Bases moleculars de les neoplàsies

Introducció

Gens implicats en la carcinogènesi

Oncogens

Antioncogens

Gens reguladors de l’apoptosi

Gens reguladors de la reparació del DNA

Telòmers i creixement neoplàsic

NEOPLASIES

Bases mol·leculars de les neoplàsies

Introducció

A pesar de les grans diferències macroscòpiques i microscòpiques les neoplàsies comparteixen certes característiques que els hi confereixen un creixement i comportament típic

1. Lesió genètica no letalmutació, translocació, amplificació....

2. Origen monoclonal

3. Procés multifactorial

4. Múltiples passos progressió tumoral

4. Múltiples passos

Progressió tumoral

??

Bases moleculars de les neoplàsies

Gens implicats en la carcinogènesiHi ha uns grups de gens que són els que els que amb més freqüència es

veuen lesionats en la majoria de les neoplàsies

1. Protooncogens ONCOGENS

2. Gens inhibidors del creixement cel·lular o gens supressors de tumors ANTIONCOGENS

3. Gens reguladors de l’apoptosi

4. Gens reguladors de la reparació del DNA

En general son gens que codifiquen proteïnes relacionades amb el cicle cel·lular - proliferació, inhibició, diferenciació...-

* gen cursiva, minúscula, v- onc, c- onc *proteïna no cursiva, 1ra majúscula, p devant

Ex: ras, Rb, p53 Ras o p21, pRb, p53

Gens implicats en la carcinogènesiCodifiquen proteïnes que participen en el

control del cicle cel·lular - Proliferació cel·lular

1. Factor de creixement GF

2. Receptor del GF

3. Proteïnes transmissores de senyal situades a la part interna de la membrana plasmàtica i segons missatgers

4. Proteïnes que actuen com reguladors nuclears e inicien la transcripció del ADN

5. Proteïnes que fan que la cèl·lula entri al cicle i progressió de cicle – divisió cel·lular

Resultat final de tots els estímuls promotors del creixement que les cèl·lules en repòs entrin al cicle

Membrana

Citoplasma

Nucli

Factor de creixement - GF

Receptor de GF

Efector intracel·lular

Transmissió

Transcripció

DNA

RNA

Divisió cel·lular

Proteïnes que participen en el control del cicle cel·lular

Reparadors DNA

Reguladors apoptosi

El resultat final de tots els estímuls promotors del creixement és que les cèl·lules en repòs entrin al cicle

CDK-Ciclina

1. PROTONCOGENS ONCOGENS

El primers gens implicats en la carcinogènesi que es varen descriure

Es van descobrir investigant mecanismes d’oncogènesi vírica

els virus portaven en el seu genoma un gen que era el responsable de la transformació neoplàsica per això se’ls va dir ONCOGENS

Després es va comprovar que els mateixos gens estaven a les cèl·lules eucariotes i se’ls va dir PROTONCOGENS

5’ 3’R U5

gag pol env src

U3 R Poly A

5’ 3’R U5

gag pol env

U3 R Poly A

1971 – Howard Temin proposa que els oncogens els poden haver adquirit els virus de les cèl·lules

1972 – Huebner i Todaro, els proto-oncogens es poden convertir en oncogens i ser causa de neoplàsies per transducció vírica o per accióde carginògens

Oncogen cel.lular

c- oncogen

Oncogen víric

v- oncogen

Lesió genèticaQuímics,radiació,virus

Transduccióretrovírica

Protoncogen

1. PROTONCOGENS ONCOGENS

Protoncogens

A la cèl·lula normal codifiquen proteïnes relacionades amb la proliferació i diferenciació cel·lular

Són imprescindibles en períodes embrionaris, regeneració i renovació tissular, cicatrització....

