Embed Size (px)
Citation preview
Onkobioloogia
Taavi Päll lektor, Tallinna Tehnikaülikool
2/50
Recap
OnkogeenOnkogeen on geen mis võib potentsiaalselt vähki tekitada
Vähkides on onkogeen muteerunud või ekspresseeritud ebanormaalselt kõrgel tasemel.
Proto-onkogeen on normaalne geen mis võib muutuda onkogeeniks.
·
·
·
4/50
Onkogeenide aktivatsioonOnkogeenide aktivatsioon on tingitud geneetilistest mutatsioonidest proto-onkogeenides:
Sellised mutatsioonid viivad muutusteni protoonkogeeni ekspressioonis või struktuuris.
·
Regulatoorsed (protoonkogeeni amplifikatsioon, tuumorsupressorgeeni deletsioon);
Struktuursed (mutatsioonid, kromosomaalsed aberratsioonid).
-
-
·
5/50
Kasvufaktorite-retseptorid
Normaalsed rakkude kasv sõltub rakuvälistestsignaalidest
Need signaalid on vaja ära tunda ja rakku sisse edastada·
Pilt: The ErbB signalling network.
7/50
Normaalse koe arhidektuur sõltub erinevaterakutüüpide vaheliste proportsioonide säilimisest
Käärsoole epiteel koosneb ühest kihistepiteeli rakkudest (enterotsüüdid) jamoodustab iseloomulikud sõrmjadsopistised all olevasse sidekoesse
Sõrmjate sopististe põhjas asuvad soolekrüptid
Igas krüptis asuvad tüvirakud
Rakkude jagunemine toimub ainult krüptisja diferentseeruvad rakud liiguvad krüptistvälja
·
·
·
·
Pildid: üleval, library.med.utah.edu; all, The Intestinal Crypt, A Prototype Stem Cell Compartment.
8/50
Rakud ei otsusta jagunemist autonoomseltKuigi koekultuuri baassööde sisaldab kõiki elutegevuseks vajalikke toitaineid (aminohapped,vitamiinid, glükoos) ei piisa nende olemasolust, et rakud hakkaksid jagunema
Vajalikud on ka kasvufaktorid, mida leidub näiteks seerumis
·
·
Pilt: seerumi efekt inimese veresoonerakkude jagunemisele.
9/50
Fibroblastide jagunemine haava paranemisel sõltubvereliistakute poolt vabastatavast kasvufaktorist
Vereliistaku -graanulid sisaldavadkasvufaktorit PDGF
· α PDGF retseptor on vajalik fibroblastidePDGF-stimuleeritud migratsiooniks jajagunemiseks
·
Pilt: vasak, Platelets and the immune continuum; parem, Deletion of the PDGFR-β Gene Affects Key Fibroblast Functions Important for Wound Healing.
10/50
Onkogeenid võtavad kasvukontrolli üle
Pilt: Oncogene products are links in signal chains that stretch from the cell surface to the genetic material in the cell nucleus. This chain is composed of (1)growth factors, (2) growth factor receptors, (3) signal transducing proteins in cell membranes, (4) phosphokinases in the cytoplasm and (5) proteins transportedfrom the cytoplasm into the nucleus where they bind to DNA. The localization of different oncogene products (Sis, ErbB, Ras, Src, Myc) is schematicallyindicated. Bishop and Varmus, 1989
11/50
Türosiin kinaasid signalisatsioonis
Src kinaasse aktiivsuse avastamine
Proc Natl Acad Sci USA 75:1567, 1978. M. S. Collett and R. L. Erikson: Protein kinase activity associated with the avian sarcoma virus src gene product.
Src oli esimene onkogeen mis avastati.
Src on selgroogsetel väga konserveerunudvalk ja seega mitte eriti immuunogeenne.
lõpuks siiki v-Src-i ära tundvad antikehadsaadi
Src kinaasne aktiivsus avastati kui temaimmuuno-sadestus reaktsiooni lisati
ATP-d (kahtlustati, et Src võiks ollakinaas).
Raporteeriti, et Src fosforüleerib treoniine.
