Rolul factorilor genetici in cancer

Rolul factorilor genetici in cancer
Cancerul – boala genetica?
• “DA” – la originea lui cancerul este o boala genetica
• Cancerul reprezinta o alterare la nivelul informatiei genetice produse de agentii oncogeni
• S-au indentificat cel putin 4 categorii de gene implicate in aparitia bolii:
– Proto-oncogenele (in forma activa oncogene)
– Genele supresoare tumorale (antioncogenele)
– Genele aparatului de replicare si reparare a ADN si genele ciclului celular
– Genele senescentei si/sau apoptozei
• Pentru aparitia unei tumori maligne este necesara mai mult de o modificare genetica
• Evolutia cancerului este guvernata de combinatia dintre activarea proto-oncogenelor si inactivarea genelor supresoare tumorale.
• Consecintele biologice cele mai evidente ale acestor alterari genetice sunt:
– Proliferarea celulara autonoma
– Capacitatea de a activa formarea de noi vase sangvine
– Instabilitatea genetica exegerata consecutiva dereglarilor in repararea ADN-ului
– Posibilitatea de replicare nelimitata consecutiva diminuarii apoptozei
– Potentialul invaziv – capacitatea invaziei locale si formarii de metastaze
PROTO-ONCOGENE
Fiecare etapa din cadrul transformarii maligne este determinata de un numar limitat de modificari genetice.

• PROTO-ONCOGENA - o gena normala ce codifica proteine cu rol in controlul:
– Semnalizarii celulare (transductia semnalului)
– Diferentierii
– Proliferarii celulare
– Motilitatii
– Supravietuirii celulare
• ONCOGENA- o gena a carei functie este activata in cancer
• Activare unei proto-oncogene cu aparitia unei oncogene e un mecanism dominant, adica modificarea unei singure alele este suficienta pentru initierea sau progresia unui cancer
• Activarea proto-oncogenelor se realizeaza prin:
– Mutatii punctiforme - sunt sintetizate proteine modificate structural cu functie alterata: RAS
– Deletii - suprima regiuni reglatoare negative ale unor proteine
– Amplificare genica – apar zeci de copii ale aceleiasi gene
– Translocatii cromozomiale – un fragment de ADN trece de pe un cromozom pe altul cu sau fara pierdere de material genetic: MYC, ABL
– Supraexprimare genica – gena este transcrisa continuu prin dereglarea regiunii promotoare

• In ultimii 20 de ani au fost identificate aproximativ 100 de proto-oncogene.
• Proto-oncogenele sunt clasificate in functie de rolul proteinelor codificate:
– Factori de crestere: SIS (PDGF), INT-2 (FGF)
– Receptori membranari ai factorilor de crestere: ERBB (EGFR), FMS (MoCoSFR), RET (NGFR)
– Kinaze membranare si citoplasmatice: SRC, ABL, RAF, RAS
– Factori de transcriptie: JUN, FOS, MYC
– Reglatori ai ciclului celular: BCL2
• cERB-B2 Numita si HER-2/NEU
• Situata pe cromozomul 17q21
• Aparitia oncogenei este consecinta amplificarii genei normale
• Codifica o proteina transmembranara cu structura de receptor pentru factorul de crestere epidermal.
• Domeniul intracelular al receptorului erbB2 are activitate trozinkinazica
• Amplificarea genei determina activarea semnalului de fosforilare a tirozinei, favorizand cresterea si diviziunea.
Proto-oncogena cERB-B2 - continuare
• Tumorile ERBB2 pozitive au tendinta la invazie locala si metastazare
• Amplificarea ERBB2 este prezenta in cancerul mamar (20-30% din cazuri), ovarian, gastric, pulmonar, cerebral.
• Pentru blocarea actiunii cERB-B2 s-au sintetizat anticorpi neutralizanti si inhibitori specifici ai activitatii tirozinkinazei
• TRASTUZUMAB - HERCEPTIN e un anticorp monoclonal ce se leaga de domeniul extracelular al proteinei transmembranare codificate de cERBB2
– Determina remisiuni complete si partiale in 13-20% din cancerele mamare metastatice
– Determina cresterea supravietuirii la 1 an si cresterea timpului pana la progresia bolii
– E bine tolerat
Proto-oncogenele - RAS
• Este situata pe cromozomul 12p
• Codifica proteina p21:
– Este ancorata de suprafata citoplasmatica a membranei celulare printr-un fragment lipidic
– Are rol in determinarea formei celulei
– Transmite semnalele spre nucleu si alte componente celulare
• Se comporta ca “amplificatori “ ce cresc forta semnalului generat de activarea receptorilor de la suprafata celulei.
• In forma activa proteinele ras se leaga de GTP catalizandu-i hidroliza in GDP, dupa care revin la forma inactiva.
• Au efect pro sau antiapoptoic in functie de proteinele cu care se cupleaza
• Oncogenele provenite din proto-oncogenele RAS prezinta frecvent mutatii non sens intr-un numar limitat de codoni in situsul de legare a GTP de enzima: astfel hidroliza GTP devine imposibila
• Prin activarea RAS celula este stimulata continuu
• In 15-30% din cancerele umane exista mutatii la nivelul genelor RAS: cancer de pancreas, colo rectal, cancer de piele, seminom, neoplazii hematopoetice
Proto-oncogena c-MYC
• Activarea proto-oncogenei c-MYC se produce prin:
– Amplificarea regiunii continand gena de pe cromozomul 8
– Translocatie cromozomiala in diverse forme de leucemie B
– Mutatie
• Codifica un factor de transcriptie ce se leaga specific de anumite nucleotide din ADN.
• Activeaza alte gene promitotice favorizand transcriptia lor
• Este implicata in controlul proliferarii celulare normale
• Promoveaza diviziunea celulara prin favorizarea tranzitiei celulelor din faza G0 in faza G1
• Induce apoptoza in fazele G1 si S ale ciclului celular in absenta factorilor de crestere
• Proto-oncogena c-MYC este alterata in:

