Markery nowotworowe.

NOWOTWOR - jako wynik akumulacji bledów genetycznych w komórce, która przestaje podlegać

mechanizmom kontrolującym podział, wzrost i różnicowanie. Teoria dwóch uderzeń (co najmniej).

• Geny uczestniczące w powstawaniu nowotworów człowieka to onkogeny i geny supresorowe.

• Dwa najnowsze typy markerów nowotworowych:

• identyfikacja zmutowanych onkogenów i genów supresorowych

• izolacja zmutowanych produktów białkowych tych genów.

PROTOONKOGENY (c-onc protoonkogeny) - w prawidłowych komórkach, prekursory onkogenów; ich funkcją jest regulacja procesów proliferacji, różnicowania dojrzewania, starzenia się i śmierć komórek.

• Mogą to być np.

• czynniki wzrostu

• ich receptory

• czynniki transkrypcji w jądrze,

• białka biorące udział w przenoszeniu sygnałów istotnych dla procesów różnicowania się komórek.

• Geny uczestniczące w powstawaniu nowotworów człowieka to onkogeny i geny supresorowe.

• Komórkowe protoonkogeny mogą być przekształcane w onkogeny w rożny sposób:

a) wbudowywanie genu wirusowego do genomu komórki

b) mutacje punktowe

c) translokacje protoonkogenu

d) amplifikacje protoonkogenu w wewnątrz chromosomu

Ad. a)

• ok. 15% wszystkich nowotworów złośliwych

• w krajach rozwijających się 40%

• HBV - hepatitis B virus - przewlekłe aktywne zapalenie wątroby - marskość - pierwotny rak wątroby (20-30lat).

• Nosicielstwo HBV to 100x większe ryzyko raka wątroby.

• Alfatoksyna (kropidlak Aspergillus flavus) i niedożywienie jako kofaktory choroby; klimat gorący i wilgotny.

• EBV - Epsteina-Barr virus: 100% ludzi w krajach rozwijających się, 90% w pozostałych; czasami wywołuje mononukieozę zakaźną; celem wirusa jest nabłonek drog oddechowych limfocyty B - antygeny wirusowe EBNa-1-6, LMF (eliminacja tych komórek przez limfocyty cytotoksyczne).

• Jeśli wbudowanie wirusa w genom wywoła translokacje protoonkogenu Myc (białko wiążące DNA jądro) z chromosomu 8 na 14 - transformacja nowotworowa komórek (utrata ekspresji antygenów wirusowych, wymykanie się spod kontroli układu odpornościowego):

• Chłoniak Burkitta - (malaria jako kofaktor) z limfocytów B u osób z niedoborami odpornościowymi (AIDS,

• biorcy przeszczepów)

• rak jamy nosowo - gardłowej

• HPV - human papilloma viruses - 80 różnych typów; kofaktorem palenie papierosów:

• rak szyjki macicy (90% tych nowotworów ma wirusowe DNA zintegrowane z genomem guza)

• rak prącia

• rak odbytu

• HTLV - l - ludzki retrowirus T-limfocytotropowy; „kuzyn" wirusów HIV-1 i HIV-2 (AIDS); płd.-zach. Japonia, basen Morza Karaibskiego, Afryka Środkowa 10-37% ludzi zakażonych • białaczka wywodząca się z limfocytów T

Ad. b) c) d) rodziny onkogenów (identyfikacja ponad 100 onkogenów); w różnych typach nowotworów może

dochodzić do amplifikacji, translokacji lub mutacji punktowych (możliwość zadziałania 2 czynników naraz)

• Grupa onkogenów ras - produkt białkowy genów to wiązanie GTP (aktywność GTP-azy) podobieństwo do białek G podjednostki a, stymulacja cyklazy adenylowej. Mutacje punktowe głownie: nowotwory płuc; trzustki. tarczycy, żołądka, jelita grubego, prostaty, ostra białaczka szpikowa. Zmutowany produkt białkowy genów ras jako marker stanów przednowotworowych.

