Dra. Alicia Pomata Gunsett 2014

Human Genome Project

25000 genes en 44 XX/XY

¿Qué es el Genoma Humano?

NúcleoCélula humana

Cromosomas

Una Muestra del Genoma Humano

Centrómero

p

q

Cromosoma 5

Genes: Guardianes del Código

Exón 1

Sitio de inicio Sitio de detenciónSitios de empalme

Extremo de 3´

ARNm

Exón 3

Exón 3

Exón 2

Exón 1

Intrón

Exón 2

IntrónPromotor

Extremo de 5´

Region no codificada

Regiones No Codificadas

Exón

Gen 2

Gen 1

Intrón no codificado

Proteína 1

Proteína 2

Región no codificada

Regulación de la expresión genética y otras simplemente actúan como espaciadores

Replicación

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Procesado de ARN Antes de la Traducción

Exón

Proteína

Traducción

Procesado

ARNm maduro

ARNm primario

Transcripción

ExónIntrón ExónIntrónADN

Genes para ARNm para Proteínas

GCCT

Cadena de proteína creciente

Proteína única

Ribosoma

ARNm

Núcleo dela célula

Sección del gen activado.

ARNm

CGGA

GCCU

UGA

Metionina Alanina

AUG GCA UAA UAG

El Código de Tripletes

3 codones detienenla traducción de

proteínas

El codón (AUG) codifica a la metionina y empieza la

traducción de todas las proteínas

Un codón está compuesto de 3 nucleótidos de ARNm 64 codones en total

61 codones codifican a20 aminoácidos

(código redundante)

El Instituto Nacional de Cáncer admitió que “la biología de los más de 100 tipos de cáncer ha demostrado ser mucho más compleja de lo que se

creía”. Otis Brawley, de la Sociedad Americana

del Cáncer, dice: “Un tumor es más inteligente que 100 brillantes

científicos del cáncer”.

“Carcinogénesis es un proceso que consta de múltiples fases producidas por daños genéticos y epigenéticos que son inducidos por un carcinógeno en células susceptibles las cuales adquieren una ventaja de crecimiento selectivo y sufren expansión clonal como resultado de la activación de proto-oncogenes y/o inactivación de genes supresores de tumores.”

(Cancer Res. 51, suppl 18:5023s-5044s. Sep. 15,1991)

Dos mecanismos por los cuales los genes pueden alterarse:› GENÉTICO donde se producen alteraciones estructurales del genoma por

cambios en la disposición de los propios genes o de sus bases, como ser las mutaciones, translocaciones o deleciones.

› EPIGENÉTICO en acciones moleculares por alteraciones de las enzimas o de los sustratos de las mismas, tal el caso de la metilación de las bases. Susceptibilidad al cáncer: Citocromo p 450 mono-oxigenasa; Glutatión-transferasa

y Acetil-transferasa.

EL CANCER ES UNA ENFERMEDAD GENOMICA

La Epigenética implica un cambio de la célula o de su estado de expresión génica en respuesta al medio ambiente, y que no se debe inmediatamente a una alteración del ADN genómico.

Las células responden al estrés mediante cambios epigenéticos Por hipermetilación (desactivación) de los genes supresores de tumores implicados en la paralización del ciclo celular, la apoptosis y la reparación del ADN.

Por hipometilación (activación) de los proto-oncogenes asociados con la actividad persistente de proliferación; y la desmetilación del genoma, la activación del ADN se repite y provoca la inestabilidad del genoma.

Silenciamiento de genes de reparación

Cambios Epigenéticos:

CC TTmutaciones

G Tmutaciones

C Tmutaciones

G Amutaciones

Exón 2Exón 1

Enlance carcinogénico aumentado

Absorción de UV aumentada

Inestabilidad microsatélite

Deaminación espontánea

Promotor de metilación

Translocación Mutaciónes Inserción AmplificaciónDeleciónDuplicación o pérdida totalde un cromosoma (aneuploidía)

CAMBIOS GENÉTICOS

Mutaciones

comúnmente usada para definir los cambios en la secuencia del ADN que alteran la función de

la proteína

Una mutación es un cambio en la secuencia normal de pares de bases

Mutaciones Puntuales

Mutación terminadora

Supresión de cambio en marco de lectura

Inserción de cambio en marco de lectura

Mutación deaminoácido

Normal

ARNmADN

Mutaciones del Marco de Lectura

FRAMESHIT

LeucinaAlanina

Metionina Lisina Leucina

Fenilalanina

Alanina

Metionina

ARNt

Normal

Cambio en marco de lectura

Lisina

Proteína

Proteína

ARNt

Glicina Glutamina

Mutaciones del Sitio de Empalme

Exón 1

ARNm alterado

ADNADN

ARNm alterado

Exón 3Exón 3

IntrónExón 2Intrón Exón 1

Exón 1Exón 2

Exón 3 Exón 3Intrón Exón 2 Intrón

Exón 1

Mutaciones Reguladoras

Cromosoma 17

ARN mensajero

Gen Her2 Amplificación del gen Her2

Sobreexpresión

Proteína Her2Proteína Her2

Expresión normal

“SNPs”: Variantes Genéticos Que Ocurren Frecuentemente

La mayoría de la población

Proteína funcional

Secuencia variante

Secuencia común

Sitio SNP

G a C

Por lo menos un 1 % de la población

Proteína funcional

polimorfismos

Supresiones o Inserciones Grandes

Los cromosomas en el cáncer de mama aparecen con multicolores debido a que ellos han intercambiado material genético.

