Oncogenetica Gene%ca bolii canceroase

As. Dr. CTAN ANDREEA

Ce este cancerul?

Proliferare necontrolata (autonoma), continua a unei/unui grup de celule, care au capacitatea de

invada tesuturile adiacente (invazie) si de a forma colonii noi la distanta (metastaza)

Origine o celula precursor unica => clona celulara care acumuleaza o serie de modificari genetice si

epigenetice

A devenit prima cauza de deces impreuna cu BCV - 1 din 3 barbati si 1 din 4 femei dezvolta cancer

Caracteristici:

Autosuficienta factorilor de crestere

Insensibilitate la semnalele de control a cresterii Capacitatea proliferarii necontrolate

Supresia mecanismelor controlului apoptozei

Capacitate de invazie si metastazare Neoangiogeneza

Cancerul = afectiune a ciclului celular!

Mutatii la nivelul genelor care controleaza 4idelitatea replicarii si corecteaza erorile de replicare a ADN

Punct control G1 Punct control G1

Cancerul = proces multistadial (evol. luni ani) Cancerul = afectiune genetica multimutational (6-7 mutatii diferite)

Cancer genetica, ereditate factori de mediu

Cancerul este o afec%une gene%ca INSA majoritatea neoplasmelor nu sunt ereditare!!!

5-10% ereditar 10-15% familial

75-85% sporadic

Factori de mediu implica/ in

carcinogeneza

ADN viral integrat

ARNm viral

transcriptie particule virale

Sinteza de particule virale

Infectia unei noi celule

ARNm viral

ADNc viral

retro-transcriptie

Integrarea aleatorie in cromosomul celular: - inductia de mutatii - dereglarea unor gene

Virusuri capabile sa induca un proces malign Mecanism

Insertia oncogenelor virale in genomul gazda Insertia ADN viral cu activarea proto-oncogenelor gazdei (EB) Inflamatie cronica nespecifica (HCV)

Virusuri oncogene

Virusuri oncogene

Lecucemia cu celule T

Mononucleoza infectioasa

Limfom Burkit Limfom Hodgkin

Cancer col uterin Cancere ORL

ADK hepatic

Factori habituali

Benzen leucemie mielogena arsenic (insecticide) cancer pulmonar Fenili poiliclorinati cancer ficat si piele Uleiuri minerale cancer piele Fibre minerale cancer pulmonar, mezotelioame

96% din NBP sunt fumatori

Alimentatia respons.60% cancerele digestive

Poluarea industriala

Poluarea urbana

Expunerea la radia/i UVB leziuni ADN (expunere la soare, bronzare

ar%ciala- solar) RX Radia%i ionizante (explozii solare, accidente

nucleare, imagis%ca medicala, radioterapie, etc) Radon cancer pulmonar Aparatura electrica? Telefonie mobila (neoplasm cerebral %neri)

Radiatiile UV Mutatii la nivelul genelor de reparare a ADN

Melanom malign

Expunere radia/i ionizante instabilitate cromosomiala

Cernobal 1986

Nagasaki si Hiroshima 1944

Fukushima 2011

Expunerea cumulativa la radiatii

Factori genetici implicati in carcinogeneza

Clase de gene implicate in carcinogeneza

Oncogene Gene supresoare tumorale Gene de stabilitate Gene micro-ARN (ARNmi)

1. ONCOGENE Proto-oncogene gene care codica proteine cu func/e esen/ala

in controlul cresterii si diferen/erii celulare Efect DOMINANT in feno/p Muta/e cu cas/g de func/e (calita/v/can/ta/v) Clasa I: factori de crestere Clasa II: receptori ai factorilor de crestere, receptori hormonali Clasa III: transductori ai semnalului intracelular Clasa IV: factori de transcrip%e nucleara Clasa V: proteine de control a ciclului celular Oncogene forma mutanta a proto-oncogenelor,

implicate in carcinogeneza (cancer)

ONCOGENA Functia proteinei codificate

PDGFB factor de cretere: subunitatea a factorului de cretere derivat din plachete

EGFR Receptorul pentru factorul de crestere epidermal

MET Receptor pentru factorul de crestere hepatocitar

RET Receptor transmembranar tirozin kinazic pentru factorul neurotrofic derivat din celulele gliale si pentru neurturina

