaktywacja APC podnosi poziom β-kateniny w cytoplazmie, która przemieszcza się do jądra stymulując proliferację komórki obecność wielu zmian polipowatych w obrębie jelita grubego
- prowadzi do powstania nowotworu ok. 40 rż
- możliwa obecność polipów i zmian guzowych w innych narządach
- możliwe współistnienie z nowotworami oun (zespół Turcota)
- objawy: krwawienia odbytnicze, zaburzenia w oddawaniu stolca, bóle brzucha, niedokrwistość, utrata masy ciała.
- leczenie: profilaktyczna kolektomia
Zespół Li-Fraumeni
- zespół o wysokiej penetracji
- dziedziczenie autosomalne dominujące
- dokładna częstość występowania schorzenia jest nieznana, w latach 1990-1998 opisano 143 rodziny z germinalną mutacja genu TP53
- w przeciwieństwie do innych dziedzicznych zespołów nowotworowych LSF wyróżnia się występowaniem wielu różnych rodzajów nowotworów (głównie nabłonkowych i mezenchymalnych): rak piersi, mięsak mięśni poprzecznie prążkowanych, nowotwory tkanek miękkich, nowotwory mózgu, nowotwory kości, białaczki, rak kory nadnerczy
- rozwój schorzenia uwarunkowany jest mutacjami genu TP53 (70% przypadków) i/lub CHK2
- kryteria rozpoznawania: nowotwór rozpoznany przed 45 rokiem życia, krewny I stopnia z nowotworem zdiagnozowanym poniżej 45 roku życia, kolejny krewny I lub II stopnia z jakimkolwiek nowotworem rozpoznanym przed 45 r.ż. lub nowotworem zdiagnozowanym w dowolnym wieku
Fakomatozy
Schorzenia nerwowo-skórne wynikające z zaburzeń rozwojowych w tkankach pochodzących z trzech listków zarodkowych, które ujawniają się zmianami w obrębie skóry, układu nerwowego i naczyniowego, są związane z tendencją do rozrostu nowotworowego.
1. Neurofibromatoza typu 1 (choroba von Recklinghausena, nerwiakowłókniakowatość obwodowa)
- związana z mutacjami genu NF1 (17p), kodującego neurofibrominę, która jest głównym regulatorem genu Ras w komórkach Schwanna, które pełnią rolę komórek podporowych
w obwodowym układzie nerwowym
- mutacja NF1 prowadzi do przerostu osłonek nerwowych z powodu aktywacji genu Ras
- schorzenie postępujące, o różnym stopniu nasilenia zmian, występuje z częstością 1/3000 urodzeń
- mutacja w genie może być odziedziczona lub nabyta, dzieci rodziców będący nosicielami zmiany mają 50% prawdopodobieństwo jej odziedziczenia.
- objawy: plamy na skórze (cafe-au-lait), liczne nerwiakowłókniaki, glejaki dróg wzrokowych, zmiany barwnikowe siatkówki (guzki Lischa)
- brak leczenia przyczynowego, głównym celem jest monitorowanie chorych co 6-12 miesięcy, ewentualne chirurgiczne usuwanie nerwiakowłókniaków, które mogą być duże i bolesne, co zmniejsza ryzyko transformacji nowotworowej
2. Neurofibromatoza typu 2 (nerwiakowłókniakowatość ośrodkowa)
- związana z mutacjami genu NF2 (22q), zbudowanego z 17 eksonów
- gen kodujący białko - merlinę, która uczestniczy w regulacji cyklu komórkowego jako supresor nowotworzenia, oraz w kształtowaniu struktur cytoszkieletu. Merlina bierze udział w oddziaływaniach z wieloma białkami adhezyjnymi, strukturalnymi i regulatorowymi, a jej współdziałanie z białkiem CD44, decyduje o właściwościach supresorowych
- objawy: obustronne nerwiaki nerwu słuchowego, jednostronne nerwiaków nerwu słuchowego współistniejące z innymi nowotworami oun (oponiaki, glejaki), zaćma młodzieńcza
3. Stwardnienie guzowate (choroba Bourneville'a)
- dziedziczenie autosomalne dominujące
- zmiany hamartomatyczne i nowotworowe w obrębie oun oraz w innych narządach np. gwiaździak podwyściółkowy olbrzymiokomórkowy (SEGA), rzadki nowotwór gleju gwiaździstego (WHO Iº), stanowi około 1,5% wszystkich nowotworów oun u dzieci, występuje prawie zawsze u chorych ze stwardnieniem guzowatym, pojawia się u 3-14% tych chorych, jest jednym z nowotworów najczęściej rozpoznawanych w badaniach prenatalnych
- związane z mutacjami genów TSC1 (9q34) i TSC2 (16p13), kodującymi hamartynę
i tuberynę, które aktywują kinazę treoninowo-serynowa mTOR, regulującą wzrost i proliferację komórek oraz procesy translacji i transkrypcji
- aktywowaną w przypadku mutacji kinazę mTOR blokuje rapamycyna, która wiąże się bezpośrednio do domeny wiążącej cząsteczki kinazy mTOR, zwanej domeną FRB
Geny mutatorowe
- geny naprawy DNA - odpowiadają za integralność materiału genetycznego i procesy naprawcze
- aktywne w przypadku nieprawidłowego sparowania zasad w nowo syntetyzowanej nici DNA.
