2. Oncologia

Oncologia

Introduzione

La parola "oncologia" deriva dal greco "oncos", che vuol dire rigonfiamento, perché sicuramente un tessuto che sta subendo un tumore è un tessuto che si accresce. Ci sono una serie di sinonimi della lesione oncologica: tumor, Tumore, da rigonfiamento; Neoplasia, per indicare una neoformazione cellulare; Cancro si riferisce a un tumore maligno. Così chiamato perché i primi osservatori di queste malattie avevano visto che questa neoformazione si infiltrava nel tessuto sano circostante, quasi a ricordare le chele del granchio. La crescita espansiva caratterizza invece i tumori benigni, è più regolare e simmetrica.

È difficile dare una definizione di neoplasia perché non è una patologia univoca. Personaggi luminari di questa disciplina ci hanno provato. Willis nel 1952 dice che "una neoplasia è una massa abnorme di tessuto la cui crescita supera in maniera scoordinata, autonoma, afinalistica quella dei tessuti sani e progredisce in modo eccessivo anche dopo la rimozione degli stimoli che ne hanno provocato l'insorgenza". Weinberg, nel 2000, pone l'accento sul fatto che le cellule cancerose hanno difetti sui circuiti regolatori che governano la normale proliferazione cellulare e quindi la normale omeostasi.

Caratteristiche generali dei tumori

• Crescita autonoma, indipendente da stimoli fisiologici di crescita, afinalistica, illimitata nel tempo e nello spazio. È afinalistica perché non collabora in nessun modo alle omeostasi dell’organismo e se le condizioni dell’ospite teoricamente lo consentissero, cosa che non è, è una crescita quella delle cellule tumorali illimitata nel tempo e nello spazio. L’ospite e anche l’anatomia dell’ospite non lo consente, questo è invece consentito in vitro quando si coltivano le cellule tumorali.

Quando si parla di crescita si parla di un fenomeno netto di aumento del volume di un tessuto che ovviamente dipende sempre dal contributo di una o entrambe queste cose: esaltata proliferazione cellulare; ridotta o assente morte cellulare programmata (apoptosi). Questo è stato un concetto di relativamente nuova acquisizione che ha indirizzato le strategie terapeutiche verso l’uso di farmaci che potessero inibire la proliferazione cellulare ma che potessero anche esaltare la morte cellulare programmata per apoptosi. Soprattutto dopo che è stato chiaro che molto spesso le cellule tumorali hanno carenze nei meccanismi che portano fisiologicamente alla morte cellulare.

Il tasso di crescita può dipendere da vari fattori:

• Durata del ciclo cellulare: è vero che le cellule tumorali possono entrare nel ciclo cellulare anche in assenza di fattori di crescita ma di solito la durata del ciclo cellulare, ovvero il tempo di raddoppio del numero delle cellule, non è cambiato, per cui le cellule tumorali non fanno più in fretta a duplicarsi.
• Frazione di crescita (percentuale di cellule ciclanti): può essere variabile. In un tumore di una certa dimensione non è assolutamente detto che tutte le cellule siano in fase proliferativa. Quindi la frazione di crescita può essere diversa tra tumori diversi ma anche nelle varie fasi della crescita dello stesso tumore.
• Quantità di cellule che escono dal pool di crescita: le cellule possono uscire dal pool di crescita per morte (apoptosi), quindi uscita definitiva, o differenziazione, quindi permanenza in fase G0 e G1.

Considerazioni: Il tasso proliferativo, ovvero la capacità di duplicarsi di tutte le nostre cellule e in particolare delle cellule tumorali, è un evento inversamente proporzionale alla capacità di differenziazione. Quindi un tumore con una percentuale di cellule ciclanti è un tumore poco differenziato che definiamo anaplastico. La velocità di crescita di un tumore, pur avendo premesso che la crescita tumorale sia affrancata, svincolata da fattori di crescita fisiologici, può dipendere da condizioni particolari dell’organismo, può dipendere ad esempio da variazioni dei livelli di estrogeni circolanti.

Esempio: il leiomioma uterino (tumore benigno del tessuto muscolare liscio, in tal caso della parete muscolare dell’utero) può accelerare la crescita durante la gravidanza ma può andare incontro ad atrofia dopo la menopausa quindi in dipendenza dei livelli estrogenici.

