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
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