- nie prowadzą bezpośrednio do kancerogenezy
- przez upośledzenie mechanizmów kontroli wierności replikacji DNA oraz zaburzenia naprawy uszkodzeń przyczyniają się do braku równowagi genetycznej i niestabilności chromosomów
- są podłożem silnych predyspozycji do rozwoju nowotworów
- charakter recesywny mutacji
- są przyczyną występowania zespołów niestabilności chromosomalnej np. zespół Luis-Bar i
zepół Nijmegen
Przykłady
Zespół Luis-Bar
- dziedziczenie autosomalne recesywne
- mutacja genu ATM (11q22), kodującego białko kinazy serynowo-treoninowej, należącej do rodziny kinaz 3-fosfatydyloinozytolu, biorące udział w naprawie DNA i regulacji cyklu komórkowego
- nadwrażliwość na promieniowanie jonizujące (łamliwość chromosomów głównie w obrębie 7 i 14 pary)
- niedobory immunologiczne, ataksja móżdżkowa, nowotwory (układ limfatyczny, rak piersi)
Zespół Nijmegen
- dziedziczenie autosomalne recesywne
- mutacja genu NBS1 (8q21), kodującego nibrinę, która uczestniczy w naprawie uszkodzeń podwójnej nici DNA
- nadwrażliwość na promieniowanie jonizujące (łamliwość chromosomów głównie w obrębie 7 i 14 pary)
- małogłowie, niskorosłość, w 30% prawidłowy rozwój intelektualny, podatność na infekcje, występowanie nowotworów (chłoniak, glejak, rdzeniak, mięśniakomięsak) opornych na radioterapię
- liczba przypadków zidentyfikowanych do tej pory na świecie szacowana jest na około 70 (w tym 45 polskich).
Dziedziczny niepolipowaty rak jelita grubego - HNPCC
- 0,2-6% przypadków raka okrężniczo-odbytniczego
- chorzy z HNPCC mają germinalną mutację w co najmniej jednym z genów mutatorowych (MLH1, MSH2-90% mutacji), co jest czynnikiem predysponującym ich do rozwoju nowotworu
- 80% prawdopodobieństwo rozwoju raka okrężniczo-odbytniczego
- zmiany lokalizują się głównie w prawej części jelita grubego i rozwijają zwykle przed 50 r.ż.
- rozpoznanie: kryteria amsterdamskie (1. trzech lub więcej krewnych z histologicznie potwierdzonym rakiem jelita grubego, w tym jeden krewny pierwszego stopnia w stosunku do pozostałych, 2. rak jelita grubego występujący co najmniej w dwóch pokoleniach, 3. jeden lub więcej przypadków raka jelita grubego w rodzinie, rozpoznanych przed 50rż)
Zmiany epigenetyczne
- zmiany funkcji lub ekspresji genów, które nie są wynikiem zmian sekwencji i mogą być odwracalne
- dwa główne procesy epigenetyczne to metylacja DNA oraz przebudowa chromatyny, polegająca na zmianach w obrębie białek histonowych (dołączenie specyficznych grup chemicznych)
Ocena metylacji promotora MGMT w GBM
- MGMT jest kluczowym enzymem w procesie naprawy DNA
- wysoka ekspresja MGMT powoduje oporność na czynniki alkilujące i związana jest ze złym rokowaniem
- obecność metylowanego promotora tego genu podwyższa skuteczność leczenia temozolamidem, który należy do grupy leków przeciwnowotworowych zwanych alkilującymi. W organizmie ulega przekształceniu do związku, który wiąże się z DNA komórek będących w fazie podziału, co hamuje proliferację