·
·
·
·
[ P]γ 32
·
13/50
Src fosforüleerib türosiineEnne Src-i oli teada, et kinaasid fosforüleerivad valkudes seriine ja treoniine.
1979. aastal uuris Tony Hunter polüoomiviiruse antigeeni ja peale Src-i kinaasseaktiivsuse avastamist tegi ta katse, kas ka middle-T võiks olla kinaas - oli!
Selgus, et seriini ega treoniini ei fosforüleerita, vaid mingit muud aminohapet, mis osutushiljem türosiiniks.
Sama lähenemist kasutades testis ta ka Src-i kinaasset spetsiifilisust.
·
·
·
·
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
14/50
Src toimib tsütoplasmaatilise türosiin kinaasinaKinaasne domään (SH1 - )
SH2, fosfotürosüül peptiide siduv domään
SH3, proliinirikkaid järjestusi siduvdomään
Alumine pilt, v-src erineb c-src-st C-terminaalse deletsiooni poolest
·
·
·
·
Pilt: Nature reviews in medicine.
15/50
SRCil kirjeldatud rohkem kui 50 valgulistsubstraati
Kinaasidel on palju rakulisi substraateSrc-i aktivatsioon vabastab SH2 ja SH3domäänid inhibitsioonist ja võimaldab Src-il läbi nende domäänide seostuda teistevalkudega (Src-i substraadid).
Enamus Src-i substraate on seotudadhesiooni ja migratsiooniga.
Transformeeriv aktiivsus (stimuleeribrakkude jagunemist) Src-il ilmselt seotudPI3K-Akt aktivatsiooniga.
Inimesel siiski Src-i mutatsioone (C-terminaalne trunkatsioon) leitud ainultväiksel osal kaugele arenenudsoolekasvajatel. Soolekasvajates ei esineka c-Src-i amplifikatsioone (TCGA).
·
·
·
·
16/50
Kinaaside pleiotroopne toimeFosforüleerimine põhjustab substraatidel muutuse funktsionaalses staatuses
Seriin-treoniin kinaas PKB/Akt reguleerib ellujäämist läbi effektorvalkude aktiveeriva jainhibeeriva fosforüülimise
·
·
Pilt: wikipedia
17/50
Esimene retseptor-türosiinkinaas mis avastati oli EGFretseptor
EGF omas proliferatsiooni stimuleerivat toimet erinevatele epiteliaalset päritolu rakkudele.
Kuid see toime esines ainult siis kui EGF seostus rakule, viidates rakupinna retseptoriolemasolule.
EGF retseptor isoleeriti emaka epidermoidsest kasvajast kus see oli tugevalt üle-ekspresseeritud.
·
·
·
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
18/50
Türosiinkinaas retseptorite struktuurImetajatel ~20 klassi TKR.
Tsütoplasmaatiline domään onkonserveerunud.
Suur varieeruvus rakuvälises domäänis.
·
·
·
Pilt: themedicalbiochemistrypage.org
19/50
Türosiini kinoomHulkraksete organismide genoomis esindavad türosiin kinaasid ~10–15% kõigist valgukinaasi geenidest
-il on 90 TK kokku 454 kinaasist, inimestel 90 TK kokku 525 kinaasi geenist
Inimesel on neist 90 türosiin kinaasist 58 RTK (neist neljal puudub kinaasne aktiivsus, nt.ErbB3)
Enam kui 99% fosfo-aminohapetest on normaalsetes rakkudes fosfo-treoniin ja fosfo-seriin;fosfo-türosiin moodustab 0.05 kuni 0.1% totaalsest fosfo-aminohapetest
·
·
·
·
20/50
RTK onkogeense aktivatsiooni mehhanisme
Muteerunud kasvufaktori retseptor võib toimidaonkogeenina
N-terminaalne deletsioon põhustab v-ErbB ligand sõltumatu konstitutiivse aktivatsiooni.
1984. aastal avastati, et EGF retseptori (erbB) valgujärestus on homoloogne linnuerütroblastoosi viiruse onkogeeniga v-ErbB.