• Rodzina myc - funkcją jest wiązanie DNA i wpływ na transkrypcję w jądrze. Mutacje punktowe czasem z translokacją: chłoniaki Burkitta, rak sutka, płuc, dolnych odcinków przewodu pokarmowego. Zmutowany produkt białkowy genów myc jako marker progresji nowotworów.
  

• Gen APC (adenomatosus polyposis coli) - zaliczany również do genów supresorowych (?); koduje białka uczestniczące w proliferacji i adhezji kom. Organizacji cytoszkieletu i stabilności chromosomowej; mutacja APC i inaktywacja rak jelita grubego, rak okrężnicy.

• Geny erb-1 (2, 3) - produkty białkowe o funkcji kinaz białkowych, także receptorowej dla EGF, regulacji transkrypcji oraz regulacji różnicowania kom. Ekspresja erbB-2, erbB-3 w rakach jajnika.

GEN SUPRESOROWY - żandarm molekularny, stojący na straży integralności genomu; jeden z najważniejszych modulatorów cyklu komórkowego, replikacji DNA, bierze udział w determinowaniu apoptozy komórek z uszkodzonym DNA (supresja proliferacji komórek nowotworowych).

• Utrata właściwości supresorowych białka p53 spowodowana inaktywacją (mutacją) genu TP53 w jednym allelu i delecje (najczęściej) drugiego allelu (geny supresorowe działają w sposób recesywny).

• Ok. 3000 mutacji w genieTP53; mutacje dziedziczone, mutacje somatyczne, delecje, tworzenie kompleksów z białkami wirusowymi, DNA lub produktami innych genów (np. z białkiem MDM)

• Mutacje w wielu różnych typach nowotworów ludzkich:

• rak sutka

• jelita grubego

• rak płuc

• rak jajnika

• Somatyczne mutacje TP53 - specyficzność tkankowa zależna od substancji kancerogennych

• alfatoksyna B1: transwersja G -> T (249) -> rak wątroby

• UV: transwersja CC -> TT (245) -> rak skory

• benzopiren: transwersja G -> T(246) -> nowotwory tytoniozależne (rak płuca, przełyku)

GEN SUPRESOROWY RB (rodzina) - siatkówczak, mięsak kostny, rak piersi

KLASYCZNE MARKERY NOWOTWOROWE - wielkocząsteczkowe (glikoproteiny, lipoproteiny, glikolipidy) - produkowane przez nowotwór lub przez gospodarza, wydzielane do płynów ustrojowych lub zlokalizowane na powierzchni komórek.

• Markeryodzwierciedlają trzy zjawiska mające miejsce w komórkach nowotworowych:

1. Proliferacja komórek nowotworowych; ich stężenie proporcjonalne do szybkości podziałów komórkowych(złośliwość, przerzuty)

• TPS - tissue polypeptide specific antygen - powstaje w różnym okresie fazy S oraz w fazie G2, uwalniany z

komórki podczas mitozy i tuż po jej zakończeniu. Zaliczany do cytokeratyn. Wzrost jego stężenia jest skorelowany ze wzrostem proliferacji komórek. Wzrost stężenia TPS:

• Rak trzustki - czułość oznaczeń 85%

• Rak oskrzela - czułość 50%

• Rak jelita grubego - czułość 60-80%

2. Różnicowanie komórek nowotworowych; większość markerów, ich stężenie zależy od masy Komorek nowotworowych

3. Obumieranie komorek nowotworowych: apoptozy lub martwica produkują podwyższone stężenia rozpuszczalnych, uwalnianych przez nowotwór, produktów rozpadu - np. fragmenty cytokeratyn (CK)

• CYFRA21-1 (fragment cytokeratyny 19, cytokeratyny 8, 10, 13, 17 - wzrost ekspresji w komórkach nabłonkowych niedrobno komórkowego raka płuc, w nowotworach złośliwych głowy, szyjki macicy.

