Daganatok kórélettana. Varga Gábor Orálbiológiai Tanszék

Átírás

1 Daganatok kórélettana Varga Gábor Orálbiológiai Tanszék 2012

2 Daganatok kórélettana Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

3 Mitózis centrosoma - lila microtubulusok - zöld chromosome kék intermedier filamentumok - vörös

4 A sejtek sorsa: Proliferáció Differenciálódás Sejthalál

5 Az eukarióta sejtosztódás modellje: a sejtciklus

6 A szervezet sejtjeinek csak kis hányada osztódik folyamatosan, nagyobb hányada nyugalmi állapotban van Szabályozás: fix: S és M változó: G 1 és G 2

7 A sejtciklus szabályozása

8 Daganatok kórélettana Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

9 Terminológia onkológia: a tumorok tanulmányozása neoplázia: új növekedés (autonómiára utal, a növekedési kontroll elvesztésére) - kontroll alól felszabaduló sejtosztódás szomatikus mutációk következtében

10 Mi a rák? A rák a szomatikus sejtek genetikai megbetegedése mutációk sorozata...

11 Korlátlan replikációs képességség Mi a rák? Az apoptózist elkerülése Önfenntartó növekedési signál A növekedést gátló szignálokkal szembeni rezisztencia A rák egy komplex, többfaktoros genetikai rendellenesség, amely a sejtosztódás szabályozottságának elvesztéséhez vezet. - a rákos sejtek gyakrabban osztódnak Fenntartott angiogenezis Szöveti invázivitás és metasztázis - a rákos sejtek nem mutatnak kontaktgátlást és tumort képeznek - a rákos sejtek más szövetekbe is behatolhatnak (metasztázis) - a rák egyetlen sejtből indul ki

12 A rák definíciója A rák egy olyan genetikai betegség, amelynek során néhány testi sejt a normál működését és tulajdonságait elvesztve kikerül a kontroll alól: Megnövekedett replikáció Apoptózissal szembeni rezisztencia Halhatatlanság Az extracelluláris mátrix leépítése/átépítése Angiogenezis Metasztázis képzés

13 A sejt az élet alapegysége, így a rák számára is Az emberi szervezet mintegy ~10 12 sejtből épül fel, amelyek osztódása, halála és differenciálódása erősen szabályozott. A sejtek mind pozitív, mind negatív extracelluláris jelekre reagálnak, hogy fenntartsák az egészséges működést.

14 A sejtek fenotípusa széleskörűen variábilis

15 A sejtek reakciója külső ingerekre Élettani körülmények Szignál transzdukció Kémiai, biológiai, Vagy fizikai sérülés Más sejtek Fehérjeaktivitás változtatás Extracelluláris mátrix Génexpresszió szabályozás Differenciáció Sejtosztódás Apoptózis Metabolizmus Motilitás

16 A rák egy genetikai betegség (sejtszinten)

17 A rák egy genetikai betegség - 2 Míg a rák kialakulásának esélye örökölhető, addig a ráksejtekben a malignus fenotípust adó genetikai változások mind örökölhető, mind környezeti hatások eredményei. A génexpressziót befolyásoló epigenetikus tényezők ugyancsak fontosak a rák kialakulásában

18 A rák egy genetikai betegség - 3 A legtöbb rákos genetikai változás az egészséges sejtélettani kontroll mechanizmusok megváltoztatására irányul. Rákos átalakulás során a gének általában nem nyernek teljesen új funkciót.

19 A rák egy genetikai betegség - 4 Az elsődleges génaktivitás változások legtöbbször a genomi DNS strukturális változásának köszönhetőek: DNS nukleotid mutációk Funkcióvesztés A funkció megváltozása DNS szál törésének következtében kialakuló génvesztés DNS szál törésének következtében kialakuló gén újrarendeződés adott gének amplifikációja

20 A rák egy genetikai betegség - 5 Egy ember élete során szomatikus sejtjeiben mutációk vagy egyéb genetikai változások jönnek létre A változások a szomatikus utódsejtekbe tovább adódhatnak, de az ivarsejtekbe nem

21 A rák egy genetikai betegség a szervezet egésze szemszögéből is A rákos betegségeknek csak kis része familiális eredetű A rákra hajlamosító gén a DNS transzmisszió során továbbítódik (ivarsejtek) A rák géncsaládjainak tanulmányozása fontos adatokkal szolgálhat a rák eredetének vizsgálatában A nem-familiális rákot sporadikusnak nevezik

