A sejtciklus zavaraitól a tumorok kialakulásáig A sejtosztódás szabályozása A sejthalál szabályozása Proto-onkogének, onkogének, tumor szupresszorok –

Az előadások a következő témára: "A sejtciklus zavaraitól a tumorok kialakulásáig A sejtosztódás szabályozása A sejthalál szabályozása Proto-onkogének, onkogének, tumor szupresszorok –"— Előadás másolata:

1 A sejtciklus zavaraitól a tumorok kialakulásáig A sejtosztódás szabályozása A sejthalál szabályozása Proto-onkogének, onkogének, tumor szupresszorok – virális onkogének Telomeráz aktivitás és telomer öregedés Angiogenezis Immun moduláció Áttétek kialakulása Genetikai instabililitás Multi-drog rezisztencia Tumor őssejtek

2 A sejtciklus szabályzás zavarai - folyamatosan osztódó sejtek A szomatikus sejtek csak „engedéllyel” osztódhatnak: növekedési (túlélési) faktor igény. A folyamatosan osztódó sejtek rövid élettartamúak, apoptózissal elpusztulnak. A mutációk javítása folyamatos, a javíthatatlan mutációk apoptózis beindulásához vezetnek.

3 Sejtciklus szabályozás Dinamikus egyensúly áll fenn az elvesztett és a keletkező sejtek száma között. Az őssejtek, progenitor sejtek pótolják az elpsztult sejteket. A nagyfokú differenciáltság általában gátolja a sejt osztódási képességét (és fordítva). A sejtfelszíni receptorok specifikus faktorok kötése után jelutakat aktiválva megindíthatják a sejt osztódását. A félreérthető jelek, jelmolekulák megvonása apoptózishoz vezet. Számos sejttípus folyamatosan igényli túlélési faktorok jelenlétét.

4 A sejtciklus szabályzás zavarai : autokrin növekedési faktorok szerepe Az autokrin növekedési faktorok termelése bizonyos sejttípusoknál korlátlan sejtosztódást eredményezhet A mutáció rendszerint a GF gén enhancer-promoter szakaszát érinti Kromoszóma rendellenességek, rekombinációk következtében a gén szabályozó régiója kicserélődhet más gén hasonló darabjával, vagy a gén meg is sokszorozódhat EGF – hepatocelluláris cc gastrin – colorectális cc PDGF – embrionális cc IGF-1 – nyelőcsői daganatok

5 A sejtciklus szabályzás zavarai : növekedési faktor receptorok szerepe A receptor szerkezetét érintő mutációk (csak az aktív konformáció stabil, még a ligand távollétében is) A gén szabályozását érintő mutációk, génsokszorozódások: a kelleténél több géntermék Kromoszóma aberrációk, rekombinációk miatt ki- cserélődött szabályozó szakaszok (B sejt receptor- Abl protoonkogén) erb B2/HER-2 túltermelődött számos emlő tumorban

6 A sejtciklus szabályzás zavarai : G-fehérjék szerepe A GTPáz aktivitást befolyásoló mutációk pl. gátolják a GTP hasítását – a G-fehérje aktív időszaka megnyúlik (folyamatos marad) A Ras fehérje a humán tumorok jelentős részében mutáns: rendszerint a 12. (61. vagy a 13.) aminosav cserélődött ki, elrontva a GTP-áz katalitikus helyet: fals jel A Ras mutációk hatása: Raf (MAPK) útvonal, PI-3K (Akt/PKB) jelösvény RasGEF (GTP kicserélődési faktor)

7 A sejtciklus szabályzás zavarai : jelmolekulák szerepe A mutáció általában a jelmolekula génjének kódoló részét érinti (vagy splice-helyet) A kináz/foszfatáz (ubikvitin ligáz) egyensúlyt befolyásoló mutációk A jelfolyamat időtartamát befolyásoló mutációk Az aktivált jelmolekula kompartmentalizációját érintő mutációk 33 human tüdő tumorban 141-féle PK gént vizsgáltak - 41 hatásos PK mutációt találtak jellemzően CG/AT cseréket: dohányzás hatása