• TPA - tissue polypeptide antigen- polipeptyd 22 000- w większości komórek nabłonkowych, uwalniany do krążenia w następstwie destrukcji komórek; norma 85-120U/L. Wzrost TPA w nowotworach złośliwych o różnej lokalizacji narządowej, zwłaszcza w stadiach zaawansowanych; uniwersalny marker nowotworowy

• CYTOKERATYNY- są to podstawowe białka fi lamentów pośrednich (elementy cytoszkieletu komórkowego- mikrotubule, mikrofilamenty, fi lamenty pośrednie); zapewniają właściwy kształt komórek, wykonywanie ruchów, uporządkowanie struktur wewnątrzkomórkowych, przenoszenie informacji ze środowiska zewnątrzkomórkowego. Określone cytokeratyny uzależnione od rodzaju i pochodzenia komórek nabłonkowych; komórki nowotworowe zachowują cechy zespołu cytokeratyn fi lamentu pośredniego komórek prawidłowych. Nasilona ekspresja cytokeratyn 8, 18, 19 w komórkach nowotworowych; fragmenty cytokeratyn- proteolityczna degradacja w następstwie nekrozy komórek

Markery używane do diagnozowania, prognozowania oraz monitorowania efektów terapeutycznych:

• ENZYMY

• Fosfataza alkaliczna — ALP:

• odmiany kostnej - nowotwory kości pierwotne i przerzuty do kości

• równocześnie ↑ Ca i pro-OH w moczu(osteoliza)

• ↑ izoenzymu wątrobowego pierwotny nowotwór wątroby, przerzuty do wątroby, ucisk guza na przewody żółciowe; mała specyficzność diagnostyczna (również inne choroby)

• ↑izoenzymu łożyskowego: rak jajnika

• Fosfataza kwaśna - ACP:

• ↑ izoenzymu sterczowego w surowicy - zaawansowane stadium carcinoma prostaty z przerzutami do tkanek miękkich lub kości

• w terapii↓ aktywność,

• ↑ powtórny wzrost - wznowa

• 5-nukleaza (5'-NT):

• ↑ aktywność w osoczu: przerzuty do wątroby, objaw wcześniejszy od ↑ ALP i objawow klinicznych

• γ-glutamylotransferaza (GGT)

• ↑ aktywności w osoczu: nowotwory pierwotne wątroby, przewodu pokarmowego, rak jajnika

• Enzymy trzustkowe:

• ↑ w surowicy: rak trzustki (25% pacjentów)

• ↑ izoenzymu śliniankowego α-amylazy w surowicy: surowiczy rak jajnika

• Β-glukuronidaza:

• Podobna do globulin, w większości tkanek, szczególnie w hepatocytach (rak trzustki, jelita grubego, przerzuty do wątroby, rak pęcherza

• Arylosulfataza:

• Hydroliza estrów kwasu siarkowego (wątroba, trzustka, nerki)

• Rak pęcherza moczowego i jelita grubego

• Rak żołądka i piersi

• Zależność między aktywnością a częstością wystepowania przerzutów

• Aminopeptydaza leucynowa:

• Przerzuty do wątroby (przy zablokowaniu odpływu żółci)

• Rak trzustki (50%)

• LDH:

• Nasilenie glikolizy beztlenowej

• Głównie podjednostki typu M

• Różne nowotwory (limfatyczne, białaczki, przerzuty do wątroby)

• Niekorzystny rokowniczo

• CK

• Izoenzym BB (tkanki płodu)

• Rak prostaty,

• Gruczolakoraki

• Anaplastyczny , drobnokomórkowy rak płuc

• α- amylaza

• wzrost izoenzymu śliniankowego surowiczy rak jajnika

• Polipeptydowy inhibitor trypsyny (TATI):

• ↑ w surowicy i moczu : raki jajnika (śluzowy i słabo zróżnicowany)

• Neuron Specyfic Enolase (NSE):