22 Daganatok kórélettana Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

23 A daganatok típusai Benignus jóindulatú: lokalizált és műtéttel eltávolítható; a betegek általában túlélik Malignus- rosszindulatú: invazív tumor, ami képes szerkezeti pusztításra és távolabbi helyekre történő elterjedésre (metastasis); gyakran a beteg korai halálával járhat A benignus és malignus kifejezések leírják a tumorok biológiai viselkedését, amely a biológiai viselkedés a tumor differenciáció mértékével és a növekedés szintjével jellemezhető (és a sejthalál mértékével)

24 A rákok fajtái Szövettípus Jóindulatú Rosszindulatú Epiteliális mirigyek vagy duktuszok adenóma in-situ-karcinóma adenokarcinóma striált pikkelyes szövet (pl. bőr, tüdő) pikkelyes sejtpapillóma pikkelyes vagy epidemoid karcinóma bazális sejtek (bőr) bazális sejtkarcinóma melanociták (bőr) nevus malignus melanóma vese epitél sejtek vese tubuláris adenóma vese karcinóma májsejtek májsejt adenóma hepatocelluláris karcinóma Kötőszövet és függelékei fibroblasztok fibróma fibroszarkóma porc kondróma kondroszarkóma csont oszteóma oszteogén szarkóma striált izom rabdomióma rabdomioszarkóma erek hemangióma angioszarkóma Csontvelő, lép hepatopoietikus sejtek leukémiák, eritroleukémiák, mielóma, limfómák Idegszövet Perifériás idegrendszer Központi idegrendszer neuroblasztok gliómák, asztrociták, medulloblasztómák

25 A rák komoly egészségügyi probléma, a szív problémák után második, a morbiditás és mortalitás tekintetében Az Amerikai Egyesült Államokban: 538,000 halott 1994-ben Az összes elhalálozások 23 %-a Az ország lakóinak 1:5 az esélye, hogy rákban haljanak meg Több mint 1,000,000 új diagnosztizált eset, minden évben

26 U.S.A. statisztikák - előfordulás

27 U.S.A. statisztikák - halálozás

28 U.S.A. Statisztikák Különböző tumorok előfordulásának változása férfiak

29 U.S.A. Statisztikák - különböző tumorok előfordulásának változása nők

30 Daganatok kórélettana Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

31 Szájüregi leukoplakia (mint rákmegelőző állapot)

32 Szájüregi carcinoma

33 Az évi új bejelentett daganatos esetek száma mindkét nemre vonatkoztatva ben a Nemzeti Rákregiszter adatai alapján ( tumor, beteg) Tüdő 8827 Kolorektális (vastag- és végbél) 7600 Bőr 6379 Emlő 5730 Nyirok- és vérképzőrendszer 3034 Ajak- és szájüreg 2993 Prosztata 2304 Gyomor 2175 Húgyhólyag 2091 Vese 1535 Hasnyálmirigy 1466 Melanoma 1286

34 Magyarországi daganathalálozási sorrend (KSH ) (Az adatok mindkét nemre vonatkoznak.) Daganat Tüdő Kolorektális Emlő Gyomor Nyirok- és vérképzőrendszer Ajak- és szájüreg Hasnyálmirigy Prosztata Máj Nyelőcső Epehólyag Húgyhólyag Agy Összesen

35 % Halálozási mutatók az 1960-as adatokhoz viszonyított alakulása száj-garat daganatok összes daganat összhalálozás év

36 Hat nagy halálozási gyakoriságú rosszindulatú daganat növekedési dinamikája 25 év alatt ( ) Esetszám Daganat Növekmény % Ajak- és szájüregi rák Légcső-hörgő-tüdőrák Vastag- és végbélrák Hasnyálmirigy Emlőrák Prosztatarák

37 Daganatok kórélettana Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

38 Mi a rák? A rák a szomatikus sejtek genetikai megbetegedése mutációk sorozata Kialakulásában genetikai prediszpozíciók, környezeti tényezők és véletlenszerű genetikai elváltozások egyaránt szerepet játszanak

39 Genetikai és környezeti tényezők szerepe a daganatkeletkezésben Gyomor, máj, colon és prostata rákok kiváltotta halálozás aránya különböző japán csoportok között, kaliforniai fehérekhez is hasonlítva