Oncogens

A les cèl·lules neoplàsiques la seva funció està incrementadaestimulen el creixement i divisió cel·lular

Tipus d’oncogens segons el tipus de proteïna que codifiquen en el control del cicle cel.lular

Receptor GF

Efectorintracel·lular

Transmissió

Transcripció

DNA

RNA

Divisió cel·lular

GF

ONCOPROTEÏNES - oncogens -

PDGF-B sis

EGFreceptor erb

Ras (p21) ras

Myc myc

Ciclines cyclin DCDK CDK Y

Gens - Proteïnes que participen en el control del cicle cel·lular

1. ONCOGENS

1. a. Factors de Creixement (Growth Factors- GF)

GF - proteïnes que estimulen la proliferació de les cèl·lules

Fan que les cèl·lules surtin de Go e inicien el cicle

sis PDGF -ß

Oncogen - sis codifica la cadena -ß del factor de creixement derivat de les plaquetes

Es va identificar com a v –sis (simian sarcoma) i després es va descobrir que moltes neoplàsies produeixen PDGF -ß

astrocitoma, osteosarcoma

Es un gen que té efecte autocrí i també produeix el seu receptor

1. ONCOGENS

1. b. Receptors de Factors de Creixement

Receptors GF – complexes oligomèrics de transmembrana

domini extern glicosilad, regió de transmembrana hidrofòbica i domini citoplasmàtic amb activitat tirosina cinasa que s'activa transitòriament

erb B receptors EGF

erb A receptors d’hormones esteroides

Oncogens – de la família erb B codifiquen receptor dels factor de creixement epidèrmic EGF i

- de la família erb A receptors d’ hormones esteroides

Es va identificar com v –erb (eritroblastosis aviar)

erb B Carcinomes escatosos pulmó, bufeta, digestiu...

erb A mama, ovari, pulmó, estómac....

1. ONCOGENS

1. c. Transmissors de Senyal

Proteïnes situades a la cara interna de la membrana on reben estímuls que transmeten al Nucli

Tipus - Proteïnes intercanviadores de GTP

Proteïnes tirosina cinasa no intercanviadores de GTP

ras Ras ( p21 )

Oncogen Ras es una proteïna intercanviadora de GTP

Es va identificar com v – ras (rat sarcoma)

Posteriorment va ser la primera família d'oncogens que es va identificar en neoplàsies humanes

En el home es descriuen mutacions de ras en més d’un 30%de les neoplàsies, especialment colon, pàncreas, tiroides....

N

1. ONCOGENS

1. c. Transmissors de Senyal

ras Ras ( p21 )

Proteïna intercanviadora de GTP – guanosin triphosphate-

Membrana

Citoplasma

GF

GFR

Ras inactiu Ras actiu

Nucli

GDP GTP

GAPGTPasa

Activating

Protein

Ras mutat

1. ONCOGENS

1. c. Transmissors de Senyal ras Ras ( p21 )

Ras està inactiva unida a GDP

Ras s’activa transitòriament per intercanvi de GDP per GTP

Ras s’inactiva per hidròlisi de GTP a GDP per activitat GTP asaintrínseca

L’activitat GTP asa de Ras está potenciada per l’acció de GAP (GTPasa Activating Proteïn)

Ras inactiu Ras actiu

Nucli

GDP GTP

GAP

Ras mutat

activitat GTPasa

No s’hidrolitza GTP

1. ONCOGENS

1. d. Reguladors de la Transcripció nuclear

Proteïnes que inicien la transcripció del DNA i finalment la divisió cel·lular

c - myc Myc (p 62)

Oncogen c - myc codifica p62 que es una proteïna reguladora nuclear, que actua com factor de transcripcióper permetre la síntesi de proteïnes necessàries per a la replicació i síntesi del DNA

En les cèl.lules en repòs, a Go myc queda inactiu

Es va identificar com a myc (mielocitomatosi aviar)

Tipus – Neoplàsies c - myc linfoma de Burkitt

N - myc neuroblastoma

L - myc caricnoma de pulmó

1. ONCOGENS

1. e. Reguladors del cicle celular

CDK - Cyclin

El resultat final de tots els estímuls promotors del creixement és que les cèl·lules en repòs entrin al cicle

El pas ordenat per les diferents fases del cicle estàcoordinat per les CDK

CDK - cinases dependents de ciclina- són una una família de proteïnes, que s' activen per un altra família, les Ciclines

Ciclines es diuen així perquè es produeixen i degraden de forma cíclica un cop han fet la funció

Les CDK fosfori-la proteïnes que durant el cicle cel·lular s’expressen de forma constitutiva –inactives- ex. pRb