ABL Tirozin kinaza citoplasmatica

HRAS, KRAS, NRAS Proteina G citoplasmatica

CCND1 Ciclina D1, implicate in controlul ciclului celular

MDM2 Reglator al activitatii proteinei p53

MYC, MYCL1, MYCN Factor de transcriptie

Ac/varea protooncogenelor

Amplificari genice Oncogena Nivel amplificare Tumora c-myc ~20X leucemie, carcinom pulmonar N-myc 5-1,000X neuroblastom, retinoblastom L-myc 10-20X cancer pulm cu celule mici (SCLC) c-abl ~5X leucemie mieloida cronica (LMC) c-myb 5-10X leucemie mieloida acuta (LMA), carcinom colon

c-erbB ~30X carcinom epidermoid K-ras 4-20X carcinom colon

30-60X carcinom adrenocortical

Mutatii genice Mutatii punctiforme, deletii/insertii produs proteic HIPEREACTIV Mutatii punctiforme, deletii/insertii in regiunea promotor cu intensificarea transcriptiei (RET, RAS)

20

REARANJAMENTE CROMOSOMIALE Neoplasm Translocatie Proto-oncogena Limfom Burkit t(8;14) 80% din cazuri c-myc

t(8;22) 15% din cazuri t(2;8) 5% din cazuri

Leucemie mieloida cronica t(9;22) 100% din cazuri bcr-abl Leucemie acuta limfocitica t(9;22) 10-15% din cazuri bcr-abl

Cr. Philadelphia 46,XX,t(9;22)(q34.1;q11.2)

21

2. GENE SUPRESOARE TUMORALE (GENE GATEKEEPER) Gena (locus) Functie Forma familiala Forma sporadica DCC (18q) interact supraf celulara - cancer colorectal

WT1 (11p) transcriptie tumora Wilms cancer pulmonar Rb1 (13q) transcriptie retinoblastom cancer pulmonar (SCLC) p53 (17p) transcriptie Li-Fraumeni cancer san/colon/pulmonar BRCA1(17q) transcriptie cancer mamar cancer mamar/ovarian BRCA2 (13q) reparare ADN cancer mamar cancer mamar/ovarian

BRCA1 17q21 control. cresterea si diferentiarea epit. mamar c. mamar (80%) boala mamara proliferativa c. ovarian (40-50%) c. trompe uterine, c. mamar la barbati(6%), prostata, colon?

BRCA2 13q12 Gena caretaker instabilitate genetica c. mamar (80%) c. ovarian (20%) c. mamar la barbati (6%) c. prostata(20%), stomac(5%), pancreas (5%) Melanom Colon?

INACTIVAREA GENELOR SUPRESOARE TUMORALE Model RECESIV Pierderea heterogenitatii alelice

Mecanism

Re%noblastomul - cea mai frecvent form de cancer intraocular la copil - 1/13500-1/25000; afecteaza celulele re/nei. -diagnos/cat la vrsta de 12 luni cel bilateral i la vrsta de 18 luni cel unilateral. (Curabil 90% cazuri)

- 60% din cazuri neereditar, sporadic i unilateral, - 15% din cazuri ereditar i unilateral, - 25% din cazuri este ereditar i bilateral. - frecvent formele ereditare sunt mul/focale se transmit autosomal dominant (AD)

- gena Rb1 (13q14.1-q14.2) exprimat n: creier, cat, rinichi, ovare, splin, placent i re/n.

- 2-10% din cazuri - o microdeletie -pierderea heterogeni/i(sindrom de microdeleie- retard mental) - muta%i punc%forme (nonsens, schimbarea cadrului de ci/re sau jonctiunea anormala a exonilor) ceea ce conduce la sinteza unei proteine p105 (p110) anormale trunchiate sau la absenta sintezei ei.