8 A sejtciklus szabályzás zavarai : transzkripciós faktorok mutációi A mutációk egyaránt előfordulnak a reguláló és a kódoló szekvenciákban A TF-ok „karmester” gének: sok, különféle gén aktivitását befolyásolhatják A TF-ok közvetlen hatással vannak a sejtosztódásra Myc: akut mieloid leukémiában (AML), hasnyálmirigy tumorokban abnormális STAT3 aktivitás figyelhető meg a tumorok jelentős részében

9 A sejtciklus szabályzás zavarai : ciklinek, cd-kinázok, gátló faktorok A szabályozó fehérjék (cdk-k, ciklinek, p21, p27KIP, stb.) aktivitását, reverzibilis aktiválhatóságát befolyásoló mutációk E fehérjék aktivitását rendszerint a MAPK-ok és transzkripciós faktorok határozzák meg.

10 Telomerek, telomeráz A szomatikus sejtek korlátlan szaorodását akadályozza a telomerek rövidülése Csak a csírasejtekben, őssejtekben és progenitorokban találunk működő telomerázt, amely képes a telomerek karban tartására.

11 Az apoptózisra való hajlam elvesztése folyamatosan osztódó sejtekben: „immortalizáció” A folyamatosan osztódó sejtek terminális differenciációja apoptotikus hajlammal jár. Ennek elvesztése a sejtek felszaporodását okozza. Túlélési faktorok abnormális szintje (ritkán), autokrin faktorok termelése (gyakran) okozza ilyen sejtek túlélését Túlélési faktoroktól való függetlenséget okozó mutációk Pro-apoptotikus faktorok hiánya, a halál-receptorok mutációi a sejtek felszaporodásához és egyéb súlyos tünetek (autoimmunitás) kialakulásához vezethet (lpr/gld mutációk egérben). Anti-apoptotikus faktorok túltermelődését okozó mutációk (bcl2 rendszer).

12 Pro- és anti-apoptotikus fehérjék egyensúlya a mitokondriumban A bcl2/bax géncsalád termékei szabályozzák a halál-hajlam mértékét (citokróm C kiszabadulást, a kaszpáz-kaszkád beindulását) Human B-sejtes limfóma sejtekben a Bcl 2 túltermelődik, a sejtek száma sok- szorosára emelkedik

13 Az apoptotikus hajlam elvesztése Az apoptozis aktív, ATP-igényes folyamat, számos enzis koordinált működését igényli. Mutációk következtében a sejt képtelen lesz az apoptózis végrehajtására, ez a sejtek „halhatatlanná” válásához vezethet.

14 Tumor-ellenes immunválasz, tumor-"escape" Tumor nekrózis faktor apoptózist okoz a transzformált sejtekben Rezisztencia alakulhat ki: elveszhet a TNF receptor, jelmolekulák, defektívvé válhat a kaszpáz kaszkád Dendritikus sejtek bemutatják a tumor anti- géneket: citotoxikus T sejtek ölik a tumor- sejteket, keringő ellenanyagok aktiválják a komplementet, ADCC alakul ki Az antigén bemutatás gátlódik (proteaszóma gátlás, TAP-gátlás, MHC szint csökkenés), komplement szabályozó fehérjék túltermelődnek NK sejtek ölik az MHC-negatív sejteket MHC-G kifejeződik, FasL termelésbe kezdenek a tumor sejtek

15 Oxigén és vérellátás: érképződés Cisztás mikrotumorok: külső sejtréteg osztódik, belső sejtek elpusztulnak a táplálék hiánya, anoxia miatt Elpusztult sejtek antigénjeit dendritikus sejtek prezentálják – CTL válasz A tumor sejtjei CSF-1 termeléssel akadályozzák a DC érését, a mieloid progenitorokból gyulladásos makrofágok kialakulását segítik elő Ezek a makrofágok növekedési faktorokat és VEGF-et termelnek: új erek keletkeznek, a tumorsejtek gyors szaporodásnak indulnak A tumorsejteket vérrel ellátó erek endotélje fokozottan érzékeny az immunsejtek által termelt TNF-re, a TNF endotél sejthalált, bevérzéses tumor nekrózist válthat ki A tumorsejtek immunmoduláló citokinek termelésével gátolhatják a TNF termelést A gyulladásos makrofágok által termelt szabadgyökök gátolják a CTL kialakulását és működését –teljes tolerancia alakulhat ki

