Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Átírás

1 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A

2 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Balajthy Zoltám Molekuláris Terápiák 13. előadás SEJTCIKLUS ÉS RÁKTERÁPIÁK, P53

3 TÁMOP /1/A A 12 és 13. fejezet célja, hogy megismerjük a sejtciklus és a sejthalál egyes lépéseit, szabályzásait, a szabályozatlan sejtosztódás kialakulásának létrejöttét, a rákterápiás beavatkozás lehetőségeit. A 13. fejezet témakörei Tumorgátló gének és lehetséges biokémiai funkcióik A retinoblasztóma protein P53 transzkripciós faktor elsődleges szerkezete, regulációja Mutáns p53 aktivitásának a visszaállítása A természetes sejthalál Közös elemek a három sejthalál forma-sejtbiokémiai mechanizmusában Fas ligand és kaszpáz által aktivált sejthalál útvonal Tumor zsugorodás apoptózissal

4 Késői G fázis transzkripciós eseményei CDK inhibitor TÁMOP /1/A S fázis start DNS replikációs gépezet elindul pozitív erősítés CDK inhibitor Dihidrofolát reduktáz Timidin kináz Timidilát szintáz DNS polimeráz E2F: eukarióta transzkripciós faktor EGF: epitélsejt növekedési faktor CDK: ciklin dependens protein kináz Rb: retinoblasztoma fehérje D1, A, E: Ciklin D1, A és E transzkripció leállítás DNS replikációs gépezet elindul CDK inhibitor

5 TÁMOP /1/A Tumorgátló gének és lehetséges biokémiai funkcióik Név Kromoszómális lokalizációja A hiányzó fehérje biokémiai funkciója p53 17 a CDK inhibitor p21 indukciója, segítségével DNS hibajavítás, apoptózist indukál NF-1 17 neurofibromin (ras GTPáz aktiválás) Neurofibromatosis 1. tipus WT- 1 (Wilms-tumor) 11 4 Zn-ujjat tartalmazó transzkripciós faktor APC 5 apoptózist indukál, kölcsönhatásba lép β-kateninnel adenoma polyposis coli P16 melanoma 9 a cdk4 inhibitora PTEN P1 fosztatáz BRCA1 17 DNS hibajavítás emlő karcinóma BRCA1 13 DNS hibajavítás emlő karcinóma

6 A retinoblasztóma példája A retinoblasztóma gén 180 kb, 27 exon 4.7 kb mrna 105 kd fehérje TÁMOP /1/A A 13-mas kromoszómát kórosnak találták több retinoblasztómás sejtben; behatárolható volt, hogy melyik része hiányzik a kromoszómának, amikor ilyen tumoros sejtekből készítették a kromoszóma preparátumot. Ebből a részből klónozták a retinoblasztóma gént. Deléciókat figyeltek meg a génben, amikor retinoblasztóma sejtekből izolálták azt. A deléciók, a funkcióvesztő elváltozások gyakorisága egybeesett a retinoblasztóma előfordulásának gyakoriságával; vagyis a retinoblasztómás sejtekből mindig ilyen kóros gént lehetett izolálni. Az ép gén visszajuttatása a sejtekbe leállította a retinoblasztómás sejtburjánzást.

7 TÁMOP /1/A Tumorgátló gének: Retinoblasztóma és a p53 sejtosztódás gátlás Rb E2F DNS törés p p Rb G1 CDK aktív p p TF E2F Ac P53 1. Sejtciklus blokk 2. DNS törést javító- a G1 ellenőrző pontban rendszer aktiválás Ac S fázis / G2 P21 transzkripció elindítása p21 Javító enzimek transzkripciójának elindítása Mitózis Sejt osztódás Sejtciklus blokk G1 ellenőrző pontban p21 G1 CDK aktív DNA-hiba javítás DNs replikáció gátlás

8 P53 transzkripciós faktor elsődleges szerkezete TÁMOP /1/A ATM/ATR p Ser Ser N p Chk2 hdm2 Hdm2 p300 nuclear export signal ubiquitination or acetylation Lys 372 Lys Lys C Lys 383 transcriptional activation domain Sequence-specific DNA-binding domain tetramerization domain A p53 központi szerepet játszik a DNS sérülés és celluláris stresszre adott válaszban. Aktivációja sejthalált okozhat. Éppen ezért összetett szabályozásnak van kitéve, ami biztosítja, hogy csak akkor legyen aktív, ha az szükséges. A módosítások többsége DNS törés esetén a mennyiségének vagy a génszabályzó aktivitásának a növekedéséhez vezet. A humán ATM gén mutációja ataxia telangiectasia kialakulásához vezet, ami többek között a sugárzás okozta DNS kettős száltörés kijavításának a csökkenését okozza, és így a növeli az esélyét a rákos folyamatok kialakulásának. Az ATM a sérült DNS helyén effektor molekulákat foszforilál, így közvetítve a sérülési választ.