• Alterazioni geniche coinvolgono geni cruciali. Bisogna fare innanzitutto una distinzione tra IPERPLASIA FISIOLOGICA (riprogrammazione genica) e IPERPLASIA NEOPLASTICA (alterazioni geniche strutturali). L’iperplasia fisiologica si fonda su una riprogrammazione genica, mentre l’iperplasia patologica neoplastica fonda le sue radici su alterazioni geniche strutturali, ovvero alterazioni strutturali che possono essere di piccola entità quindi mutazioni puntiformi di un singolo nucleotide per cui cambia un solo amminoacido ma anche alterazioni cromosomiche macroscopiche che chiameremo aberrazioni cromosomiche. Tutte queste sono alterazioni strutturali irreversibili. Molte di queste, affinché si parli di tumore, devono essere ovviamente trasmissibili alla progenie cellulare.

I geni sono numerosissimi, ma non tutte le alterazioni che possono avvenire, per cause diverse, sui nostri geni sono cruciali per la trasformazione neoplastica. Per la trasformazione neoplastica le alterazioni devono riguardare delle famiglie particolari di geni che sono i: Proto-oncogèni; Geni oncosoppressori. Quindi se le alterazioni strutturali si verificano a carico di queste due grandi famiglie di geni allora è possibile, non è mai una certezza, che quella cellula intraprenda la strada della trasformazione neoplastica. Sia i proto-oncogèni che i geni oncosoppressori sono normalmente presenti nelle nostre cellule sane. I proto-oncogeni quando subiscono qualche alterazione vengono attivati ad oncogèni, per cui è l’oncogene che deriva da una qualche trasformazione del proto-oncogène che contribuisce alla trasformazione neoplastica.

Allo stesso modo i geni oncosoppressori governano funzioni chiave delle nostre cellule e quando per vari meccanismi vengono repressi o alterati, per cui la loro funzione viene persa, allora anche questo può contribuire alla trasformazione neoplastica. Perché un’alterazione non è certezza di una trasformazione neoplastica? Perché salvo alcune eccezioni si ritiene che la trasformazione neoplastica si verifichi in seguito ad almeno 5, 6 o 7 alterazioni geniche quindi diversi controlli cellulari devono essere alterati o persi. Non basta perciò un unico evento mutazionale per avere certezza di neoplasia.

I proto-oncogèni quando si attivano ad oncogèni guadagnano di funzione, cioè un proto-oncogène si attiva ad oncogène se un evento mutazionale ha fatto guadagnare di funzione (gain of function). È ovvio che il proto-oncogène in seguito ad esempio ad una radiazione ionizzante può subire anche una mutazione che fa perdere di funzione in tal caso non sarà rilevante dal punto di vista della trasformazione neoplastica mentre le alterazioni rilevanti sono quelle che fanno guadagnare di funzione. Ciò è ovvio se si considerano le funzioni di tali geni, in quanto essi hanno:

• Un’azione positiva, di promozione, sulla proliferazione cellulare;
• Un’azione negativa, di inibizione, sulla morte cellulare e sulla differenziazione.

È chiaro che mi aspetto che un’alterazione sia interessante quando determina guadagno di funzione iperstimolando la proliferazione cellulare e inibendo la morte e differenziazione cellulare. Gli oncosoppressori hanno azioni biologiche speculari. Hanno:

• Un’azione negativa sulla proliferazione cellulare;
• Un’azione positiva sulla morte cellulare, sulla differenziazione, e possono essere considerati geni oncosoppressori quei geni che contribuiscono in vario modo all’“arsenale di riparazione” del DNA perché riparando un’alterazione potenzialmente trasformante evitano il processo di trasformazione quando l’alterazione genica è riparabile.

Quando un oncosoppressore viene alterato perde la funzione (loss of function) mentre quando un oncogene viene alterato la guadagna (gain of function).