Teñido del cromosoma SKY: cáncer de mama

Los cromosomas SKY normales no son multicolores.

Ejemplo: Translocación de Genes Bcr-Abl

Proteína de fusión con actividad tirosina quinasa

(q+)

Ph

(22q–)

bcr-ablabl

bcr

22

9 9

Mutaciones: Somática y de Línea Germinal

Mutación en óvulo o

espermatozoide

No heredable

Mutaciones somáticas

Ocurren en los tejidos no de línea germinalSon no heredables

Mutación somática (p.ej., seno)

Mutaciones de línea germinal

Todas las células afectadas en la

progenie

Presente en óvulo o espermatozoideSon heredables

Causa síndrome familiar de cáncer

cáncer esporádico

cáncer hereditario

Célula normal

Cuarta o posterior mutación

Terceramutación

Segundamutación

Primera mutación

Los Tumores Son Clonales

Células malignas

Clon

Mutaciones Somáticas

Célula diabética de islote

Célula normal de islote

Célula normal de pulmón

Célula cáncerosa de pulmón

Muchos años más tarde

La Carcinogénesis se divide en etapas:1. Iniciación

2. Promoción3. Progresión

10 billones a 100 billones

iniciador promotor

CÁNCER

CÁNCER

NO CÁNCER

Resulta de una alteración genética irreversible, probablemente a partir de una o más mutaciones simples, transversiones, transiciones y/o pequeñas supresiones de ADN

El compuesto químico implicado en este proceso se le denomina agente iniciador o carcinógeno incompleto.

Las células iniciadas tienen un daño genético permanente sostenido el cual es transmitido a su progenie.

El daño celular inducido por un carcinógeno no debe ser tan severo que incapacite a la célula para replicar su ADN y llevar a cabo la división celular.

Después de una ronda de replicación, el daño en el ADN se "fija" y por lo tanto es permanente.

Las célula iniciadas no son neoplásicas pero tienen un riesgo mayor de volverse neoplásicas bajo circunstancias apropiadas.

El proceso de promoción involucra la producción y el mantenimiento de una proliferación celular sostenida

Esta proliferación incluye una combinación de replicación celular incrementada y una muerte celular disminuida (falla en la pérdida apoptótica celular).

Dependiente de la presencia continua del estímulo promotor: el crecimiento no es autónomo durante esta fase.

Aunque los promotores no son mutagénicos, mutaciones adicionales pueden llegar a ocurrir porque las células en rápida división son genéticamente inestables y porque algunos promotores promueven la producción de radicales libres e inician daño celular oxidativo.

Lo anterior puede dañar el ADN y las enzimas que participan en la replicación y reparación del ADN.

Alteración en el aparato Mitótico Trastorno en la función de los telómeros, Hipometilación del ADN, Recombinación, amplificación y transposición

génica.

Puede ocurrir espontáneamente debido a la inestabilidad cariotipica o puede ser acelerado por la exposición de elementos genotóxicos

Proto-oncogenes

Genes supresores tumorales

Genes normales que participan en algún aspecto de la proliferacióncelular. Al mutarse, se activan en forma anormal ONCOGEN

Genes normales que bloqueanel ciclo celular

Daños del ADN

Reparación daños

Crecimiento Celular Normal: El Ciclo Celular

M (mitosis)

Se muestran 2 pares homólogos

Genes reparadores

de ADN

Oncogenes

Genes supresores de tumor

G2

G1 (crecimiento celular)

S (síntesis)

Incapacidad para Reparar

CáncerEnvejecimiento

Enfermedad

congénita

Arresto de ciclo celular (transiente)

Apoptosis(muerte de la célula)

Reparación de escisiónnucleótida

(NER)

Reparaciónde escisión

de base (BER)

Reparación de mal

apareamiento

Reparación de

recombinación(HR, EJ)

Uracilo

Sitioabásico

B-oxoguanina

Ruptura de

cadena individual

A-Gmal apareamiento

T-Cmal apareamiento

Inserción

Supresión

Cruzamiento ligado

intracadenaRuptura de

la doble cadena

(6-4)PP

CPDaducido

voluminoso

Errores dereplicación

Rayos X

Agentesantitumorales(cis-Pt, MMC)

