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