·
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
22/50
Mutatsioonid kasvufaktorite retseptoritespõhjustavad ligand-sõltumatut aktivatsiooni
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
23/50
Retseptor türosiin kinaasid inimese kasvajatesRETSEPTOR LIGAND MUTATSIOON VÄHITÜÜP
EGFR/ErbB1 EGF, TGFa üleekspressioon erinevad kartsinoomid; glioblastoom
EGFR/ErbB1 ektodomääni deletsioon glioblastoom, kopsu ja rinnakartsinoomid
ErbB2/HER2/Neu NRG, EGF üleekspressioon 30% rinnakartsinoomidest
ErbB3,4 erinevad üleekspressioon suuõõne lamerakuline kartsinoom
Flt3 Flt3 ligand (FL) tandem duplikatsioon äge müelogeenne leukeemia
Kit SCF aminohappe asendused GI strooma kasvajad
Ret GDNF fuusion, punktmutatsioonid kilpnäärme kartsinoomid, endokriinsed neoplaasiad
FGFR3 FGF üleekspressioon, ah asendused multimüeloom, kusepõie ja emakakaela kartsinoomid
24/50
RTK mutatsioonid mao adenokartsinoomides
doi:10.1038/nature13480
Enamus muutusi RTK-s on seotudkoopiaarvu muutustega.
Lisaks ka sage VEGFA amplifikatsioon.
·
·
25/50
Kõrval: Rinnanäärme kartsinoomi rakudekspresseerivad EGF retseptorit (punane) jaselle ligandi (roheline).
Kasvajarakud sekreteerivad autokriinseidkasvufaktoreid
TGF − α
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
26/50
Autokriinsed kasvufaktorid inimese vähkidesLIGAND RETSEPTOR VÄHK
HGF Met endokriinsed kasvajad, invasiivsed rinna ja kopsuvähid, osteosarkoom
IGF2 IGF1R käärsoole kasvajad
IL6 IL6R müeloom, peakaela lamerakuline kartsinoom
IL8 IL8RA kusepõie kartsinoom
NRG HER2/ErbB3 munasarja kartsinoom
PDGFBB PDGFR osteosarkoom, glioom
PDGFC PDGFR Ewingi sarkoom
PRL (prolaktiin) PRLR rinna kartsinoom
SCF KIT Ewingi sarkoom, väikeserakuline kopsu kartsinoom
VEGFA VEGFR neuroblastoom, eesnäärme kasvajad, Kaposi sarkoom
TGFa EGFR lamerakuline kopsuvähk, rinna ja eesnäärme adenokartsinoom, kõhunäärme
kasvaja, mesotelioom
GRP (gastrinreleasing
peptide)
GRPR väikeserakuline kopsu kartsinoom
27/50
IGF2 amplikatsioon käärsoole kasvajatesIGF2 geeni sisaldav genoomipiirkond11p15.5 on amplifitseerunud ~7% CRC-s,põhjustades IGF2 üle-ekspressiooni neisvähkides.
Lisaks on IGF2 üle ekspresseeritud kamuudel põhjustel.
IGF2 või IRS2 ( )üle-ekspressioon ja PI3K raja mutatsioonidon üksteist välistavad.
·
·
·
doi:10.1038/nature11252
28/50
Kaposi sarkoomi rakud sekreteerivad mitmeiderinevaid faktoreid
Kaposi's sarcomas produce PDGF, TGF-β, IGF-1, angiogenin 2 (Ang2), CCL8, CXCL11,endothelin and express their receptors.
At the same time, the causal agent of this disease, the human herpesvirus-8 (HHV-8)produces vIL-6 and macrophage inflammatory protein (vMIP).
·
·
Pilt: wikipedia
29/50
Klassikaliselt toimub see läbi dimeerse ligandi(kasvufaktori) vahendatud retseptoridimerisatsiooni ja sellele järgneva trans-fosforülatsiooni
Näiteks: KIT, VEGFR.
HER2 aktivatsioon
RTK aktivatsoon
30/50
RTK dimerisatsioon: 4 põhilist moodustTrkA: ligand vahendatud dimerisatsioon,retseptorid oma vahel ei interakteeru.