3. GENE DE STABILITATE GENOMICA (GENE CARETAKER) Gene implicate in repararea ADN NER (nucleo%de excision repair) XPD, Xeroderma Pigmentosum BER (base excision repair) XRCC, polipoza colonica ereditara MMR (mismatch repair) - instab cromoz., cancer colon non-polipozic Mecanisme reparare rupturilor ADN bicatenar BRCA1, BRCA2

4. GENE MICRO-ARN (ARNmi) - ONCOMIR Molecule ADN necodante cu rol in reglarea expresiei genice transcrip/onale si

post transcrip/onale- inac/varea genica (1000 gene miARN cu ac/une 60% din genom)- proliferare, diferen/ere celulara, apoptoza

Modelul evolu/ei mul/stadiale in cancer Origine o celula precursor unica => clona celulara care acumuleaza o serie de

modificari genetice si epigenetice Transformarea unei celule normale intr-o celula canceroasa necesita 6-7 mutatii

succesive (modelul Weinberg) care cresc instabilitatea genomica si induc proliferare celulara anormala

Consecina mutaiilor proto-oncogenelor sau a genelor supresoare de tumori induc:

autosuficiena factorilor de cretere celular insensibilitatea la stimulii de represie a creterii i proliferrii celulare evaziunea de sub controlul mecanismelor apoptozei potenial replicativ nelimitat

Evolu/a mul/stadiala a cancerului implica o succesiune de evenimente:

1. Imortalitatea celulelor neoplazice poten/al replica/v nelimitat

(depaseste limita senescentei replica/ve limita Hayick) a. Reac/varea telomerazei (90% din cancere) b. Inac/varea genelor supresoare tumorale

2. Alterarea proceselor apopto/ce APOPTOZA (moartea celulara programata) mecanism molecular

an/neoplazic- indepartarea celulelor care prezinta alterari genice Reglata de o serie de proto-oncogene sau gene supresoare

tumorale (p53, bcl-2) P53 gardianul genomului uman cea mai importanta prot apoptogena Bcl-2 supresor al mor/i celulare

3.Alterarea controlului ciclului celular

4. Evenimente epigene/ce implicate in carcinogeneza 5.Anomalii ale adeziunii celulare

Integrinele Caderinele Proteine imunoglobulin-like (ICAM-1, VCAM-1, PECAM-1)

6.Distrugerea membranei bazale MMP

7. Angiogeneza tumorala VEGF (factorul de crestere endotelial) FGF (factorul de crestere broblas/c)

8. Invazia si metastazarea CD44 ICAM KSS1 (melanom malign) BRMS1 (cancer mamar) Gene supresoare de tumori (RAS, SRC, MOS, RAF, FES, etc)

Predispozi%a gene%ca in cancer Toate cancerele sunt gene/ce, insa nu toate cancerele sunt ereditare !!! Majoritatea cancerelor sunt SPORADICE (mul/factoriale)

Tipul Trasaturi Riscul indus

Exemple

Cancere ereditare 1-2%

Rare, pot asocia alte anomalii fenotipice. Transmitere AD, rar AR. Alele comune foarte rare

50-80% MEN tip II (neoplazii endocrine multiple (AD) Retinoblastomul familial Cancerul colorectal non-polipozic (HNPCC) Polipoza adenomatoasa familiala (FAP) Cancer san si ovar ereditar Neurofibromatoza familiala

Cancere familiale 10%

2-3 cazuri familiale comune. Transmitere AD cu penetranta incompleta

1,5-5 % populatia generala

Cancere ginecologice Cancere digestive

Cancere cu predispozitie genetica fara agregare familiala

Cazuri singulare, uneori 1-2 rude afectate Combinarea unor factori de risc genetici i de mediu

1-1,5 % populatia generala

Cancer san, ovar, prostata

Cancere ereditare cu transmitere mendeliana

Clasificare Sindroame ereditare Genotip

Neoplasme cu transmitere AD (activare ONCOGENE)

MEN2 RET 10q11.2 Carcinom renal ereditar MET 7q31

Neoplasme cu transmitere AD (inactivare gene SUPRESOARE DE TUMORI)

Retinoblastom familial RB1 13q14.3 Sindromul von Hippel Lindau VHL 3p25 Cancerul de san si ovar ereditar BRCA1 17q21

BRCA2 13q12 Polipoza colonica juvenila SMAD4 18q21.1 Melanomul familial CDK4 12q.14 Neurofibromatoza tip 1 Neurofibromatoza tip 2