Le alterazioni genomiche sono distinte in:

• Strutturali:
• Mutazioni puntiformi;
• Aberrazioni cromosomiche;

Queste alterazioni strutturali portano alla produzione di prodotti proteici abnormi. Tale produzione proteica può essere intesa in senso quantitativo o qualitativo. Come esempio si può citare quello di un normale fattore di crescita che può esaltare la proliferazione di una cellula già neoplastica o una cellula che lo sta diventando anche per una questione di quantità, ovvero per un eccesso di fattore di crescita ma soprattutto un eccesso di recettore per il fattore di crescita. Per cui anche se la sequenza amminoacidica di quel recettore è normale si potranno verificare dei casi di un’eccessiva espressione in membrana di recettori per il fattore di crescita che potranno creare il cosiddetto sovraffollamento recettoriale in membrana per cui questa grande quantità di recettori, anche in presenza di normali o addirittura diminuite quantità di fattore di crescita, avrà la capacità di autoattivarsi per il semplice fatto di essere molto fitti, molto concentrati a livello della membrana.

• Epigenetiche (quindi a monte della struttura del DNA):

Non passano attraverso un’alterazione strutturale del DNA. In molti tumori un evento cruciale è l’ipermetilazione dei geni oncosoppressori. Di norma l’ipermetilazione è un evento epigenetico che inibisce l’espressione genica, quindi un gene oncosoppressore pur non avendo alterazioni dal punto di vista strutturale potrà essere downregolato per un evento di ipermetilazione. Le cause che provocano tali alterazioni possono essere divise in 3 grandi categorie:

• Ambientali: sostanze chimiche con cui veniamo a contatto ovviamente mutagene, ovvero devono avere la capacità esse stesse o i loro metaboliti di interagire col DNA; radiazioni, virus.
• Ereditate: non si eredita il tumore in quanto tale ma è possibile che si ereditino alterazioni molecolari attraverso la linea germinale che costituiscono un punto di partenza critico e nel momento in cui si sommeranno altre mutazioni si potrà sviluppare il tumore. Quindi tali alterazioni molecolari rappresentano un forte fattore di rischio ma di per sé NON sono sufficienti a determinare la trasformazione neoplastica. (N.B. Si parla più correttamente di tumore a substrato ereditario e non di tumore ereditato). Tali tumori sono stati dei modelli molto interessanti per studiare molecole alterate e quindi capire le loro funzioni.
• Spontanee (o stocastiche): si esclude che ci siano state cause esogene o endogene ereditate. La casualità gioca un ruolo molto importante. Errori durante la replicazione delle cellule, soprattutto errori di mismatch (errato appaiamento dei singoli nucleotidi) possono essere alla base della trasformazione neoplastica.

Non sempre le alterazioni genomiche determinano trasformazioni neoplastiche. Non sempre perché possono verificarsi a carico di una proteina che è irrilevante per le funzioni biologiche cruciali per le cellule neoplastiche che sono: Proliferazione; Morte cellulare; Differenziazione; Riparazione del DNA. Inoltre perché potrebbero verificarsi:

• Mutazioni non significative:
• mutazioni silenti (il codice genetico è degenerato per cui vi può essere la sostituzione di un nucleotide che non determina il cambiamento dell’amminoacido) o nel caso in cui si verifica la sostituzione di un amminoacido ma la proteina che ne risulta presenta una funzione sia che sia strutturale o enzimatica che è pressoché la stessa, quindi è conservata.

Trasformazione letale: l’alterazione genica che si è verificata può non essere compatibile con la vita perché compromette le funzioni vitali della cellula per cui essa va incontro a morte.

• Riparazione del danno:
• l’alterazione genica è riparabile quindi intervengono sistemi di riparazione del DNA.

Sistema immunitario (ruolo minore): un’alterazione genica può portare alla sintesi di una proteina leggermente modificata che potrebbe essere intercettata dal sistema immunitario come non-self, quindi come se la proteina appartenesse ad un microorganismo. Il sistema immunitario ha la possibilità teorica di intercettare le cellule che presentano tali proteine ed eliminarle.

Quindi c’è un’alterazione permanente per cui la cellula è indirizzata verso la trasformazione neoplastica solo se nessuno di questi eventi si è verificato. Ovvero se il danno non è incompatibile con la vita, se la cellula non ha evocato la risposta del sistema immunitario, se il danno non viene adeguatamente riparato perché o il danno è molto pesante o i sistemi di riparazione del DNA sono stati alterati (evenienza più grave) e se successivamente si verificano degli eventi replicativi allora si è sulla strada della trasformazione neoplastica. Gli eventi replicativi sono molto importanti e costituiscono quella che nella storia naturale del tumore prende il nome di fase di PROMOZIONE.