– Limfomul Burkitt – translocatie 8/14
– Neuroblastom – amplificare
– Cancer pulmonar cu celula mica – amplificare
– Cancer colo-rectal – amplificare si mutatie
– Cancer mamar – amplificare si mutatie
– Cancere ginecologice – amplificare si mutatie
– Cancer de prostata – mutatie
– Melanom - mutatie
Proto-oncogena - BCL 2
• Este situata pe cromozomul 18q 21 la nivelul punctului de rupere al translocatiei 14-18
• Apartine unei familii de gene cu rol in reglarea mecanismului intrinsec la apoptozei: BCL-2, BCL-XL , BAX, BAD, BAK, BIK
– Genele BAX, BAD, BAK, BIK au rol proapoptoic
– Genele BCL-2 si BCL-XL au rol antiapoptoic
– Esential este raportul dintre produsii proteici ai acestor gene
• Leziunile mitocondriale si revarsarea continutului mitocondrial in citoplasma reprezinta principalul semnal ce declanseaza apoptoza pe cale intrinseca
• Codifica o proteina capabila se prelungeasca durata de viata a unei celule impiedicand declansarea apoptozei

• Studiile biochimice au relevat ca aceasta proteina regleaza permeabilitatea memebranei mitocondriale

• Proteina Bcl2 mentine inchise canalele mitocondriale si impiedica eliberarea citocromului c in citoplasma. Astfel permite supravietuirea celulelor.

• Gena BCL2 e modificata in limfoame (limfomul nonHodgkin cu celule B), unele leucemii, cancer mamar, pulmonar, cancer de prostata, melanom.
GENE SUPRESOARE TUMORALE
Gene supresoare tumorale
• Genele supresoare tumorale sau antioncogenele au rol in controlul cresterii si diviziunii celulare
• Modificarea lor in cursul procesului de carcinogeneza duce la pierderea unei functii esentiale pentru mentinerea proliferarii celulei normale.
• Pierderea functiei unei gene supresoare tumorale e in general un mecanism recesiv
• Inactivarea genelor supresoare tumorale se produce prin:
– Pierderea ambelor alele
– Insertii sau deletii care bruiaza citirea genei
– Diminuarea transcriptiei consecutiv alterarii regiunii promotoare
– Mutatii punctiforme ce schimba natura terminatiilor esentiale in activitatea proteinei corespondente
• Genele supresoare tumorale au fost identificate prin studiul virusurilor cu ADN si analiza sindroamelor tumorale familiale.

• In 1971 Knudson a propus ipoteza “dublei lovituri” pentru a explica caracterul ereditar al retinoblastomului. El a postulat ca intr-un mediu familial este posibil ca indivizii sa nu mosteneasca decat o singura copie normala a genei, cealalta alela fiind fie inactivata, fie pierduta, fie partial eficace. In consecinta acesti indivizi au nevoie de o singura mutatie suplimentara pentru a dezactiva copia restanta a genei, pierzind astfel in totalitate functia corespunzatoare

• Este posibil ca acest tip de cancer sa apara si sporadic. In acest caz sunt necesare doua evenimente mutagene consecutive pentru a inactiva cele 2 copii ale genei in aceeasi celula