NF1 17q11.2 NF2 22q12.2

Cancerul colorectal non-polipozic ereditar (HNPCC)

MSH2 2p21 PMS1 7p22

Neoplasme cu transmitere AR (inactivare gene SUPRESOARE DE TUMORI)

Ataxia telangiectazia ATM 11q22 Sindromul Bloom BLM 15q26 Anemia Fanconi FANC (A, C, D, E, G, H) Xeroderma pigmentosum XPD ( A, F, E, G)

Cancerul mamar 11% riscul in populatia generala; 1 din 8 femei dezvolta cancer mamar Ereditar / non-ereditar istoric familial pozitiv,hiperestrogenismul, menarha precoce, nuliparitate, menopauza tardiv, iradierea.

BRCA1 10-40% BRCA2 10-30% CHEK2 5% ATM 4% P53 (Li-Fraumeni) 1% PTEN (Cowden) < 1% STK11 (Peutz-Jegher) < 1% Unknown 25-65%

BRCA1

Prostata

Cancer san 50-85%

Cancer san secundar 20%-60%

Cancer ovarian 15-45%

Cancer san 50-85%

Cancer ovarian 10-20%

BRCA1

Cancer mamar 6%

Prostata, laringe, pancreas Melanom malign

san, dx 40 d. 43

Ovar, dx 45 d. 47

Prostata, dx 58

san, dx 33 42

Pedigree BRCA

sanatos

cancer

38 35

Purtator

d. 83

Cancerul colorectal 11% totalitatea neoplasmelor Progresia tumorala - 10-15 ani Sindroame familiale HNPCC (Lynch) (MLH1, MSH2 MSH6, PMS2) Adenomatoza familial (APC, MYH (AR) Polipoza Peutz-Jeghers (STK11) Polipoza juvenila (SMAD, BMPR1A) Sindromul Cowden PTEN

Etapele procesului de malignizare a colonului

Cancerul colorectal nonpolipozic ereditar - AD 1/200-1/1000 ( 15-20% instab microsatelitilor) -mutaiile germinale: erori n repararea leziunilor ADN, -mutaiile somatice inactiveaz alela normal, iar esuturile dezvolt un fenotip hipermutabil cu accelerarea stadiilor carcinogenezei. heterogen genetic: patru gene implicate n etologia acestei forme de cancer de colonMUTATII GERMINALE = CCNPE - Mutatii - hMSH2 (2p) , hMLH1 (3p21.3), hPSP2 (7p), HMPS1 (2q) Polipoza adenomatoas intes%nala -AD --Tipurile I si III -mutatia genei supresoare tumorale FAP (APC, 5q21-q22).

POLIMORFISMELE GENETICE si CANCERUL Neoplasmul bronhopulmonar (NBP) Doar 10% dintre fumatori dezvolta NBP susceptibilitate

genetica diferita la carcinogeni Susceptibilitatea genetica = gene implicate in controlul

mecanismelor etiopatogenice ale NBP Care sunt fumatorii cu risc crescut de a dezvolta NBP ?

Polimorsme gene%ce implicate in e%opatogenia NBP (SNPs > 1% popula%e)

Suscep/bilitate metabolica la carcinogeni Enzime faza I CYP (cP450) Enzime faza II GST, NAT

Remodelarea tesutului pulmonar A1AT, MMP

Cai reparare ADN ERCC2/XPD (NER), XRCC1, XRCC3 (BER)

Cancere pediatrice versus cancerele la adult

Incidenta - rare E%ologie predominant gene%ce Diagnos%c - tardiv Terapie/ prognos%c -bun

unul din 330 de indivizi dezvolta cancer pana la varsta de 20 de ani

3.000 copii americani mor annual din cauza cancerului (mai mult decat HIV, fibroza chistica, astm si diabet la un loc!)

Cu toate acestea

Cancerele pediatrice incidenta, prognos@c

Oncogenetica Gene%ca bolii canceroase

As. Dr. CTAN ANDREEA

Departamentul de %inte Moleculare Catedra Gene%c medical UMF "Iuliu Haieganu" Cluj