En moltes neoplàsies es descriuen mutacions o sobrepressions de CDK o Cyclin

G2 G1

MG0

S

CDK-cyclinCDK-cyclin B

CDK-cyclin DCDK-cyclin A

G2

G1

MG0

S

CDK-cyclinCDK-cyclin B

CDK-cyclin DCDK-cyclin A

- cicle cel·lular -

pRb

Multiples senyalsactiven el cicle

2. Gens inhibidors del creixement cel.lulargens supressors de tumors

ANTIONCOGENSEn la cèl·lular normal la seva funció es inhibir el creixement

cel.lular, es a dir són supressors de tumors

Es van descobrir estudiant el retinoblastoma, una neoplasiaque afecte a nens de forma esporádica o familiar

En alguns antioncogens es coneix la seva acció en el cicle cel·lular normal i en altres sols s’ha descrit la seva activat en situacions anormals

A les cel·lules neoplàsiques la seva funció está disminuïda o alterada NO Inhibeixen en el creixement

Tipus d’antioncogens segons el tipus de proteïna que codifiquen en el control del cicle cel.lular

Receptor GF

Efectorintracel·lular

Transmissió

Reguladors Nuclears

DNA

RNA

Divisió cel·lular

GF

Antioncogens

TGF receptor

APCNF-1

Rbp53p16BRCA-1,2

Gens - Proteïnes que participen en el control del cicle cel.lular

2. ANTIONCOGENS

1. a. 1. Reguladors del cicle celular

rb – pRb

El gen del retinoblastoma Rb codifica la proteïna pRb

Primer antioncogen identificat en una neoplasia humana

pRb es una fofoproteïna nuclear que s’expressa en tots el tipus de cèl·lules estudiades on es troba com

hipofosforilada pRb ACTIVA en cèl·lules en repòs G0

frena el pas del cicle cel·lular de G1 a S

hiperfosforilada pRb INACTIVA

activa el pas del cicle cel·lular de G1 a S

quan la cèl·lula entre en fase M les fosfatases separen els grups fosfats i pRb hipofosforilada s’activa

Pot estar mutat pRb o els gens que la fosforilen

G2

G1M

G0

S

CDK-cyclin D

Acció de pRb

pRb INACTIVAhiperfosforilada

pRb ACTIVAhipofosforilada

Activació de la transciripció

Activa G1 S

Bloqueig de la transciripció

Frena G1 S

Gens fase S

Gens fase S

E2F

E2F

E2F

E2F

Gens inhibidors del creixement

Gens activadors del creixement – GF -

ONCOGENS – CDK Cyclin - ANTIONCOGENS

CDK - Cyclin ------- pRb

2. ANTIONCOGENS

1. a. 2. Reguladors del cicle celular

p53 – p53 TP53 – TP53

p53 - fofoproteïna nuclear de 53 Kd que té una vida mitja molt curta 20”

La seva funció és la vigilància de la integritat del genoma s’anomena “guardià del genoma” o

“policia molecular”

Antioncogen mutat en un 70% de neoplàsies humanes

2. ANTIONCOGENS

1. a. 2. Reguladors del cicle celular

p53 – p53 (TP53)

Si hi ha una lesió del DNA (radiacions, químics...)

En la cèl·lula NORMAL s’indueix un acúmul de p53

- atura el cicle a G1

- permet la reparació del DNA abans de la replicació

- si el DNA NO es pot reparar l’acúmul de p53 indueix l’apoptosi

En una cèl·lula amb lesions al gen p53

- NO s’atura el cicle

- NO es repara el DNA

- NO s’ indueix apoptosi

Acció de p53 – p53

Cèl·lula normal

P53 normal

Cèl·lula amb mutacióo pèrdua de P53

Lesió DNA

Lesió DNA

Lesió DNA

p53

p53

activa gens

NO activa gens

p21 inhibidorCDK

Parada a G1

GADD 45reparador DNA

DNA Reparat

Baxapoptosi APOPTOSI

NO para el cicle

NO es repara DNA

NEOPLASIA

2. ANTIONCOGENS

1. a. Reguladors del cicle celular

rb – pRb

TP53 – TP53

BRCA- 1 i BRCA-2 carcinomes de mama

1. b. Reguladors de la transmissió de senyal

APC – Adenomatous Polyposis Coli

NF-1 – Neutofribromatosis tipus –1

1. c. Receptors de superfície

Receptor inhibidors de GF TGF- ß

TGF- ß a cèls. epitelials, endotelials i hematopoètiques és un potent inhibidor de la proliferació, deté les cèls. a G1 100% pàncrees i 85% colón

