Molekulārā bioloģija un vēža diagnostikas jautājumi

• 1911.g. identificēja 1. vēža izraisošo vīrusu – Rous sarkomas vīruss (RSV, vistas retrovīruss), pētnieks saņēma Nobel prēmiju.

• 1960....1980.g....

Kāpēc par to ir svarīgi runāt...

• Apmēram 90 – 95 % audzēju ir sporādiski.

• 5- 10 % pārmantoti.

• Mutācijas dzimumšūnu gēnos pārmanto.

• Mutācijas somatisko šūnu gēnos nepārmanto, bet tās izpaužas dzīves laikā (audzēji).

4

Karnceroģenēzes teorijasStandarta dogma:

• Proto-onkogēni (Ras – melanoma)• Audzēja supersorgēni (p53 – pie dažādiem

audzējiem)Modificēta dogma

• DNS labotāj gēnu(repair gene) mutācijas noved pie nesalaboto mutāciju akumulācijas (xeroderma pigmentosum)

Agrīnas – nestabilitātes teorija• Galvenie gēni, kas atbild par adekvātu šūnu

vairošanos/dalīšanos ir “nederīgi” un rezultējās ar aneploīdijām (hromosomu skaita izmaiņām) mutācijām(Ph).

5

Kanceroģenētiskas ķimikālijas

UV

starojums

Radiācija

Vīrusi

Translokācijas, delēcijas, amplifikācijas

Punktveida mutācijas

Noved pie DNS bojājuma, šūnu nekontrolētas proliferācijas

Audzēja šūnas

Vesela šūnaBijāts DNS

Audzēju ģenētisko izmaiņu cēloņi

Onkogēnu vīrusi

• Cilvēka papillomas vīruss - HPV

• Epšteina - Barra vīruss (EBV)

• Cilvēka herpes vīruss 8 (HHV8)

• B hepatīta vīruss - HBV

• C hepatīta vīruss - HCV

• HTLV-I, HTLV-II

7

8

Audzēja šūnas genoma hromosomālās izmaiņas: aizberga redzamā daļa

Termināla delēcija

http://www.tokyo-med.ac.jp/genet/cai-e.htm

Apļveida hromosomas

Robertsona translokācijas

Delēcija Reciprokās translokācijas

IzohromosomasInsercija Inversija

Duplikācija

9

Audzēja šūnu genoma nukleotīdu izmaiņas: aizberga neredzamā daļa

Nukleotīdu delēcija Nukleotīdu insercija Nukleotīdu aizvietošana

http://www.tokyo-med.ac.jp/genet/cai-e.htm

Onkogēni

• Onkogēnus atklāja 1970.g. (vistas retrovīruss).

• Onkogēni – ir šūnu proto – onkogēnu mutētās formas.

• Proto – onkogēni kodē šūnu proteīnus, kas regulē normālu šūnu augšanu un diferenciāciju.

5 proto – onkogēnu kodētie proteīni, kuri piedalās šūnu augšanas kontrolē

• I klase: Augšanas faktori

• II klase: Hormonu un augšanas faktoru receptori

• III klase: Intracellulāri signālu pārnesēji (transduktori)

• IV klase: Šūnas kodola transkripcijas faktori

• V klase: Šūnu cikla kontrolējošie proteīni

Onkogēni

Proto-onkogēni = ras

Oncogēni = mutētie ras

• Vienmēr aktivē

• Vienmēr stimulē

proliferāciju

• Tie ir dominējošie gēni

13

Proto-onkogēnu aktivācijas mehānisms

Proto – onkogēns -> onkogēns

14

aminoskābes pozīcija

Ras gēns 12 59 61 audzējs

c-ras (H, K, N) Gly Ala Gln normāla šūna

H-ras Gly Ala Leu plaušu caVal Ala Gln urīnpūšļa ca

K-ras Cys Ala Gln plaušu caArg Ala Gln plaušu caVal Ala Gln zarnu ca

N-ras Gly Ala Lys neiroblastomaGly Ala Arg plaušu ca

Murine sarkomas vīruss

H-ras Arg Thr Gln Harvey strainK-ras Ser Thr Gln Kirsten strain

Aminoskābju pozīcija RAS saimes proteīnā (inaktivēta GTPase)

15

Hromosomu pārkārtošanās pie translokācijas

Audzējs Translokācija Proto-onkogēns

Burkitt limfoma t(8;14)80% gad. c-myc1

t(8;22) 15% gad. t(2;8) 5% gad.

Hroniska mieloleikoze t(9;22) 90-95% gad. bcr-abl2

Akūta limfoleikoze t(9;22) 10-15% gad. bcr-abl2

1c-myc is translocated to the IgG locus, which results in its activated expression

2bcr-abl fusion protein is produced, which results in a constitutively active abl kinase

16

Gēnu amplifikācija (kopiju veidošanās)

Onkogēni Amplifikācija Audzēja veids

c-myc ~20 leikoze un plaušu ca

N-myc 5-1,000 neuroblastomaretinoblastoma

L-myc 10-20 sīkšūnu plaušu ca

c-abl ~5 HML

c-myb 5-10 AMLzarnu ca

c-erbB ~30 epidermoida ca

K-ras 4-20 zarnu ca 30-60 virsnieru ca

17

Rezultāts:• Augšanas faktoru pārprodukcija;

• Šūnu pārprodukcija ar kopiju signāliem:

• Citu augšanas ceļu nekontrolēta stimulācija;

• Šūnu augšana pie transkripcijas faktora paaugstināta līmeņa.