Luz UV

Hidrocarburospolicíclicosaromáticos

Rayos X

Radicales de oxígeno

Agentesalquilantes

Reacciones espontáneas

Agente Que Causa Daño

MutacionesAberraciones cromosómicas

Inhibición de:–Transcripción–Replicación–Replicación de cromosoma

Proceso de Reparación

Consecuencias

G TC

TT

GG G A

G

CT

CARACTERÍSTICAS DE LA CÉLULA TUMORAL(FENOTIPO MALIGNO)

Proliferación descontrolada (aumentada) e indefinida

Ciclo celularOncogenesGenes supresores tumorales

Envejecimiento celular

Supervivencia prolongada (Evade el proceso de apoptosis)

Invade territorios vecinos y forma colonias (metástasis)

Induce y mantiene la angiogénesis

Evade el sistema inmunitario

2 clases de genes vinculados con el cáncer

› PROTOONCOGENES: Alteran de forma positiva el crecimiento y proliferación de las células

› GENES ONCOSUPRESORES: Alteran de forma negativa el crecimiento y proliferación de las células

Gen anormal o activado que procede de la mutación o activación de un gen normal llamado protooncogen (genes reguladores)

Responsables de la transformación de una célula normal en una maligna que desarrollará un determinado tipo de cáncer

60 oncogenes en diferentes cromosomas del genoma

La activación de un protooncogen y su transformación a un oncogén se produce por mutaciones ocasionadas por:

CAUSAS FÍSICAS.- Radiaciones ionizantes CAUSAS QUÍMICAS.- Carcinógenos CAUSAS BIOLÓGICAS.- Virus oncogénicos CAUSAS HEREDITARIAS.- Mutaciones transmitidas a

lo largo de generaciones o por fallo en alguno de los mecanismos de reparación del ADN.

Los mecanismos por los que un protooncogen puede ser transformado en un oncogén son:

› CUANTITATIVOS: Inserción de un promotor viral, translocación o reordenación cromosómica, amplificación e hipometilación .

› CUALITATIVOS: Mutación puntual, deleción del material genético.

MUTACIÓN PUNTUAL: Sustitución de una base nitrogenada en el ADN de un gen, puede producir un cambio en el aminoácido identificado por el codón que presenta la mutación.

› Cambio estructural en la proteína sintetizada

› Oncogén ras: modifica un codón que convierte glicina en valina

› Puntos donde ser produce la mutación.- Crecimiento celular

› Mutación impide la conversión de la forma activa a inactiva

› Alteración en el control de la proliferación celular.

Deleción del material genético: Pérdida de material genético que activa a un oncogén. La pérdida puede ser:

› Secuencia inhibitoria de un protooncogen, provoca: aobreexpresión de oncogén

› Oncogén quede cerca de la secuencia promotora, provocando su sobreexpresión

› Pérdida de un gen supresor tumoral, con activación de un oncogén.

Crecimiento Celular Anormal: Oncogenes

Protooncogen a oncogen

1a. mutación (conduce a división celular acelerada)

Genes normales (regulan el crecimiento celular)

CÁNCER

CÁNCER

ONCOGEN CÁNCER

H-RAS Cáncer de colon, pulmón y páncreas

K-RAS Leucemia mieloide aguda, cáncer de tiroides y melanoma

B-RAF Cáncer de tiroides y melanoma

L-MYC Cáncer de pulmón

NEU Neuroblastoma, Cáncer de mama

N-MYC Neuroblastoma

RET Cáncer de tiroides

SRC Cáncer de colon

v-fos Osteosarcoma

V-jun Sarcoma

abl Leucemia mieloide crónica

erb-B Carcinoma espinocelular

Proteínas codificadas por los oncogenes: Factores de crecimiento, receptores de factores de crecimiento, receptores hormonales y segundos mensajeros.

Mutaciones en Genes Supresores de Tumor

1a. mutación (portador susceptible)

Oncogen activo

¡Sin frenos!

Oncogen activo

Genes normales (regulan el crecimiento celular)

Genes supresores de tumor

2a. mutación o pérdida (conduce al cáncer)

Genes supresores de tumor

¡Sin frenos!

CÁNCER

CÁNCER

CÁNCER

CÁNCER

Hipótesis de los Golpes Dobles

Si el primer golpe es una mutación de línea germinal, la segunda mutación somática tiene más probabilidad de permitir el cáncer

Mutación somática

CáncerSin cáncer

Mutación de línea germinal

Gen que reduce la probabilidad de que una célula en un organismo multicelular se transforme en una célula cancerígena.