40 Környezeti karcinogén tényezők Gyógyszerek: immunszuppresszánsok, hormonkezelés, stb. Szerves vegyszerek: Rovarölő szerek, gyomirtók, aromás vegyületek, stb. Cigaretta, dohányzás Etanol Nehézfémsók Szexuális úton terjedő vírusok: HTLV-I, Herpes simplex, Human papilloma virus Sugárzás: UV és radioaktív

41

42

43 Öröklődés és rák Öröklődő prediszpozíció Környezeti tényezők által indukált rákok familiáris halmozódása Rákos betegek közeli rokonai között átlagosan háromszorosára nő az adott neoplázia kialakulásának gyakorisága Emlő, vastagbél és endokrin daganatok esetén a rákos betegek közeli rokonai között több, mint háromszorosára nő az adott neoplázia kialakulásának gyakorisága. A rák előfordulásának gyakorisága jelentősebb nagyobb az Rb és p53 gének öröklött mutációja esetén.

44 Öröklődés és rák Öröklődő preneoplasztikus elváltozások: Proliferatív állapotok: Familiáris polyposis a vastagbélben, egyes bőrelváltozások. Instablil DNS szindrómák (xeroderma pigmentosa). Szerzett preneoplasztikus elváltozások Regeneratív, hiperplasztikus, és diszplasztikus sejtosztódások növelhetik a malignus neopláziák előfordulásának valószínűségét.

45 Daganatok kórélettana Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

46 A malignus transzformáció A malignus transzformáció nem egyetlen lépésből áll, hanem (becslések szerint) 5-10 egymást követő szomatikus mutáció következménye. Ez a tumor keletkezés többlépcsős elmélete (multi-step theory). Ez az oka annak, hogy: a tumorok gyakorisága nő az életkorral léteznek öröklődő malignus tumor szindrómák (pl. Li-Fraumeni sy: p53 mutáció)

47 Minden malignus tumor monoklonális Látszólag minden malignus tumor monoklonális eredetű. Egy sejt minden leszármazottját klónnak nevezik a sejtbiológiában. A klóntagok elméletileg azonosak genetikailag.

48 A neoplasztikus sejtek klonalitása A malignus tumorok szinte kivétel nélkül monoklonális eredetűek Azonos glucose-6-foszfát izoenzimek női paciensekben (X-kapcsolt enzim). Ha van kromoszómális abberráció, akkor azt általában az összes tumoros sejt hordozza Limfoid tumorokban adott sejtre jellemző egyedi immunoglobulin átrendeződés, egyedi T-sejt receptor gén mintázat A klón egy sejt utódainak összességét jelenti. A klón tagjai elvileg genetikailag azonosak.

49 Apoptózis elkerülése TERT Bcl-2 p53 CAMs E-cadherin integrins +/- Sejtciklus regulációja onkogének TSGs Genetikai instabilitás

50 Szelekciós előny a transzformáció során

51 A vastagbélrák fejlődési stádiumai

52 Normál vastagbél epitél sejt (egy működő APC másolat) Vastagbél epitél sejt (egy működő APC másolat) Egy APC tumorszuppresszor gén mutációja A második APC tumorszuppresszor gén mutációja (az APC funkció elvesztése) A vastagbélrák kialakulása: Vogelstein modell Hiperproliferatív epitél sejt Az átlagos populáció kezdeti pontja Az 1 APC mutációval rendelkező egyedek kezdeti pontja Korai adenóma Átmeneti adenóma Késői adenóma A K-ras proto-onkogén mutációja (onkogénné válik) A DCC (18q) tumorszuppresszor gén funkciójának elvesztése A p53 tumorszuppresszor gén funkciójának elvesztése Karcinóma

53 Vastagbél carcinoma kialakulása (mutációk sorozata)

54 Tüdőkarcinoma kialakulásának molekuláris mechanizmusa (mutációk sorozata)

55 Mellrák kialakulásának molekuláris mechanizmusa (mutációk sorozata)

56 Tumor progresszió és heterogenitás A tumor progresszió permanens változások megjelenését jelenti a tumoros sejtek egy szubpopulációjában. A malignus tumorok mutációs rátája magasabb az egészséges szövetekénél. Emiatt a kezdetben egységes klón szubklónokra oszlik (heterogenitás). Miért jobbak a terápiás eredmények: a korán diagnosztizált eseteknél? a kemoterápiás szer első használatakor, mint másodjára?