• neuroendokrynny system ↑ aktywność - neuroblastoma, rak płuc

• PSA - prostate specyfic antygen:

• proteaza serynowa produkowana przez nabłonek kanalików nasiennych (tylko);

• organo-specyficzny marker, czułość diagnostyczna 99%; w praktyce stosowany w monitorowaniu skuteczności leczenia i wykrywaniu wznowy

• nieprzydatny w teście przesiewowym z uwagi na małą korelację PSA w surowicy a wczesną fazą rozwoju raka prostaty

• 4ug/litr - wartość graniczna

• ↑ 100ug/litr z bolami kostnymi - przerzuty do kości.

• Telomeraza - RNA - zależna polimeraza DNA:

• rekompensata strat telomerów (powtarzające się sekwencje TTAGGG na komórkach chromosomów);

• telomeraza zahamowana w prawidłowych komórkach somatycznych(wyj. komórki embrionalne i kom. pnia)

• ↑ aktywności telomerazy - komórki często dzielące się nowotwory złośliwe (85-95% wszystkich ludzkich nowotworów).

• Katepsyna B :

• lizosomalna proteaza cysternowa

• uczestniczy w stanach patologicznych z nadmierną proteolizą

• ↑ choroby nowotworowe

• udział katepsyny B w kaskadzie przerzutowej- ↑ aktywności w moczu

• Galaktozylotransferaza:

• Izoenzym występujący w nowotworach złośliwych (różne - w tym jajnika); dobry marker różnicujący od niezłośliwych guzów jajnika; pomiar enzymu w surowicy w trakcie leczenia (swoisty wskaźnik wznowy nowotworowej)

• Transferaza galaktozo-1-fosfourydylowa:

• ↑ aktywność w erytrocytach i leukocytach - surowicze i niezróżnicowane raki jajnika

• Fosforylaza tymidynowa:

• uczestniczy w procesie angiogenezy

• ↑ aktywność - nowotwory złośliwe różnego typu

• Kinaza białkowa C:

• ↑ aktywności w komórkach rakowych (różnych)

• GALT:

• Wzrost aktywności w leukocytach i erytrocytach

• Surowicze, niezróżnicowane raki jajnika

• HORMONY

• Hormony ekotopowe: wytwarzane przez nowotwory wywodzące się z innych tkanek niż gruczoły dokrewne i łożysko; ich synteza nie podlega kontroli poprzez sprzężenie zwrotne, aktywność biologiczna może być niższa od hormonów wytwarzanych fizjologicznie; te same właściwości immunologiczne;

• Hormony eutropowe: występują w nowotworach rozwijających się w gruczołach endokrynnych wzmozona synteza i uwalnianie do krwi

• Nowotwory mogą wytwarzać prekursory hormonów, podjednostki lub produkty rozpadu; zwykle hormonypolipeptydowe czasem synteza jednocześnie większej ilości hormonów przez guz nowotworowy.

• Analiza receptorów estrogenu i progesteronu na kom, raka piersi:

• ↑ poziomu receptorów: proliferacja komórek nowotworowych stymulowanych estrogenami; zalecana antyestrogenowa terapia, lepsze rokowania.

• ↓ poziomu receptorów (lub brak) - proliferacja komórek nowotworowych stymulowana innymi niż estrogeny czynnikami; zalecana agresywna chemioterapia, gorsze rokowania.

• ANTYGENY PŁODOWE I ZARODKOWE

• Tkanki i surowica płodu; zanik po urodzeniu.

• Ekspresja ich genów w tkankach nowotworowych.

• Antygen rakoworpłodowy CEA:

• Podobny do Ig; związany z błoną komórkową jelita zarodka i płodu.

• ↑ CEA w surowicy: rak jelita grubego, odbytu, przewodu pokarmowego, płuc, żołądka, trzustki, jajników, sutka(stężenie > 10-20 μg/ml - względnie pewna wskazówka). Stężenie do ~ 10 μg/ml - zmiany nienowotworowe.