9 TÁMOP /1/A A p53 transzkripciós faktor regulációja I. hdm2 ubiquitin DNA sérülés ATM / ATR Chk2 Hmd2 p53 Hmd2 p p p53 P53 lebontás p53 turnover normál körülményekben p53 stabilizáció és tetramerizáció p300 p300 p p53 Hmd2 gén expresszió Sejtciklus gátlás Sejthalál

10 TÁMOP /1/A A p53 transzkripciós faktor regulációja II. Onkogén stimuláció (ciklinek, c-myc, E2F-1, Ras) BRCA1 p19arf Hipoxia DNA sérülés, UV (ATM, DNA-PK, ATR) A p53 transzkripciós faktor, mely sejtciklus gátlás ill. apoptózis kiváltása révén tumor szuppresszorként működik, számos celluláris stresszhatásra aktiválódik. Ezek közé tartozik a DNS károsodása, a hipoxia ill. a kóros proliferatív szignálok. Az hdm2 ubikvitin ligáz, amely a P53-at elviszi a fehérje lebontó rendszerbe. p53 Stabil h d m 2 acetiláció defoszforiláció P21(WAF1) GADD45 p p53 p53 p53 p53 p53 Stabil és aktív Célgének transzkripciója h d m 2 PIG BAX FAS/APO1 KILLER/DR5 Transzkripciós represszió P53 lebomtás NOXA APAF-1 PUMA IAP survivin sejthalál fehérjék

11 Mutáns p53 aktivitásának a visszaállítása I. TÁMOP /1/A Celluláris stressz Onkogén aktivitás Prima-1 CP p53 Hdm2 Arf Sejt halál Növekedés gátlás Nutlins A nutlinok az Mdm2-t gátolják a p53 megkötésében és lebontásában, a Prima-1 stabilizálja a mutáns, túl gyorsan lebomló p53-at.

12 Mutáns p53 aktivitásának a visszaállítása II. Onkogén stimuláció (ciklinek, c-myc, E2F-1, Ras) Hipoxia TÁMOP /1/A DNA sérülés, UV BRCA1 (ATM, DNA-PK, ATR) p19arf Onkogén mutációk p53 Stabil h d m 2 Nutlin terápia acetiláció defoszforiláció p p53 p53 p53 Gén terápia Stabilizáló molekulák h d m 2 P53 lebomtás p53 p53 Stabil és aktív Transzkripciós represszió IAP survivin P21(WAF1) GADD Célgének transzkripciója PIG3 BAX FAS/APO1 KILLER/DR5 NOXA APAF-1 PUMA sejthalál fehérjék

13 TÁMOP /1/A

14 13.2. A természetes sejthalál TÁMOP /1/A Az élő szövetekben állandóan előforduló fiziológiás folyamat az olyan sejtek zökkenőmentes eltávolítására: amelyeknek nincs funkciája (pl. morfogenezis, duplikálódó struktúrák, szexuális dimorfizmus), amelyek felesleges számban képződnek (pl. csontvelőben képződő sejtek), amelyek nem megfelelően fejlődnek (pl. limfociták egy része), amelyek már teljesítették funkciójukat (pl. endometrium, szöveti "turnover"), amelyek potenciálisan kárt okozó sejtek (pl. autoreaktív T sejtek, neutrofil granulociták). Természetes sejthalál formák a. Programozott sejthalál Embriogenezis funkcionális, fejlődéstani definíció; időben és térben megjósolható; aktív fehérjeszintézist igényel b. specializált sejthalál formák szövetspecifikus terminális differenciálódás; a sejthalál programja egy adott ponton felfüggesztődik; a részleges sejthalál specifikus szöveti funkciót szolgál; aktív fehérjeszintézist igényel (pl.vörösvértest, thrombocyta, szemlencse, kornifikáció) c. Apoptózis morfológiai definíció nem fiziológiás ágensek is kiválthatják nem mindig igényel aktív fehérje szintézist

15 TÁMOP /1/A Közös elemek a három sejthalál forma-sejtbiokémiai mechanizmusában sejtmag eliminálása DNS lebontás internukleoszómálisan hasító endonukleázokkal fehérje keresztkötő transzglutaminázok indukálása és/vagy aktiválása Specifikus proteázok aktiválása intracelluláris makromolekulák nem jutnak ki hatékony fagocitózis receptorok segítségével (kivéve kornifikáció és szemlencse)

16 Az apoptózis alaki jellemzői TÁMOP /1/A Zsugorodás Leválás Darabolódás Bekebelezés Emésztés

17 Fas ligand és kaszpáz által aktivált sejthalál útvonal TÁMOP /1/A Plazma membrán Mitokondrium Bcl-2, Apaf-1 Prokaszpáz-9 hasított Bid Bid Citokróm c Pro- ATP Prokaszpáz-kaszpáz-8 kaszpáz-8 Bax, Noxa, Puma, p53 Mdm2 kaszpáz-3 Apoptoszóma Citoplazma Diablo/SMAC XIAP sejthalál szubsztrátfehérjék proteolízise Sejt halál Nukleusz DNS hasítás DNA-PK, ATM ICAD CAD DNS S törés t

18 Szövettani festés Apoptózis festés Tumor zsugorodás apoptózissal TÁMOP /1/A Kezeletlen kontroll Radio terápia (RT) Halál ligand (TRAIL) Radio terápia (RT) + Halál ligand (TRAIL)

19 TÁMOP /1/A