57 Tumor progresszió: A terápia miatt kialakuló klónszelekció Heterogén neoplazma populáció Szelekciós nyomás Rezisztens sejtek szelekciója, későbbi elterjedése

58 Daganatok kórélettana Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

59 A daganatos transzformáció során érintett gének - Proto-onkogének - Tumor szupresszor gének - Programozott sejthalált szabályozó gének - DNS reparációs gének

60 nyugvó receptor jel (növekedési faktor) nyugvó jelátvivő fehérjék nyugvó szabályozó fehérje nyugvó gén sejtmag az osztódás beindulásához szükséges gén nyugvó sejt

61 nyugvó receptor jel (növekedési faktor) nyugvó jelátvivő fehérjék nyugvó szabályozó fehérje nyugvó gén sejtmag az osztódás beindulásához szükséges gén nyugvó sejt

62 nyugvó receptor jel (növekedési faktor) működő receptor nyugvó jelátvivő fehérjék nyugvó szabályozó fehérje nyugvó gén sejtmag aktív szabályozó fehérje az osztódás beindulásához szükséges gén működő jelátvivő lánc a gén bekapcsolása bekapcsolt gén nyugvó sejt osztódó sejt

63 Az osztódást szabályozó hálózat génjeinek valamelyikében meghibásodás, mutáció történhet: beragad a gáz, elromlik a fékrendszer. Ez a külső szabályozástól független, korlátlan sejtosztódáshoz vezethet.

64 nyugvó receptor nyugvó jelátvivő fehérje folyamatosan működő jelátvivő fehérje A sejt jel nélkül is folyamatosan osztódik

65 Onkogének Tumor szuppresszorok Normál változataik a proto-onkogének Normálisan sejtproliferációt indukálnak Gain of function variánsok aktívabbak Domináns módon fejtik ki hatásukat Normálisan a sejtosztódást gátolják, vagy apoptózist indukálnak, vagy biztosítják a genom stabilitását Loss of function variánsok Recesszív módon fejtik ki hatásukat

66 A protoonkogének normál celluláris gének, melyek a növekedés szabályozásában vesznek részt. Daganat alakulhat ki, ha ezen gének szabályozhatatlanná válnak, s helytelenül aktiválódnak..

67 Az onkogénekkel homológ celluláris gének proto-onkogének Növekedési Faktorok (GF) Növekedési Faktor Receptorok (GFR) Kinázok G Proteinek Génregulációban szerepet játszó foszfoproteinek

68 A sejtosztódást indukáló protoonkogének rendellenesen aktiválódnak -megnövekedett expresszió egy új genomikus régióban -új funkcióval rendelkező fúziós protein képződése

69 A proto-onkogének fehérjetermékeinek funkció szerinti csoportosítása - Növekedési faktorok (growth factors) pl. EGF, sis (PDGF-B) int-1 (FGF) - Növekedési faktor receptorok pl. erbb (EGF-R), erbb-2(neu) (PDGF-R), fms (CSF-R), ros (ins.-r) - Protein kinázok (ser/thr, tyr) pl. src, abl, yes, fps/fes, ros, kit, mil, mos, raf, pks - G-proteinek (GTPase) pl. ras-family (H, N, K, R, RalA, -B) - Regulátor protein - inaktivátorok pl. h-mdm2 - Nukleáris proteinek (transzkripciós faktor/regulátor) pl. fos, myc, myb, ski, ets

70 Proto-onkogének aktiválódása Pontmutáció A ras gén egy olyan proto-onkogén, ami pontmutáció hatására aktiválódik. Kromoszóma transzlokáció A 9 és 22 kromoszómák transzlokációja krónikus mieloid leukémiában egy olyan fúziós gént eredményez, ami aktivált tirozin kinázt termel (Philadelphia kromoszóma) Gén Amplifikáció - Specifikus oncogének, mint az N-myc és az C-neu neuroblastomában és emlőrákban expresszálódnak. Epigenetikus mechanizmusok - Nem a DNS szekvenciában meghatározott génszabályozási mechanizmus. Ilyen a gének szelektív metilációja. A malignus tumorok DNS-e gyakran kevésbé metilált, mint az egészséges sejteké

71 A proto-onkogének aktivációja A proto-onkogének normális gének megfelelő fiziológiás, a fejlődésben és/vagy homeosztázisban fontos funkcióval, amelyek prekurzorként szolgálnak más génekhez, amelyek viszont képesek domináns onkogénként viselkedni A genetikai kódolás változása egy új vagy felgyorsított biokémiai aktivitáshoz vezet