• Mała specyficzność diagnostyczna. Poziom CEA u palących ~ 5 μg/ml; niepalących 3 μg/ml

• AFP = alfa-fetoproteina:

• Glikoproteina podobna do albuminy; surowica i wątroba płodu, pęcherzyku żółtkowym, przewód pokarmowy płodu; wysoki poziom w surowicy kobiet w ciąży (↑ 500 μg/litr; 10 μg/litr zdrowi) ↑ AFT > 1000 pg/litr: zarodkowo - komórkowe postaci raka jąder i jajnika, także rak wątroby - Test przesiewowyna Tajwanie, Japonii, Alasce.

Max AFT: 20-23 tydzień życia płodowego.

• Gonadotropina kosmówkowa (HCG):

• Wydzielana przez komórki łożyska (trofoblasty) w czasie ciąży (mocz - test ciążowy)

• ↑ HCG w surowicy: kosmówczak. (niedojrzała tkanka zarodkowa - potworniaki), rak sutka; rak jąder, rak jelita grubego, rak jajnika.

• B-1-glikoproteina (SP-1):

• Produkowana przez trofoblasty łożyska; stężenie wzrasta w surowicy kobiet od 2-36 tygodnia ciąży; ↑ SP-1 w surowicy (równolegle z HCG): kosmówczak, zaśniad groniasty, rak sutka.

• Izoenzym łożyskowy ALP:

• ↑ u 3-15% w raku oskrzela, jelita grubego, wątroby, szyjki macicy; bez większego znaczenia.

• MARKERY WĘGLOWODANOWE

Glikokoproteiny, podobne do mucyn lub pochodne antygenow grupowych krwi; bardziej specyficzne od

poprzednich.

Cancer antigen 15-3 (CA15-3):

• Marker raka piersi (w surowicy) z przerzutami, raka jajnika

• w ~ 70% wykrywany w zaawansowanych stanachrakow z przerzutami, we wznosach

• ↑ CA-15-3 wyprzedza objawy kliniczne nawet o kilka miesięcy.

Antygen Lewisa (CA19-9)

• Marker nowotworow odbytu, jelita grubego, raka Żołądka, okrężnicy, raka trzustki (w surowicy)

SCC (squamous celi carcinoma antigen SCC-Ag):

• Obecny w osoczu, ślinie, pocie

• marker nowotworów złośliwych krtani, przełyku, płuc a także macicy, pochwy,sromu.

Tumor associated antygen - 72 (THG-72, CA72-4):

• Wydzielany przez nabłonki (endometrium)

• ↑ TAG-72 w surowicy - rak Ŝołądka, jelita grubego, okręŜnicy, rak płuc, sutka i jajnika

• ↑ w surowicy rownieŜ w łagodnych chorobach przewodu pokarmowego

CA50 - marker nowotworow Ŝołądka i jelit

MCA - markera raka piersi

CA125- marker raka jajnika, rownież ↑ w raku jelita grubego

Antygeny RAK (p125, p42, p25, p160):

• Podobieństwo do białaczek wirusa HIV-1:

• ↑ już w stanach przedrakowych (w tkankach i surowicy)

• rak jajnika, rak szyjki macicy

Antygen Ki-67:

• Ekspresja w raku jajnika

• wskaźnik agresywności guza (proliferacja komórek)

beta-2-mikroglobulina:

• Obecność w surowicy wynika z przebiegu nieswoistych cykli obumierania i regeneracji komórek krwi

• ↑ nowotwory układu krwiotwórczego (zwłaszcza) również w wielu innych nowotworach złośliwych.

• CYTOKINY

Są to peptydy i niskocząsteczkowe peptydy o działaniu hormonopodobnym, regulujące wiele komórek i

warunkujące wzajemne oddziaływanie pomiędzy tymi komórkami.