16 A FAP gén mutációja/elvesztése Rendellenes DNS metiláció K-RAS mutáció A P53 funkció elveszik További mutációk A DCC funkció elveszik Normál epitél Hiperproliferáló epitél Korai adenoma Intermedier adenoma Késői adenoma KarcinomaMetasztázis A több lépéses tumorigenezis legjobban ismert példája: familiáris polipózis

17 Immortalizáció és tumor keletkezés Mitogén faktorok szintjét, a receptorok működését, a G-fehérjék és jelmolekulák aktivitását és a jelfolyamat hosszát befolyásoló mutációk, transzkripciós faktorok aktivitását, sejtciklus-szabályozó fehérjék működését érintő mutációk megzavarhatják a sejtciklus normális menetét Proto-onkogének domináns mutációi és a tumor-szupresszor gének (mindkét alléljének) egyidejű elvesztése szükséges az immortalizációhoz. A telomeráz enzimnek aktívvá kell válnia. További mutációk kellenek, amelyek a halál-receptorok elvesztéséhez, apoptózis rezisztenciához, CTL és NK-ellenálló képességhez vezetnek. Szükség lesz a komplement kivédésére, új kapillárisok kialakítására, az endotélben a halál-jelek semlegesítésére. Lokális immunmoduláció nélkül a sejtek nem maradhatnak életben. Újabb mutációkra lesz szükség, hogy a sejtek mobilizációja, metasztatikus képessége kialakulhasson, előnyös a multi-drog rezisztencia és a sugár-ellenállóképesség fokozása, stb. Hogyan lehetséges ennyi féle mutációt kialakítani viszonylag rövid időn belül?

18 Mutációs ráta és tumor keletkezés A DNS szintetizáló enzimkomplex hibájából a mutációs ráta nagyságrendekkel növekedhet. A "proofreading" enzimek hibája is megsokszorozza a mutációk előfordulását Ugráló gének "elszabadulása" a genom destabilizálását eredményezi A repair enzimek kiesése megrövidíti a kísérleti állat életét A heterozigótáknál alig van hatás – ha nem tesszük ki őket mutagének hatásának

19 A genetikai instabilitás oka, nem következménye a tumorok kialakulásának! A magas mutációs ráta elengedhetetlen a tumorsejt kialakulásához Mutáció érheti a DNS polimerázt, a proofreading- és a repair enzimet (vagy hosszú mutagén hatás, esetleg repair-gátlókkal kombinálva) Retrovírusok képesek a sejtet immortalizálni, speciális tumorok kialakulását elősegíteni (erythroleukemia, csonttumor, szarkóma, myeloblastosis, stb.) állatmodellekben és emberekben is Polióma vírusok sokféle tumortípus kialakulásában játszanak szerepet, főleg immunhiányos vagy legyengült szervezetekben Számos vírus (HPV, EBV, CMV, HHV-8, HBV és HCV, HLTV) és néhány baktérium (Helicobacter, Chlamydia, stb.) ismert tumor etiologiai ágens. A kórokozók virulencia faktorai (főleg kombinálódva) elősegítik a tumorsejtek megmenekülését.

20 Onkogének, proto-onkogének, virális onkogének P. Rous majd egy évszázada izolált egy „szűrhető” fertőző ágenst, amely képes volt szarkómát kialakítani baromfiban (Rous szarkóma vírus, RSV) Később felfedezték, hogy az egér emlőtumort vírus okozhatja, ez az anyatejjel kerül át az utódokba. Madár és emlős leukémia és szarkómavírusok felfedezése. Az RSV egyetlen génje felelős a tumorkeltésért, az onkogén transzformációért. A Src gén egy protein tirozin kinázt kódol. A szarkóma vírusok onkogéneket hordoznak. A retrovírus genomokban processzált onkogéneket találunk. A sejt homológ, normális génje a proto-onkogén A retrovírusok reverz transzkriptázzal írják át az RNS-t dsDNS-sé

21 B cell lymphoma Retrovirális onkogének A retrovirális onkogének gazda eredetűek. A eredeti gén intronjait és szabályozó szekvenciáit elvesztették, virális kontroll alatt állnak. Minden vírus törzs más és más, de csak egyféle tumor kialakítására képes (kivételesen hordozhat két onkogént: kétféle betegséget okozva) A retrovírus onkogén nélkül is okozhat tumor hajlamot: erős enhancerével integrálódhat egy proto-onkogén génje közelébe.