72 Növekedési faktorok és/vagy receptoraik túlzott expressziója

73 A proto-onkogének aktivációja: a kis GTP-ázok mutációja Példa: RAS Fiziológiás funkciója egy GTP-áz aktivitás, amely a MAP kináz szignál transzdukciójában játszik szerepet Két variánsa: a H és K, gyakran mutálódnak tumorokban Sok rákfajtában mutálódik, főleg karcinómákban Mutációja egy inaktív GTP-ázt eredményez, így a GTP-t kötve aktív marad Mutációi csak néhány egy pár kodonban találhatók, főleg a 12-es kodonban

74 A K-RAS pontmutációi Misz-sense mutációk a 12, 13 és 61-es kodonon megváltoztatják a géntermék aktivitását codon száma DNS aminosavak GTT GGA GCT GGT GGC GTA- -val gly ala gly gly val- mutáció -GTT GGA GCT GAT GGC GTA- -val gly ala asp gly val-

75 A proto-onkogének aktivációja: a K-RAS mutációja Normal RAS Mutáns RAS P i RAS- GDP GTP RAS- GDP GTP X RAS- RAS- GTP GDP GTP GDP Szabályozott MAP kináz kaszkád Szabályozatlan MAP kináz kaszkád Megnövekedett sejt proliferáció

76 A Ras protoonkogén aktiválódása

77 A proto-onkogének aktivációja: protein kinázok aktivációja Példa: c-src Normális feladata a tirozin-kináz aktivitás, amely a sejtnövekedési szignálokat továbbítja A C-terminus tirozin mutációja leválasztja a gátló szabályozó régiót, amely egy erősen aktív kinázt hoz létre az onkogén vírusokban (v-src) és néha tumorokban A protein-kinázok rendkívül fontosak a növekedési hormonok szignáltranszdukciójában A receptor tirozin kinázok különösen fontosak a tumorokban

78 A protein kinázok és a rák Mintegy 500 különböző kináz van a genomban A növekvő vagy malignus tumorokban soknak megváltozik az expressziója Sok tudományos karrier alapult a kinázok kutatására Nagyon kevés kinázt mutattak ki emberi tumorokban (MET, b-raf) Számos receptor tirozin kináz sokszorozódik bizonyos tumorokban (EGFR, ERB-B2)

79 A célzott rákterápia fontos célpontjai a protein kinázok A kinázok gyógyszerelhető célmolekulák A hatóanyagok általában ATP-hasonmások, amelyeket specifikus kinázok irányába módosítottak Habár a tumorokban nem gyakori a mutációjuk, nagyon sok onkogén szignál megy keresztül a kinázokon, így pl. az AKT és az ERK/MAPK kinázokon

80 Transzlokáció mintapéldája: A Philadelphia kromoszóma A krónikus mieloid leukémiás betegekben található Philadelphia kromoszómán egy olyan fúziós fehérje képződik, amit az eredetileg a 9. és 22. kromoszómákon elhelyezkedő gének kódolnak.

81 A Philadelphia kromoszóma A reciprok transzlokációban részt vevő gének: ABL (9q34.1) BCR (22q11) Abelson leukemia proto-onkogén Breakpoint cluster region gén Az eredmény egy a 9-es kromoszómán létrejött új, abnormális, fúziós gén, melynek fehérjeterméke konstitutív tirozin kináz hatású enzim. Ennek specifikus gátlószere pl. a Gleevec nevű gyógyszer, mellyel jó eredményeket értek el CML-ben és más malignus kórképekben is.

82 A Philadelphia kromoszóma

83 A Burkitt s limfóma (másik transzlokációs példa) 8 14 Translocation 8; 14 A c-myc proto-onkogén átrendeződése a 8. kromoszómáról egy, a 14. kromoszómán elhelyezkedő nagyon aktív gén közelébe okozza a kórt.

84 DNS virális onkogének Igazi virálisan kódolt onkogének Nem analógjai az emlős géneknek Néhány humán rák-altípusért felelősek Példa: Humán papillomavírus (HPV) a cervikális és szájüregi karcinómákban E6: Inaktiválja a p53 tumor szuppresszor gént E7: Inaktiválja az RB tumor szuppresszor gént További példák: SV40, JC, polyoma, EBV

85 A HPV és a cervikális tumorképződés (valamint a szájüregi daganatok jelentős részében) A HPV vírus megfertőzi a pikkelyes mukózát Az eredmény: Condyloma/ alacsony fokú diszplázia További genetikai változások következtében magasfokú diszplázia alakul ki További változások miatt invazív karcinóma alakul ki A HPV elleni immunizálás a cervikális karcinómák 70-95%-át előzheti meg az elkövetkezendő két évtizedben.

