Biologia cellulare del cancro

Processo di senescenza cellulare

ATR);• Accorciamento eccessivo dei telomeri (viene meno la struttura ripiegata terminale del telomero con distacco di proteine che normalmente agirebbero inibendo l’attività di ATR);La senescenza rappresenta essenzialmente una risposta oncosoppressiva della cellula capace di bloccare le cellule ad uno stadio pre-tumorale impedendone la trasformazione neoplastica (nei tessuti tumorali è infatti possibile osservare, a seguito di un’inattivazione di p53, un basso quantitativo di cellule senescenti).La natura dello stimolo attivante p53 determina il suo effetto sulla cellulaL’attivazione di p53 è in grado, oltre allasenescenza, di indurre l’apoptosi dellacellula a seguito di particolari stimoli;l’azione di p53 è pertanto sia preventiva (adesempio, attraverso la senescenza previenela trasformazione neoplastica delle cellule diun tessuto) che soppressiva (attraversol’induzione della morte cellulare in cellulegià

una maggiore affinità per un certo sottogruppo di geni (geni responsabili di apoptosi oppure geni responsabili di senescenza)

La via di segnalazione intrinseca dell'apoptosi

L'apoptosi, ossia la morte cellulare programmata, può essere indotta nella cellula stessa a seguito di stimoli esterni o interni; esempi di stimoli interni capaci di indurre l'apoptosi sono l'elevata presenza di radicali liberi nella cellula, un elevato quantitativo di danni al DNA, l'inadeguata interazione cellula-matrice (tale stimolo porta all'apoptosi molte cellule neoplastiche che a seguito di metastasi si ritrovano in un nuovo tessuto), etc.

Nel caso specifico delle cellule tumorali, è possibile dire che esse sono continuamente sottoposte a una serie di stimoli (per lo più interni) che ne inducono la morte per apoptosi; a seguito di tali stimoli, moltissime

Le cellule tumorali solitamente muoiono generando così una grande pressione selettiva che permette la sola sopravvivenza delle cellule tumorali capaci di evadere dalla morte cellulare programmata.

La capacità delle cellule tumorali di resistere alla morte cellulare è un hallmarks che viene preso molto in considerazione durante il disegno di terapie antitumorali, in quanto il loro obiettivo non è solitamente quello di arrestare la proliferazione della cellula neoplastica, ma di eliminarla lasciandone possibilmente un ricordo nel sistema immunitario.

Nel caso di attivazione dell'apoptosi a seguito di un segnale intrinseco (ipossia, stress metabolico, danno ingente al DNA, etc), ciò che si assiste inizialmente nella cellula consiste in una modificazione della natura dei mitocondri con conseguente fuoriuscita di molecole (citocromo C) indispensabili nel citoplasma per l'attivazione delle caspasi (enzimi preposti al disassemblaggio cellulare tipico).

• Membri della famiglia di Bcl-2 (i regolatori appartenenti a questa famiglia possono essere sia pro-apoptotici che contro-apoptotici)
• Inibitori delle caspasi (IAPs)
• Antagonisti di IAPs (proteine pro-apoptotiche)

membranamitocondriale esterna; tali proteinesono responsabili dell'attivazionedella caspasi iniziatrice in quanto ilcitocromo C si complessa con laproteina APAF1 e la caspasi 9formando un apoptosoma che portaall'attivazione della caspasi 9 stessa,mentre SMAC inibisce l'operato diproteine IAPs a monte impedendocosì l'inattivazione della caspasi 9.La depolarizzazione della membrana mitocondriale e la formazione di pori su di essa sono causate da unprocesso a monte in cui sono coinvolte le proteine della famiglia Bcl-2; delle proteine che intervengonoalcune sono pro-apoptotiche ed agiscono da effettori (BAX e BAK, ossia le proteine che portano allaformazione dei pori sulla membrana) mentre altre se pur pro-apoptotiche agiscono da iniziatori (le BH3-only) capaci di attivare gli effettori a valle. Le BH3-only sono una sottofamiglia di proteine molto numerosecapaci ognuna di riconoscere un particolare stimolo apoptotico; esse possono essere presenti come