Wytwarzane są przez komórki układu odpornościowego (np. limfocyty T, makrofagi, kom. śródbłonka, fibroblasty, komorki tuczne). Limfokiny,monokiny, interleukiny, EPO, interferony (INF-a, -b, -g), TNF -a, -b, GM-CSF, TGF-a, -b, PDGF, SCF, LIF,MlP-la, MIP-1b (zapalne proteiny makrofagowe), VEGF (naczyniowy czynnik wzrostu), IGF, HGF.

Uwalnianie cytokin, a także ich receptorów przez nowotwory złośliwe do krwi i różnych płynów ustrojowych, a

także zależność miedzy podwyższonym stężeniem a stopniem zaawansowania procesu nowotworowego, stwarza

możliwości wykorzystania ich jako markerów nowotworowych.

Przykłady:

Ostra białaczka szpikowa - ↑ SCF, IL-3, GM-CSF, G-CSF, M-CSF, EPO

Rak sutka: ↑ 11-6, IL-3, M-CSF

Rak płuc: ↑ IL-3, SCF, GM-CSF, G-CSF

Rak jelita grubego: ↑ GM-CSF, IL-3, VEGF, SCF, HGF

Gruczolak okręŜnicy: ↑ IL-3, GM-CSF, G-CSF

Rak jajnika: ↑ M-CSF, GM-CSF, IL-1, TNF-a, IL-6, IL-8

Rak Ŝołądka: ↑ GM-CSF, G-CSF

Nerwiak i nasieniak: ↑ SCF

Rak macicy: ↑ SCF, M-CSF

Rak prostaty: ↑ SCF, GM-SCF, M-CSF, G-CSF

Mięsak otrzewnej, rak przełyku, chłoniak, glejak: ↑ G-CSF

Nabłoniak kosmowkowy: ↑ M-CSF

• INNE MARKERY

• ↑ Liz-OH, pro-OH (w moczu) - przerzuty do kości

• ↑ poliamin (spermidyna, spermina, putrescyna) w moczu - rośne nowotwory złośliwe

• ↑ fibrynopeptydu A: powstaje w wyniku konwersji fibrynogenu w fibrynę - w różnych rakach

• CP - rakowy czynnik krzepnięcia (nieobecny w tkance zdrowej) obecny w tkance płodowej i

nowotworowej;

• ↑ degradacji fibryny przez plazminę: ↑ dimeru D w osoczu (końcowy produkt degradacji) - różne nowotwory

• u-PA (aktywator urokinazy plazminogenu) oraz t-Pa (aktywator tkankowy plazminogenu) - ↑ w osoczu silna korelacja między stężeniem a złą prognozą - przerzuty)

• białko ostrej fazy (w tym haptoglobiny) wczesna, nieswoista reakcja organizmu na wzrost guza nowotworowego

• dysproteinemia (↑ albuminy, ↑ α1 i α2-globulin) - rak górnego odcinka przewodu pokarmowego, żołądka, płuc, nowotwory limfatyczne; rzadziej: rak jelita, sutka, szyjki macicy, czerniak

Przyczyny zmian aktywności lub stężenia enzymów w surowicy:

1. zmiana przepuszczalności błon komórkowych (uwalnianie do krwi enzymów wskaźnikowych zawartych głownie w cytoplazmie)

2. nasilony rozpad komórek w procesach patologicznych (uwalnianie enzymów wskaźnikowych -większości lub

3. wszystkich)

4. proliferacja komórek połączona ze zwiększonym obrotem lub indukcją biosyntezy enzymow

5. wewnątrzkomórkowych)

6. utrudniony odpływ płynów zawierających enzymy ekskrecyjne

7. upośledzona biosynteza, zwłaszcza enzymów sekrecyjnych w stanach ciężkich uszkodzeń narządów

8. miąższowych

Idealny marker:

• powinien być produkowany przez guz,

• powinien być oznaczany w płynach ustrojowych,

• nie powinien być obecny w tkance zdrowej

• powinien być specyficzny

---