86 HPV onkogének aktivitásának patomechanizmusa HPV genom Onkogén mechanizmus: a G1/S sejtciklusi fázis közötti ellenőrző pont szabályozásának megbomlása, amely a sejtszaporodás növekedéséhez vezet Forrás: Introduction to Oncogenes and Molecular Cancer Medicine, D.W. Ross, 1998

87 A HPV tanít minket a p53 és prb tumor szuppresszorokról Adenovírus és SV40 onkogének ugyancsak inaktiválhatják a p53-at és prb-t

88 Tumor szupresszor gének Gének azon csoportja, amelyek normálisan a sejtek osztódását A class gátolják. of genes Például: that normally p53 és Rb suppress cell proliferation. Examples are p53 and A Rb. tumor szupresszor gének termékeit inaktiváló mutációk hatására a sejt növekedése felszabadul a gátlás Mutations alól, és fokozott that inactivate proliferációhoz the tumor vezet. suppressor gene products can release cells A from tumor grow szupresszor th suppression gének mindkét and lead alléljének to mutációval hyperproliferation. történő inaktiválása szükséges ahhoz, hogy Both fokozott alleles proliferáció of the tumor jöjjön suppressor létre (recesszív gene genetikai must be manifesztáció). inactivated by mutation for hyperproliferation to occur.

89 Inaktiválódott sejtosztódást gátló gének (példák): A sejtciklust G1-ben tartó gén mutációja (pl. RB) retinoblasztómát okoz. A p53 gén apoptózist indukál DNS károsodást követően. Mutációja különböző rákok kifejlődéséhez vezethet. A tumor szupresszióban és DNS hibajavításban résztvevő BRCA1 gén mutációja örökletes mellrákhoz vezethet.

90 A retinoblasztóma tulajdonságai minden ből egy gyermek A leggyakoribb gyerekekben előforduló szemtumor Öröklődő és nem-öröklődő formában is előfordul A rizikó azonosítása csecsemőkorban jelentősen csökkenti a morbiditást és a mortalitást

91 Az Rb fehérje feladata a sejtciklus szabályozásában RB defoszforiláció G 0 PROGRAMOZOTT SEJTHALÁL RB foszforiláció

92 Az öröklődő és nem-öröklődő retinoblasztóma összehasonlítása Tulajdonság Tumor Örökölhetőség Beteg kora a diagnóziskor Másodlagos tumorok rizikója Nem öröklődő Unilaterális Nincs ~2 éves Nincs Öröklődő Ált. bilaterális Az esetek 20%-ban <1 év Oszteoszarkóma, egyéb szarkómák, melanóma, stb.

93 Knudson féle Két csapás modell a retinoblasztómára 2 normáls intakt másolat a Time-ból módosítva, Oct. 27, 1986 Prediszponált 1 intakt és 1 mutáns másolat Érintett Mindkét másolat hiánya ASCO

94

95 A p53 tumor szuppresszor gén Talán a legáltalánosabban mutálódó gén emberi tumorokban Egy sejtmagi foszfoprotein, transzkripciót szabályozó funkcióval

96 Normális p53 aktivitás szerepe a sejtek apoptosisának szabályozásában

97 Mutáns p53 aktivitás a sejtek apoptosisának elmaradásához vezet

98 A p53 protein paradoxon A vad típusú p53 protein rövid életidejű és alacsony az expressziós szintje Általában nem detektálható immunhisztokémiával A mutáns p53 protein, miközben inaktív, hosszabb az életideje A megnövekedett sejti felhalmozódás miatt kimutatható immunhisztokémiával Más szavakkal: amikor a p53 látható, a p53 funkció hiányzik!