• S-a elaborat conceptul de gena supresoare tumorala recesiva
SINDROAME DE CANCERE FAMILIALE
Sunt transmise ca un caracter recesiv ce presupune mostenirea unei alele mutante si a unei alele normale a unei gene supresoare tumorale.
Prezenta unui cancer ereditar este sugerata de asocierea mai multor trasaturi:
• Existenta unor cazuri similare in familie
• Debut la varste tinere (inainte de varsta medie la care apare in populatia generala)
• Tumori primare multiple in acelasi organ (multifocalitate)
• Afectare bilaterala a organelor pereche (ochi, rinichi)
• Neoplazii diferite in organe diferite la acelasi individ
• Retinoblastomul
• Sindromul Li – Fraumeni
• Sindromul de cancer de colon ereditar
• Sindromul Cowden
• Cancerul mamar familial
• Cancerul ovarian familial
• Neoplazia endocrina multipla tip 1
• Neoplazia endocrina multipla tip 2
• Melanomul familial
• Tumora Wilms
• Neurofibromatoza tip 1
• Neurofibromatoza tip 2

Retinoblastomul
• Retinoblastomul poate apare atat in forma sporadica cat si familiala
– Forma sporadica se dezvolta in primii 5 ani de viata si este in general unilaterala
– Forma familiala apare in primul an de viata si este bilaterala
• Gena responsabila de aparitia retinoblastomul familial a fost identificata pe cromozomul 13q14 si a fost denumita RB1
• RB1 codifica o proteina nucleara ce se leaga de factorii de transcriptie si-i inactiveaza
• Proteina Rb1 se cupleaza cu ciclina D si E2F impiedicand tranzitia celulelor din faza G1 in faza S a ciclului celular
• Rb1 inhiba capacitatea E2F de a se lega de ADN si a initia transcriptia genelor necesare sintezei ADN
Polipoza adenomatoasa familiala
• Se caracterizeaza prin dezvoltarea unor multiple adenoame intestinale care progreseaza intr-un procent de 100% spre cancer colorectal
• Este o boala sistemica in care pot apare si:
– Carcinoame sau adenoame duodenale, tumori desmoide, osteoame mandibulare, tumori epidermoide cutanate, hipertrofia congenitala a epitelului retinian pigmentar
• Este determinata de o mutatie a genei APC situata pe cromozomul 5q21 ce determina formarea unei proteine APC scurtate
• In celulele normale proteina APC induce degradarea beta-cateninei, o glicoproteina cu rol in adeziunea intercelulara si semnalizarea intracelulara
• Mutatii in gena APC au fost identificate in 80% din cancerele colorectale sporadice
Cancerul colorectal nonpolipozic ereditar
• A fost descris de David Lynch sub 2 forme:
– Cancer colorectal ca unica localizare (sindromul Lynch I)
– Cancer colorectal in asociere cu alte cancere (sindromul Lynch II): endometrial, ovarian, gastric, urotelial, pancreatic.
• Diagnosticul se pune pe baza criteriilor Amsterdam:
– Minim 3 membrii ai unei familii prezinta sindromul si unul dintre ei este ruda de gradul unu cu ceilalti doi
– Cancerul colorectal apare pe parcursul a cel putin 2 generatii
– Cel putin o tumora este depistata sub 50 ani
• In peste 70% din cazuri se identifica mutatii in una din cele 4 gene ce repara imperecherea defectuoasa a nucleotidelor (MLH-1, MSH-2, PMS-1, PMS-2)
• Aceste gene codifica proteine ce recunosc, excizeaza si repara cuplarea inadecvata a nucleotidelor astfel prezervand integritatea genomului.
Sindromul Li-Fraumeni
• Este determinat de mutatia germinala a genei P53
• Gena P53 e o gena supresoare tumorala situata pe cromozomul 17p
• Transcriptia P53 e stimulata de orice modificare a ADN, indiferent de cauza
• Proteina P53 are urmatoarele functii:
– Factor de transcriptie
– Inhibitor al replicarii ADN
– Inductor al apoptozei
• Gena P53 e modificata prin mutatii punctiforme la nivelul zonei ce codifica domeniul de legatura a p53 cu ADN
• Sindromul “Li-Fraumeni” se caracterizeaza prin aparitia unui spectru larg de tumori maligne:
– Osteosarcoame,
– Sarcoame de tesuturi moi
– Leucemii
– Tumori cerebrale
– Cancere mamare, frecvent bilaterale
– Tumori maligne adrenocorticale
• 50% din pacientii cu acest sindrom dezvolta o tumora maligna pana la varsta de 30 de ani, acest procent ajungand la 90% la 70 de ani.