22 DNA vírusok virális onkogénjei Papillomaviruses Oral papilloma A DNA vírusok saját onkogénnel rendelkeznek, ezeknek nincs gazda homológja. A virális onkogén gyenge onkogén, csak fokozza a tumoros transzformáció esélyét Minden tumor különbözik a többitől, egy-egy vírustörzs sokféle malignitást okozhat. A papillomavírus fehérjéi gátolják a p53 és az Rb működését

23 DNA vírusok virális onkogénjei Hepatitis B és C vírusok Hepatitis B és C vírus fertőzések gyakran vezetnek perzisztens hepatítisz kialakulásához, ami idővel átalakulhat hepatocelluláris karcinómává Mindkét vírus vérrel terjed, a B különösen fertőző (ezért még sérült nyálkahártyán át is fertőzhet) Kitűnő vakcina áll rendelkezésre HBV ellen

24 DNA vírusok virális onkogénjei Hepatitis B és C vírusok Hepatitis B és C vírus fertőzések gyakran vezetnek perzisztens hepatítisz kialakulásához, ami idővel átalakulhat hepatocelluláris karcinómává Mindkét vírus vérrel terjed, a B különösen fertőző (ezért még sérült nyálkahártyán át is fertőzhet) Kitűnő vakcina áll rendelkezésre HBV ellen Kína: 500,000 - 1 millió új hepatocelluláris cc évente! Tajvan: a HCC relatív kockázata 217 x magasabb a fertőzöttek, mint a nem-fertőzöttek között

25 DNA vírusok virális onkogénjei Herpeszvírusok Herpeszvirus-8 – retrovírusokkal (leukémia virusok vagy HIV) karöltve – Kaposi szarkómát okozhat. Az EBV a felnőttek többségét fertőzi, de a BL csak a harmadik világ éhező, maláriában, álomkórban szenvedő (immunszupresszált) gyermekei között gyakori.

26 Patogének hozzájárulása daganatok fennmaradásához Kórokozók virulencia faktorai segítik a tumorsejtek kialakulását, és túlélését : Virális onkogének, tumor szupresszor-kötő proteinek, virális GF-ok, anti- apoptotikus fehréjék, immortalizáló faktorok –Immunszupresszív mechanizmusok: proteoszóma-gátlók, TAP-, és MHC szintézis- és transzport gátlók, limfocita-ölő toxinok, MHC analógok, –Immunszupresszív fehérjék, komplement-regulátorok, Th2 citokinek, virokinek és -receptorok, oldható citokin-receptorok, receptor-antagonisták Onkogén baktériumok: Helicobacter, Chlamydia, Mycoplasma

27 Tumor sejtek genom analízise: 1.minden tumor egyedi, más-más mutációs mintázatot mutat 2.elképesztő számú (több ezer) mutáció: "driver" és passenger mutációk 3.inszerciók, deléciók, reverziók, génduplikációk és pontmutációk, kromoszóma transzlokációk 4.egyre több genetikai marker: prognosztikus markerek gyógyítási stratégiát segítő markerek 5.a genetikai analízis egyre hozzáférhetőbb lesz, segítséget nyújthat a gyógyítás tervezéséhez

28 Genetikai és környezeti faktorok Human genetikai háttér: génhibák amelyek érinthetik a –DNS szintézis –a javító enzimeket –a proto-onkogéneket, anti-onkogéneket Környezeti faktorok: –mutagének, UV, Röntgen sugár, stb., –repair-inhibitorok –immunszupresszív anyagok, hatások Élő környezet: –növényi- és gomba-mutagének –vírusok, kórokozók –immunszupresszív hatások, éhezés, öregedés, –szociális stressz