Células normales: inhiben proliferación celular excesiva

Mutación o deleción: Aumenta riesgo de cáncer

Regulan negativamente el ciclo celular

Gen supresor tumoral alterado = ONCOGEN

Efecto inhibitorio en la regulación del ciclo celular

Regulan crecimiento, diferenciación celular y la muerte celular programada (apoptosis) = Oncogenes

Rb: Fue la primera proteína supresora tumoral descubierta en el retinoblastoma humano

p53: Es un importante gen supresor llamado también "el guardián del genoma".

BRCA1: Ejemplo de gen supresor de tumores que tiene relación con cánceres de mama, ovario, endometrio, estómago y próstata

“Guardián del genoma”

Brazo corto del cromosoma 17 (17p13)

Codifica un factor de transcripción proteína nuclear de 53 kDa

Induce la respuesta celular ante el daño del ADN

Detiene el ciclo celular en caso de mutaciòn

Papel importante en: Apoptosis y control del ciclo celular

p53 defectuoso : permite que células anormales proliferen= CÁNCER

50% de los tumores humanos contienen mutación en p53

Fosfoproteína formada por 393 aa. y 3 dominios:

› DOMINIO DE ACTIVACIÓN DE FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN› DOMINIO RECONOCEDOR DE LA SECUENCIA ESPECÍFICA DEL

AND (CENTRAL)› DOMINIO CARBOXILO – TERMINAL (C-)

Detiene el ciclo celular en el punto de control G1/S

Daño en el ADN = Evita su replicación

Activa proteínas de reparación del ADN, cuando hay daño o mutación

Inicio de apoptosis si el daño en el ADN es irreparable

Evita así la proliferación de las células que contienen ADN anormal

• = Muerte celular programada

• = Suicidio celular ocurre durante

•Termino griego =

•Morfogénesis

•Renovación tisular

•Regulación del sist. inmunitario

Para definir el tipo de muerte celular programada genéticamente

caída de las hojas de un árbol o de los pétalos de una flor

APOPTOSIS

•Mecanismos que la regulan son esenciales para el desarrollo y mantenimiento de la homeostasia

•Las células crecen por la expresión de nuevos genes

•Inducen señales de muerte

•en estadios como la diferenciación y respuesta a estímulos determinados

Se desencadena por: Señales •Fisiológicas

•Exógenos ambientales

Actúan sobre receptores de superficie

= activación en cascada de proteínas citoplasmáticas

Activa nucleolisis

(por endonucleasas)

APOPTOSIS

•Célula apoptotica:

•Proceso pasivo

•No requiere de síntesis proteica

•Causada por perdida de hemostasia

•Caracteriza por :

•Daño mitocondrial

•Rotura de membrana

•Lisis celular

•Liberación del contenido al medio extracelular

Figura 2.2.6.Apoptosis. Esquema comparativo con necrosis.Arriba, célula normal. A la izquierda, signos de necrofanerosis; a la derecha, cambios nucleares de la apoptosis con cuerpos apópticos. Nótese la conservación de organelos en apoptosis

CARACTERISTICAS MORFOLOGICAS DE LA APOPOSIS

Ag que induce apoptosis FAS o APO-1 (CD95)

•Proteína transmembrana tipo II glicosilada

•Se expresa en tejidos normales y líneas tumorales

•Mutaciones en el gen trastornos linfoproliferativos

(por su incapacidad de producir apoptosis)

•Es miembro de la superfamilia de los FNT (expresado en linfocitos activados)

RECEPTORES DE MEMBRANA CELULAR QUE MEDIAN APOPTOSIS

supervivencia de la célula transformada

•Bcl-2 (B cell leukemia/lymphoma 2 genes)•Proto-oncoge asocia a procesos malignos de cel B

•Durante la maduración de las cel. B

•Traslocacion crom.14 en el gen bcl-2

• en la expresión de la proteína citoplasmática Bcl-2

Inhibe apoptosis en cel.B

Posibilidad de que progrese a malignidad

FAMILIA DE GENES Bcl-2

Susceptibilidad al Cáncer:

Todavía Se Desconoce Mucho

Otras Mutaciones Asociadas Con El Cáncer: Todavía Se Desconoce Mucho

(cont.)

Penetración

¿Cuáles Mutaciones Están Involucradas?

Metástasis

ExtravasaciónAdherencia de

células del tumor

Pared capilar

Receptor

Célula cancerosa

Metástasis del pulmón

Sistema inmunológicosuprimido

Metástasis del hueso

Metástasis del hígado

Mutaciones

Cromosomas

Endotelio de vasculatura de tumor

en el pulmón Endotelio

Diseminación Fijación como blanco

Colonización

Inestabilidad Supresión Inmune

Un Reto Intimidante

Marcadores vascularespresentes

Receptor HER-2/NEU

Gen Her2

Factor de crecimiento

Receptor de crecimientopresente

Alto riesgo de recaída o recidiva

No es buen candidato para la terapia convencionalGenes de susceptibilidadmutados