• Terapia genica experimentala a demonstrat ca este posibila restaurarea functiei p53 in celulele care au pierdut gena.
• S-au sintetizat medicamente tinta pentru restaurarea functiei p53 mutante
Cancerul mamar si ovarian familial
• Au fost identificate 2 gene asociate sindromului:
– BRCA1-pe cromozomul 17q21
– BRCA2-pe cromozomul 13q12
• In familiile cu incidenta crescuta a cancerului mamar (cel putin 4 membri) 50% din indivizii afectati au mutatii in gena BRCA1 si 30% in BRCA2
• In familiile cu incidenta crescuta atat a cancerului mamar cat si ovarian 75% sunt atribuibile modificarilor BRCA1 si 23% BRCA2
• BRCA2 este mai frecvent asociata cu cancerul mamar la barbat si cancerul prostatic
• Mostenirea unei mutatii in BRCA1 determina un risc de 85% de a face cancer mamar
Sindromul Cowden
• Se transmite autozomal dominant
• Are o penetranta > 99% pana la 30 de ani
• Este determinat de mutatia germinala a genei PTEN
• PTEN este o gena supresoare tumorala cu rol in progresia ciclului celular si apoptoza
• Se caracterizeaza prin:
– Multiple hamartoame afectand tesuturi diverse cu originea in toate cele trei foite germinale.
– Risc crescut pentru cancer mamar, tiroidian si endometrial.
Sindromul de neoplazie endocrina multipla tip 1
• Se transmite autozomal dominant
• Diagnosticul clinic de MEN1 este pus pe baza urmatoarelor criterii:
– Doua leziuni interesand glandele paratiroide, pancreasul endocrin si/sau hipofiza anterioara, prezente sincron sau metacron.
sau..
– O leziune specifica MEN1 aparuta la o ruda de gradul 1 a unei persoane diagnosticate anterior cu MEN1
• Este determinat de mutatii germinale in gena MEN1 – gena supresoare tumorala
• Penetranta bolii este de 45% pana la 30 de ani, 82% la 50 de ani si 96% la 70 de ani.
Sindromul de neoplazia endocrina multipla tip 2
• Se caracterizeaza prin prin asocierea de carcinom medular tiroidian, feocromocitom si hiperparatiroidism
• Este subdivizat in 3 subtipuri clinice: MEN2A, MEN2B, Carcinom medular tiroidian familial.
• Este determinat de mutatia germinala a proto-oncogenei RET
• RET codifica un receptor transmembranar cu activitate tirozinkinazica prezent in organele neuroendocrine
• Poate apare de la nastere pana la 70 de ani
Melanomul malign ereditar
• 5-12% din melanoamele cutanate apar la indivizi cu antecedente familiale
• In patogeneza bolii au fost implicate 2 gene:
– CDKN2A – gena supresoare tumorala
– CDK4 – protooncogena
• CDKN2A ccodifica 2 proteine distincte:
– P16 - inhiba activitatea kinazelor ciclindependente
- opreste diviziunea celulara in faza G1
– p14ARF – blocheaza MDM2 cu acumularea p53, oprirea
ciclului celular sau inducerea apoptozei
Neurofibromatoza tip 1
• Se transmite autozomal dominant
• Penetranta de 100% pana la 5 ani
• Este determinata de mutatii ale genei NF1-gene supresoare tumorala
• Diagnosticul se pune prin asocierea a minim doua din urmatoarele semne:
– 6 sau mai multe pete “café au lait”
– 2 sau mai multe neurofibroame de orice tip sau un neurofibrom plexiform
– pistrui in regiunea axilara sau inghinala
– glioame optice
– 2 sau mai multi noduli Lisch (hamartoame la nivelul irisului)
– o leziune osoasa distinctiva (displazie sfenoidala sau subtierea cortexului oaselor lungi)
– o ruda de gradul unu cu neurofibromatoza tip 1
Neurofibromatoza tip 2
• Se transmite autozomal dominant
• Penetranta de 100% pana la 60 de ani
• Este produsa de mutatia germinala a genei NF2-gena supresoare tumorala
• Criteriile de diagnostic propuse de Gutmann sunt:
– Schwanoame vestibulare la tineri (varsta medie de aparitie in jur de 27 de ani, comparativ cu populatia generala unde se dezvolta peste 50 de ani)
– Antecedente familiale de neurofibromatoza tip 2 (rude de gradul 1) la care se asociaza una din urmatoarele:
• Schwanom vestibular unilateral pana la 30 de ani.
• Oricare doua tumori: meningiom, gliom, schwanom, opacitati lenticulare subcapsulare posterioare juvenile.