18

Audzēja supresorgēni (nomācējgēni)

• Normāla funcija – inhibē šūnas proliferāciju;

• Inhibīcijas trūkums/inaktivācija -> audzējs;

• Abu gēnu kopijas būs defektīvas.

19

KNUDSON TWO HIT HYPOTHESIS IN FAMILIAL CASES

RB rb

rb rbRB

Familial RB (%30)

Audzēja šūna Vesela šūna

Vesela šūna

Supresora gēna inaktivācija 2 ceļos: inhereditāra un somatiska mutācija

RBLOH

20

RB RB

RBLOH

RBMutation

Vesela šūna

Audzēja šūna

KNUDSON TWO HIT HYPOTHESIS IN SPORADIC CASES

RB RB

21

Audzēja supersorgēni

Rezutāts atkarīgs, kurš gēns ir ietekmēts

Gēns/lokus Funkcija Ģimenes Sporādisks

DCC (18q) šūnas virsmas nezināms kolorektālais mijiedarbība ca

WT1 (11p) transcription Wilm’s tumor plaušu ca

Rb1 (13q) transcription retinoblastoma sīkšūnu plaušu ca

p53 (17p) transcription Li-Fraumeni sindroms krūts, zarnu, plaušu ca

BRCA1(17q) transcriptional krūts ca krūts/olnīcu ca

BRCA2 (13q) regulator/DNA repair krūts ca/aizkuņģa dziedzera ca

22

Rb gene• Rb proteīns kontrolē šūnas ciklu G1 kontrolpunktā• Rb proteīns atbild par E2F transkripcijas factors regulāciju • E2F nepieciešams enzīmu sintēzei un replikācijai• E2F - Rb saistīti = nenotiek transkripcija/replikācija• Growth factor --> Ras pathway

--> G1Cdk-cyclin synthesized• Active G1 Cdk-cyclin kinase phosphorylates Rb• Phosphorylated Rb nevar itekmēt E2F --> S phase

– Rb gēna traucējumi/delēcija– Rg gēna proteīna inaktivācija

--> nekontrolēta šūnas proliferācija - > audzējs

Daugther cell

Mitosis

DNA replication

Control Point

Gateway

GrowthFactors

Cell cycle inhibitors

CELL CYCLE

23

p53 gēns• Fosforilēts p53 gēns aktivē p21 gēna transkripciju• p21 Cdk inhibitors (binds Cdk-cyclin complex --> inhibē kināzes

aktivitāti)• Neļauj tālāk turpināties šūnas ciklam, DNA labošana• Ja bojājums nav salabots ->apoptoze

– p53 gēna traucējumi/delēcija– P53 gēna proteīna inaktivācija

--> nekontrolēts DNS bojājums --> Nekontrolēta šūnu proliferācija ->audzējs

Apoptoze

• Kad šūna “ sajūt” stresu, kā piemēram DNS bojājumu u.c., tad ieslēdzas kaskāde, kas ieprogrammēta šūnas nāvei.

• Apoptoze notiek pateicoties veselai proteīnu saimei ko sauc par caspase.

• Apoptoze notiek ar TNF: FAS vai citu TNF receptoru saimes proteīnu iestaisti.

Ar apoptozes traucējumiem acociētās slimības

Apoptozes regulētāji...

Maniati et al. 2008 Fig 1 The molecular basis of apoptosis. Simplified overview

Extrinsic or death receptor pathway

28

Multiplas gēnu mutācijas pie zarnu audzēja,ģenētiskas izmaiņas ->veicina audzēja izmaiņas

Audzēja progresija

29

Bilimsel Araştırmaların Kanserle Savaşa KatkısıHEREPTİN

HERCEPTIN

STI-571

• Svarīgākie atklājumi bija specifikas hromosomu tranaslokācijas (hematoloģijā), piemērs, BCR-ABL onkogēns, kas kodē translokāciju starp 9. un 22. hromosomu (Filadelfijas translokācija).To aprakstījā jau 1960.g. >95 % slimniekiem ar hron.mieloleikozi atrod Ph. Jo mazāk šūnu kaulu smadzenēs ar Ph, jo lielāka dzīvildze.

• Translokācija izraisa saistīšanos starp BCR (bcr, breakpoint cluster region) gēnu no 22. hromosomas ar ABL gēnu (c-abl, protoonkogēns) no 9. hromosomas. Izveidojas BCR-ABL gēns, kas nosaka tirozīna fosfoproteīna kināzes sintēzi.

Imatinib inhibē saistīšanos ATP ar abl tirozīnkināzi

32

Mērķi...mērķterpija

HERCEPTIN

STI-571

?

??

? ??

?

?

??

??

?

??

??

?

Molekulārā bioloģija un vēža diagnostikas jautājumi