KIT: ligand vahendatud dimeer, retseptoridseostuvad omavahel otseselt.
FGFR: mitmed kontaktid reseptori, ligandija hepariini vahel.
EGFR/ErbB perekond: ligandidindutseerivad retseptori dimerisatsiooni,kuid ise ei interakteeru.
·
·
·
·
31/50
EGFR dimerisatsioon
Pilt:Structural View of Ligand-Induced Dimerization of the hEGFR ECRBessmann et al.
32/50
RTK kinaasse domääni aktivatsioonKõigi retseptorite kinaasi domäänid (TKD) koosnevad C-terminaalsest ja N-terminaalsestosast ja aktivatsioonilingust
Aktiveeritud olekus on erinevate retseptorite TKD struktuurid sarnased.
Inaktiivsed domäänid on aga retseptoritel erinevad, peegldades regulatoorsetmitmekesisust
Autoinhibitsioon toimib molekuli siseselt ( )
Retseptori aktivatsioonil toimub domääni vabastamine autoinhibitoorsest interaktsioonist
·
·
·
autoinhibitsioon läbi aktivatsioonilingu,
jukstamembranne autoinhibitsioon,
C-terminaalne autoinhibitsioon
-
-
-
·
·
33/50
Geenifuusionid põhjustavad konstitutiivseltaktiivsete retseptorite tekke
Anaplastic lymphoma kinase (ALK) and c-ros oncogene 1 (ROS1) are relatedreceptor tyrosine kinases (RTKs).
ALK and ROS1 have been identified asmutant C-terminal (kinase domain) fusionproteins in research studies of a widerange of human cancers
·
·
Pilt: cellsignal.com
34/50
Lisaks RTK-le on veel palju erinevaid kasvufaktoriteretseptoreid-radu
Jak perekond ( ), seostuvad tsütokiini ja kasvufaktoriteretseptoritele millel endal puudub kinaasne aktiivsus (kasvuhormooni retseptor, EPO-R, IFN-R).
TGF- retseptorid (NB! seriin-treoniin kinaasse aktiivsusega), aktivatsioon üle tüüp-I (vajabaktivatsiooni) ja tüüp-II (konstitutiivselt aktiivne ser/thr kinaas) retseptoriteheterodimeriseerumise.
Notch retseptorid, parakriinse ligandi sidumisel toimub reteptori proteolüütilineaktivatsioon ja Notch ICD ( ) transporditakse tuuma, kus toimib TF-na.
Hedgehog signaalirada, Patched-Smoothened-Gli, basaalrakuline kartsinoom.
Wnt signalisatsoon, Frizzled retseptor, toimib beta-kateniini stabiilsuse jatranskriptsioonilise aktiivsuse kontrollina. Wnt rada on oluliselt häiritud soolekasvajates.
·
· β
·
·
·
35/50
Janus kinaasi tsütokiini retseptoridJak perekond, seostuvad tsütokiini jakasvufaktorite retseptoritele millel endalpuudub kinaasne aktiivsus
Näited: kasvuhormooni retseptor, EPO-R,IFN-R
·
·
Pilt: nature.com
36/50
TGF- retseptoridβTGF- retseptorite aktivatsioon toimub üle tüüp-I ja tüüp-II retseptoriteheterodimeriseerumise
· β
Pilt: nature.com
37/50
Wnt-wingless rada
Pilt: nature.com
Wnt signalisatsoon toimib läbi Frizzledretseptori
Wnt ligandid on maatriksiga seotud ja polevabalt diffuseeruvad
Rada toimib -kateniini stabiilsuse jatranskriptsioonilise aktiivsuse kontrollina
Wnt rada on oluliselt häiritudsoolekasvajates
·
·
· β
·
38/50
Wnt ja TGF- radade mutatsioonid käärsoolekasvajates
β
Wnt raja retseptor Frizzled (FZD10) ~30% juhtudest üle-ekspresseeritud.