Proteïnes d’adhessió cel·lular cadherines

Molècules d’adhesió gen DCC (gen deleccionat en Cancer de Colon)

3. Gens reguladors de l’APOPTOSI

En una neoplàsia l’increment de la cel·lularitat pot ser per:

Activació d’oncogens que estimulen creixement cel·lular

Inactivació de antioncogens que inhibeixen el creixement

Mutació de gens que regulen l’apoptosi,

estimulen o inhibeixen la supervivència cel·lular

bcl-2 Bcl-2

Tot i que en una cèl·lula neoplàsica hi ha múltiples vies per les que es pot veure alterada l’apoptosi, les lesions del gen bcl-2 és una de les més freqüents i estudiades

Famílies de proteïnes pro - apoptòtiques - bax i bad

anti - apoptòtiques - bcl -2

Regulació de l’apoptosi

Cèl·lulanormal

bcl-2bax

bcl-2bax

APOPTOSI NEOPLASIA

bcl-2 bax

3. Gens reguladors de l’APOPTOSI

bcl-2 Bcl-2

Bcl-2 codifica la proteïna que inhibeix l’apoptosi, protegeix les cèl·lules en front de l‘apoptosi

Els limfòcits de memòria empren bcl-2 per assegurar la seva supervivència la sobrexpresió de bcl-2 és suficient per immortalitzar els limfòcits, però s’ha d’acompanyar d’altres mutacions per fer la transformació neoplàsica

El 85% dels limfomes fol·liculars sobrexpressen bcl-2

Gens relacionats amb l’apoptosi que intractuen amb bcl-2

P53 activat incrementa la síntesi de Bax i contrarresta l’accióantiapoptòtica bcl-2 p53 és proapoptòtic

c-myc promou el creixement sobreexpressió de c-mycantiapoptòtic

Relació p53 bax

Cèl·lulanormal

bcl-2bax

bcl-2bax

P53 upregula bax

APOPTOSI

NEOPLASIA Lesió DNA

Lesió DNA

4. Gens que regulen la reparació del DNA

Les cèl·lules normals tenen gran capacitat per reparar el DNA lesionat i previndre mutacions en gens que regulen el creixement cel·lular

Es sap que l’origen i acumulació de mutacions que donen lloc a una neoplàsia es per defectes en la reparació del DNA

S’han identificat diferents gens implicats en la reparació del DNA i els individus que hereten mutacions en aquest gens tenen gran risc de desenvolupar una neoplàsia

Els gens reparadors del DNA per ells sols no són oncogènics però afavoreixen les mutacions d’altres gens implicats en el procés de divisió cel·lular.

Malalties hereditàries amb defectes d'aquests gnes:

CCNPH Carcinoma de colon no polipòsic hereditari

Xeroderma pigmentosa

BRCA – neoplàsies de mama

TELÒMERS en les neoplàsies

• TelòmerSeqüència lineal de DNA situada a l’extrem d’un cromosoma que s’escurça en cada divisió cel.lular

• TelomerassaEnzim que periòdicament en algunes cèl·lules amplifica els telòmers

Gràcies als telòmers la majoria de les cèl·lules es poden multiplicar entre 60 o 70 vegades i perden la capacitat de divisió i la cèl·lula mort

A les cèl·lules germinals l’escurçament del telòmer s'evita per l’enzim telomerassa

TELÒMERS

Potencial de divisió il·limitat

Gràcies als telòmers la majoria de les cèl·lules es poden multiplicar entre 60 o70 vegades i perden la capacitat de divisió

A cada divisió els telòmers situats als extrem cromosòmics s'escurcen, i a partir de cert punt la pèrdua dels telòmers porta a l’aparició de anomalies cromosòmiques i la cèl·lula mort

A les cèl·lules germinals l’escurçament del telòmer s'evita per l’enzim telomerassa

Les cèl·lules neoplàsiques poden utilitzar alguna via per evitar l’escurçament del telòmer

85-95% de les neoplàsies és per activació de la telomerassa

TELÒMERS en les neoplàsies

Les cèl·lules neoplàsiques poden utilitzar alguna via per evitar l’escurçament del telòmer

85-95% de les neoplàsies és per activació de la telomerassa

Activació de la TELOMERASSA

Potencial de divisió il·limitat