99 A fiziológiás p53 funkció Fiziológiás körülmények között a p53 dimert képez (instabil, csak alacsony koncentrációban van jelen a sejtben)

100 Aktivált p53 funkció A stimulált p53 dimerek tetramerekbe rendeződnek, kötődnek a DNS-hez és génexpressziót indukálnak, amely apoptózishoz és a sejtciklus megakadályozásához vezet (stabilizált p53 forma, átmenetileg magas szintet ér el a sejtben)

101 Mutáns p53 funkció? Mitokondriális funkció? Alternatív promoterek A normáls p53 protomoterek nem indukálnak génexpressziót A mutáns p53 dimerek tetramereket képeznek a normális p53-akkal. Ezek azonban nem kötődnek a DNS-hez. (a kevert p53 tetramerek a sejtben permanensen magas szinten vannak jelen)

102 p53 immunhisztokémia

103 p53 génfunkció Oxidatív stressz Pro-replikációs stimulus Genotoxikus stressz (Hipoxia) (DNA károsodás)? Közvetlen szerep a kromoszóma szegregációban Redox gének indukciója + - Apoptózis (proapoptotikus gének indukciója) + p53 Transzkripciós faktor Sejtciklus gátlása (a p21(cip1/waf1 indukciója)? Közvetlen szerep a DNS javítás mechanizmusokban DNS javítás (a DNS repair gének indukciója)

104 p53: a genom testőre DNS károsodás (besugárzás, kemoterápia) szenzor Vad típusú p53 Sejtciklus S Sejthalál Magas DNS károsodás Halál és apoptózis G1 R M Alacsony DNS károsodás A károsodás kijavítás, túlélés

105

106 A programozott sejthalál, az apoptózis gátlásában (pl. blc-2 gén) illetve indukciójában (pl. bax, p53 gének) számos fehérje vesz részt. Ezek funkciókiesése illetve felerősödése jelentősen befolyásolja a sejt sorsát.

107 mikrorns-ek Gyorsan fejlődő terület Biztos, de a génexpressziós kontroll komplex mechanizmusai Néhány mirns-t (pl. mir15) összefüggésbe hoztak a rákkal

108 Szteroid hormon receptorok a rákban A hormon-szabályozott szövetekben előforduló rákok gyakran hormon-szabályozott növekedést mutatnak normál megnövekedett hormon-érzékenység A hormon receptorok a korai tumor progresszióban általában nem mutálódnak onkogénekké A hormonellenes terápia mégis hatékony ezekben a tumorfajtákban Anti-ösztrogén terápia mellrákban Anti-androgén terápia prosztatarákban

109 Szteroid hormon receptorok a rákban A hormonok abnormális szintje a megnövekedett sejt proliferáció miatt előidézheti a tumor képződését Mellrák, endometriás rák A hormon endogén és exogén eredetű is lehet Hormon Hormon-stimulált sejtproliferáció Hormonellenes terápia Egészséges sejt Mutáció, Tumor progresszió Hormon-érzékeny rák

110 A szteroid hormonok hatásmechanizmusa szteroid hormon citoplazma citoplazmatikus szteroid hormon receptor nucleus a hormon/receptor komplex transzlokálódik a nukleuszba a DNS-hez kötődve szabályozza a transzkripciót

111 Daganatok kórélettana Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

112 Terápiás lehetőségek Klasszikus eljárások sebészet kemoterápia besugárzás Új eljárások angiogenezis gátlása génterápia immunterápia

113 Tumorfejlődés és növekedés Transzformáció A transzformálódott sejtek növekedése A tumorsejtek inváziója a körülvevő szövetekbe A tumorsejtek távoli helyeken adott metasztázisa

114 Az angiogenesis előrehaladásának sejtes és biokémiai folyamatai

115 Angiogenikus stimulusok neovaszkularizáció során mellrákban

116 Az angiogenesis A sejteknek erekre van szüksége az oxigén- és tápanyag ellátáshoz A rákoknak vagy az eredeti ereket kell felhasználnia, vagy új ellátásról kell gondoskodnia

117 Az angiogenesis Sok rák kibocsát angiogenikus citokineket Vaszkuláris endotél növekedési faktor (VEGF) bazális fibroblaszt növekedési faktor (bfgf) Vérlemezke eredetű endotélsejt növekedési faktor (PD-ECGF) Stimulálja az endotél sejt proliferációját, migrációját, az érformációt és az erek fenntartását Az angiogenesis elleni terápia hasznos eszköz lehet a rák elleni küzdelemben

118 Mire van szüksége a tumorsejtnek a metasztázishoz? A proteázok segítik az alapmembránon keresztüli inváziót Túlélő faktorok, amelyek segítik a túlélést vérben vagy távoli szövetekben Adhéziós és migrációs faktorok, hogy el tudják hagyni véráramot Ezek a faktorok fontos terápiás célpontok lehetnek