inattivenel citoplasma (ad esempio Bad e Bim) e attivate al momento dello stress oppure trascritte direttamentecome attive nel momento in cui lo stress apoptotico si manifesta (esempi di quest’ultime sono PUMA eNOXA la cui espressione viene stimolata dall’attività trascrizionale di p53). Le proteine BH3 agisconoessenzialmente inibendo l’operato della proteina Bcl-2 che normalmente interagisce con BAX e BAK(oncosoppressori) impedendone la multimerizzazione responsabile della formazione di pori che siinseriscono nella membrana mitocondriale esterna.

Degli inibitori delle caspasi (IAPs) fa parte la proteina nota come “survivina” (frequentementesovraespressa in diversi tipi tumorali) che risulta capace di inibire sia la caspasi 9 che le caspasi effettricimediante legame diretto con esse (le caspasi vengono unicamente inibite dal legame oppure vienestimolata la loro ubiquitinazione e degradazione ad opera del sistema UPS); gli antagonisti di IAPs

(adesempio SMAC) agiscono sequestrando le IAPs.

Ruolo di p53 nell'apoptosi

La proteina p53 interviene in molti modi a livello dell'apoptosi, anche se, agendo come fattore di trascrizione, risulta particolarmente importante il suo effetto di stimolazione della trascrizione di PUMA e NOXA (ma anche di altri geni pro-apoptotici) e inibizione dell'espressione di geni anti-apoptotici (Bcl-2 ad esempio); dato che essa interviene in molti modi nel processo apoptotico, una alterazione della sua attività è in grado di compromettere fortemente l'efficacia di tale processo.

All'esterno del nucleo, ossia nel citoplasma e nel mitocondrio, p53 svolge diverse azioni pro-apoptotiche (interagisce con BAX promuovendo la sua multimerizzazione e interagisce con proteine della famiglia Bcl-2 in modo da impedirne il legame a BAX e BAK). È importante sottolineare che l'azione pro-apoptotica di p53 a livello citoplasmatico e mitocondriale è estremamente

Rapida e consente alla cellula di inizializzare velocemente l'apoptosi in caso di particolari stress estremamente intensi, mentre l'azione nucleare di p53 risulta più lenta ma in grado di attivare con più forza l'apoptosi.

Meccanismi di evasione dell'apoptosi nei tumori:

• Perdita della funzionalità di p53 a seguito di mutazioni (osservabile in molti tumori ma solitamente acquisita in fase avanzata);
• Compromissione dei recettori di membrana addetti alla percezione di segnali estrinseci di morte (i recettori possono venir sottoespressi oppure possono risultare mutati in diversi modi);
• Sbilanciamento nella cellula del quantitativo di membri oncosoppressivi e oncogeni della famiglia Bcl-2; i geni anti-apoptotici appartenenti a questa famiglia sono solitamente oggetto di traslocazione (si osserva il loro spostamento a valle di un

promotore genico particolarmente attico)o amplificazioni (ciò porta ad una loro sovraespressione), mentre quelli pro-apoptotici sono solitamente oggetto di delezione, silenziamento epigenetico o mutazioni frameshift che causano l’espressione di una forma tronca della proteina.

Aumento dell’espressione delle IAPs; la survivina ad esempio si trova sovraespressa in molti tumori a causa di una maggior attività della via Wnt/β-catenina e/o PI3K/Akt (via attivata normalmente da segnali di sopravvivenza, capace di inibire l’apoptosi e stimolare la sopravvivenza della cellula).

Riduzione dell’espressione delle caspasi (9 e/o effettrici);

Possibili terapie mirate per indurre l’apoptosi nella cellula tumorale:

Nel caso le cellule tumorali risultino insensibili all’apoptosi a seguito di una iperespressione di Bcl-2 è possibile fornire al paziente dei farmaci capaci di agire selettivamente su Bcl-2 mimando l’operato

delle proteine BH3-only (fisiologicamente sequestrano Bcl