TGF-beta ja Aktiviini retseptorid muteeritud vastavalt 60% ja 80% juhtudest.
·
·
doi:10.1038/nature11252
39/50
Notch signaaliradaNotch retseptorile parakriinse ligandi(Delta/Jagged) sidumisel toimub reteptoriproteolüütiline aktivatsioon -sekretaasidepoolt
Notch rakusisene domeen (ICD)transporditakse tuuma, kus toimib TF-nakoos koaktivaatoritega
Ligand-sõltumatu konstitutiivselt aktiivneNotch signalisasioon toimub u. pooltes T-raku leukeemiates
·
γ
·
·
40/50
Hedgehog signaaliradaImetajatel: Patched-Smoothened-Gli
Ptc ja Smo mutatsioonid esinevadbasaalrakulises kartsinoomis
Ptc mutatsioonid medulloblastoomides
·
·
·
41/50
Rakuvälise maatriksi retseptorid
Integriinid
doi:10.1038/nrm1229
Rakuvälise maatriksi (ECM) retseptorid.
Heterodimeerid: 18 - ja 8 -subühikut.
Rakkude adhesioon, migratsioon, anoikis.
Integriinide tsütoplasmaatilised sabadseovad mitmeid valke, nt. taliin, vinkuliin,
-aktiniin, mis seostuvad aktiinitsütoskeletile ja seeläbi vahendavad kõikiintegriini rakulisi funtsioone.
Seest-välja (inside-out) signalisatsioonreguleerib integriini afiinsust,
·
· α β
·
·
α
·
integriini subühikute tsütoplasmasabade vaheline interaktsioon takistabaktivatsiooni.
-
43/50
- ja -subühikute kombinatsioonid tagavadspetsiilisuseα β
doi:10.1186/gb-2007-8-5-215
44/50
Integriinide ECM ligandidINTEGRIIN ECM LIGAND
kollageen, laminiin, vitronektiin, fibronektiin
vitronektiin, fibrinogeen, trombospondiin (angiogenees)
fibronektiin
laminiin
laminiin
fibrinogeen
laminiin (epiteliaalsed hemidesmosoomid)
Ligand-binding specificities of human integrins
α1β1
αvβ3
α5β1
α6β1
α7β1
α2β3
α6β4
45/50
Integriinid organiseerivad raku adhesioonidRakkude adhesioonid on multivalk kompleksid millel on mehhaanilised ja signaali üle kandvadfunktsioonid.
46/50
-integriin vähi arengusβ1-integriin on hiire rinnavähi mudelis
vajalik kasvaja tekkes ja hilisemas faasisvähirakkude jagunemisvõimesäilitamiseks.
,doi:10.1016/j.ccr.2004.06.025 (kõrval olevpilt).
Inimese vähkides on β1 integriinid üleekspresseeritud nt. pea-kaelalamerakulises kartsinoomis ( ) jamäärab kasvajarakkude resistentsuseradioteraapiale, doi:10.1172/JCI61350.
· β1
·
47/50
GPCR
doi:10.1038/nrm2299
G-valgulised retseptorid (genoomis 800geeni).
Mitogeenid nagu trombiin, lüsofosfatiidhape (LPA), gastrin-releasing peptide(GRP), endoteliin ja prostaglandiinidstimuleerivad rakkude jagunemist läbioma spetsiifiliste GPCR-ide.
Munasarja vähi astsiit sisaldab palju LPA-dja stimuleerib rakkude jagunemist jakemoresistentsust.
G valgu kompleks ( , ja subühikud)aktiveerub seostudes retseptorile
·
·
·
· α β γ
48/50
Lingid teistele loengutele
Sissejuhatav loeng
Vähitüübid
Onkoviirused
Onkogeenid
Retseptorid
Signaalirajad
Tuumorsupressorgeenid
Rakutsüklikontroll
·
·
·
·
·
·
·
·
p53 ja apoptoos
Immortalisatsioon
Tumorigenees
Genoomiterviklikkus
Mikrokeskkond
Metastaasid
Immuunsus
Vähiravimid
·
·
·
·
·
·
·
·
50/50