119

120 Az angiogenezis gátlása Saját vérellátás nélkül a daganatok legfeljebb 1 mm átmérőt érhetnek el (in situ carcinoma) Számos tumor termel angiogenezist elősegítő illetve gátló anyagot. A primer tumor gátolhatja a metasztázisok ill. más tumorok növekedését. Az angiogenezis, így a tumornövekedés gátlása egyrészt az endogén angiogenezis promoterek (pl. VEGF) szelektív gátlásával, másrészt az endogén inhibítorok (pl. angiostatin, endostatin) célzott bejuttatásával gátolható

121 A génterápia alapelvei 1 adeno-asszociált vírus sejtmag adenovirus retrovirus/lentivirus csupasz DNS célsejt fehérjetermék a célsejt működésének megváltoztatására

122 A génterápia alapelvei 2 adeno-asszociált vírus sejtmag adenovirus retrovirus/lentivirus csupasz DNS célsejt fehérjetermék más sejtek működésének megváltoztatására

123 Rosszindulatú daganatok génterápiával történő kezelése inaktivált tumor szupresszor gén működő változatának újbóli bejuttatása (100%-os hatékonyságot igényelne) antigéneket, citokineket kódoló gének bejuttatása az immunogenitás növelése érdekében toxicitást okozó gén bejuttatása (timidin-kináz gén + ganciklovir kezelés) módosított vírusok (cytopathogén adenovírus, amely csak p53 vagy Rb mentes sejteket képes fertőzni)

124 Nyaktájékon kifejlődött daganat visszaszorítása Onyx-015 alkalmazásával

125 Nyaktájékon kifejlődött daganat visszaszorítása Onyx-015 alkalmazásával

126 A rák terápiája mit hoz a jövő? Célzott Oncolitikus Virus + Anti-angiogenezis transgén

127 Összefoglalás Sejtbiológiai alapfogalmak Definíciók és alapfogalmak Daganatok előfordulása, ethiológia Szájüregi daganatok Környezeti és genetikai tényezők A daganatkialakulás pathomechanizmusa Proto-onkogének és tumor szupresszor gének A daganatok terápiájának új útjai

128 Onkogének: Történelmi vonatkozások - I 1911-Peyton Rous felfedezi a szűrhető ágenst csirke tumor-kivonatokban, amely új tumorok kialakulását idézi elő, ha egészséges csirkékbe juttatja. (Nobel Díj) A szűrhető ágenst később egy vírusként azonosítják, amelynek RNS genomja van, és nem DNS genomja, ezért retrovírus -nak nevezik el. A retrovírusoknak három alapgénje van: Csoport antigén (Group Antigen Gene; GAG), egy speciális polimeráz (POL), és virális csomagoló fehérjék (envelop proteins; ENV).

129 Onkogének: Történelmi vonatkozások - II 1970-Temin és Baltimore felfedezi, hogy a POL enzim vissza tud transzkriptálni, azaz RNS templát alapján DNS-t tud szintetizálni (Nobel Díj). Két retrovírus fajtát azonosítanak: transzformációs és nem-transzformációs Egy új genetikai elemet, az SRC-t azonosítják a transzformációs Rous szarkóma vírusokból, amely közvetlenül felelős az okozott rákért (karcinómáért).

130 Onkogének: Történelmi vonatkozások - III 1976-Varmus és Bishop felfedezi, hogy az egészséges sejtek tartalmazzák a v-src onkogén homológját. Ezért, minden egészséges sejt tartalmaz rákot okozó gént (Nobel Díj). Minden v-onc génnek vannak normális sejti homológjai Hanafusa tisztázza, hogy milyen mechanizmussal szerzik meg a retrovírusok a normáls sejti onkogéneket.

131 Nem-transzformáló retrovírusok Onkogént hordozó transzformáló retrovírusok Sejti gének felvétele NORMÁL PROTO-ONKOGÉN

132 Onkogének: Történelmi vonatkozások - IV 1982-Weinburg emberi, húgyhólyag karcinómasejtekből származó DNS-sel transzformál egér fibroblasztokat. A transzformálódó sejtek tartalmaznak v-ras génhomológot. Ez az első bemutatása annak, hogy egy onkogén képes emberi rákot okozni. Több, mint 50 onkogént és proto-onkogént azonosítottak az onkogenetikus vírusok és a transzformációs gének alapján emberi és állati tumorokból.

133 Ref: Rubin & Farber Pathology, 2nd Ed. Lippincott; 1994 pp. 175