Oncogeni: Gli oncogèni agiscono con meccanismo DOMINANTE: trasformano la cellula anche in presenza del gene normale (o gene wild-type). Un’alterazione su un singolo allele che abbia fatto guadagnare di funzione alla proteina codificata è già sufficiente a far si che la cellula intraprenda un cammino a rischio.

Oncosoppressori: I geni oncosoppressori agiscono prevalentemente con meccanismo RECESSIVO: trasformano la cellula solamente se entrambi gli alleli sono alterati. Per cui per i geni oncosoppressori è necessario passare da una condizione di eterozigosi per una determinata alterazione genica ad una condizione di omozigosi. Ciò vale per la maggior parte dei geni oncosoppressori ma vi sono delle eccezioni:

• Il gene TP53 che codifica per la proteina p53 è un gene oncosoppressore ma può avere un meccanismo recessivo o di dominanza negativa.

Quindi i meccanismi di manifestazione dell’effetto sono 4:

• DOMINANZA: tipica degli oncogèni;
• RECESSIVITÀ: tipica della maggior parte dei geni oncosoppressori;
• DOMINANZA NEGATIVA :eccezione per alcuni geni oncosoppressori;
• APLOINSUFFICIENZA: altra eccezione per i geni oncosoppressori (l’allele wildtype produce una proteina wild-type normale, ma in una quantità insufficiente a garantire una determinata funzione).

Quando c’è un allele di oncosoppressore mutato e un allele wild-type si dovrebbe essere in una situazione tranquilla perché la presenza di un allele wild-type e uno mutato dovrebbe garantire un certo livello di funzione biologica. L’aploinsufficienza è un’eccezione in quanto in tal caso l’allele wild-type produce una proteina wild-type, quindi normale, ma in una quantità non sufficiente a garantire una determinata funzione biochimica.

Questa è una cosa abbastanza eccezionale perché la trascrizione di due alleli, essendo noi diploidi, e quindi la loro traduzione è abbastanza indifferente per la cellula parlando in termini di quantità di proteina prodotta. È quasi sempre così per la maggior parte delle nostre proteine ma per alcune proteine importanti nella trasformazione neoplastica la quantità gioca un ruolo importante. Per cui anche in presenza di un allele wild-type la quantità di proteina prodotta non è sufficiente per svolgere la sua tipica funzione biochimica.

• La maggior parte delle neoplasie emopoietiche (leucemie e linfomi) e mesenchimali (derivano dal foglietto embrionale, dal mesenchima, si chiamano sarcomi) derivano da una singola cellula che ha subìto una o più alterazioni geniche (origine monoclonale).

Origine monoclonale: ovvero una singola cellula che ha subito una o più mutazioni diventa il capostipite di tutte le cellule che poi sono derivate da questa. N.B. Questo tipo di tumori è solo una piccola parte perché la maggior parte dei tumori che colpiscono l’uomo sono carcinomi, per cui hanno interessato tessuti di derivazione endodermica o ectodermica per cui portano ad alterazioni a livello di epiteli di rivestimento o ghiandole.

Esperimento interessante fatto per il leiomioma uterino: L’osservazione che ha chiarito l’origine monoclonale è stata fatta prendendo in considerazione una proteina che in molti individui è polimorfica, la G6PD (glucosio 6-fosfato deidrogenasi) che può essere presente in due isoforme. Il gene della G6PD è locato sul cromosoma X:

• Negli individui eterozigoti per la G6PD le cellule muscolari della parete dell’utero sono dei mosaici di cellule in cui alcune hanno l’isoforma A e alcune l’isoforma B espressa. Ciò perché a causa del fenomeno della lyonizzazione (uno dei due X viene complessato in forma non utile) un cromosoma X può non essere espresso, forma il corpo di Barr e casualmente rimane esprimibile l’altro cromosoma.
• Negli individui eterozigoti che hanno un leiomioma si vede che nelle cellule tumorali o è espressa l’isoforma A o la B, ciò significa che tali cellule sono derivate da un’unica cellula che presentava l’isoforma A o B dell’enzima e che ha dato poi origine alla progenie: origine monoclonale del tumore.

• La massa tumorale è dinamica. L’origine monoclonale dei tumori potrebbe far pensare che porti alla stabilizzazione di una massa neoplastica con cellule tumorali che sono tutte uguali tra di loro.