Biologia generale

MECCANISMI DI ATTIVAZIONE DI PROTO-ONCOGENI

I meccanismi mutazionali possono essere vari, ma hanno tutti in comune l'effetto di aumentare

l'attività del gene. I meccanismi mutazionali di attivazione sono principalmente:

mutazioni puntiformi: danno un guadagno di funzione alla proteina

amplificazione: processo di duplicazioni successive del gene, sconvolgimento a livello del

genoma che porta ad un aumento delle copie del gene e di conseguenza della quantità del prodotto

proteico che di per sé è una proteina normale

traslocazione: rotture e spostamenti di cromosomi in regioni del genoma dove si vengono a trovare

sotto il controllo di forti promotori o attivatori della trascrizione

 Oncogene Ras: Data una sequenza di DNA è possibile che avvenga una mutazione con

produzione di una proteina mutata. Questa risulta iperattiva quando presente a livelli

normali ed un esempio caratteristico ne è proprio RAS. La mutazione missenso nella

sequenza codificante per RAS porta alla produzione di una proteina costitutivamente

attivata, ossia che non è più in grado di slegare GTP per ritornare alla sua forma inattiva,

legnate GDP. Sostituzione della Gly12 o Gln 61 (glutammina) risultano in attivazione

oncogenica di ras (viene abolita attività GTP-asi GTP→ GDP)

 Myc: Data una sequenza di DNA se avviene un'amplificazione della sequenza codificante vi è

la produzione di una proteina normale ma sovra-espressa perchè prodotta in maggiore

quantità. Questo tipo di mutazione è quello che trasforma il fattore di trascrizione Myc da

proto-oncogene in oncogene, in quanto il ruolo di Myc è quello di superare il punto di

restrizione del ciclo cellulare. Essa inoltre regola diverse vie fondamentali tra cui quella per la

determinazione della sintesi ex novo della ciclina-D. Alti livelli di Myc sono quindi

frequentemente osservati in molti tumori umani come per esempio il neuroblastoma. Nel

nostro genoma ci sono tre Myc che si occupano della trascrizione (fattori di regolazione),

essi sono omologhi ma si trovano su tre cromosomi differenti:

N-Myc (sul braccio corto del cromosoma 2,

C-Myc (sul braccio lungo del cromosoma 8),

L-Myc (si trova sul cromosoma 1).

Nel linfoma di Burkitt è coinvolto il proto-oncogène c-MYC Una traslocazione 8;14 trasferisce

MYC nelle vicinanze di IGH (gene codificante le catene H (pesanti) delle immunoglobuline. La

traslocazione NON crea un gene chimerico, ma i due geni risultano giustapposti.

L’espressione del gene MYC è intensificata perché esso viene a trovarsi sotto l’influenza di

elementi E (enhancers) che stimolano l’espressione di IGH specificamente nelle cellule B

 abl: Un riarrangiamento ed in particolare una traslocazione in prossimità di enhancer,

regioni che stanno a monte del promotore ( a cui si legano gli attivatori della trascrizione)

può portare alla produzione di una proteina normale sovra espressa oppure alla fusione di

porzioni di prot-oncogeni che codificaano per una proteina chimera con funzione alterata.

Questo è un esempio di ABL che è una proteina che, negli esseri umani, è codificata dal gene

ABL1 (simbolo ABL precedente ) situato sul cromosoma 9. L'attività della proteina ABL1 è

regolata negativamente dal suo dominio SH3 e la cancellazione del dominio SH3 trasforma

ABL1 in un oncogene . Il cromosoma Philadelphia umano, così chiamato perché scoperto

appunto a Philadelphia (USA), è il cromosoma 22 modificato per l'inserzione di un

frammento terminale proveniente dal cromosoma 9. A seguito di una traslocazione, il gene

Abelson (ABL - abl) passa dal cromosoma 9 alla regione di raggruppamento dei punti di

rottura (Breakpoint Cluster Region, BCR, in inglese) del cromosoma 22, con formazione di un

gene chimera Bcr-Abl. Mentre il gene ABL si rompe pressoché sempre nello stesso punto, il

gene BCR può rompersi in diverse posizioni. L’anomalia cromosomica si vede SOLO nelle

cellule leucemiche, tutte derivanti da una cellula staminale del midollo osseo in cui

originariamente è avvenuto l’evento di traslocazione. Alcuni tipi di leucemia sono associabili

a specifiche TRASLOCAZIONI (conseguenti a rotture cromosomiche). Es: LMC (leucemia

mieloide cronica)

MECCANISMI DI INATTIVAZIONE DI GENI ONCOSOPRESSORI

Un gene oncosoppressore (o semplicemente oncosoppressore) è un gene che codifica per prodotti che

agiscono negativamente sulla progressione del ciclo cellulare proteggendo in tal modo la cellula

dall'accumulo di mutazioni potenzialmente tumorali. Queste mutazioni inattivano geni che normalmente

fanno da freno alla proliferazione cellulare. Sono generalmente:

delezioni: causano l'eliminazione del gene con la conseguente assenza di sintesi della proteina

associata

mutazioni puntiformi: danno una perdita di funzione, generalmente data da mutazioni nonsenso

Se sussiste una di queste mutazioni , al termine ella traduzione verrà prodotta una proteina mutante, la

quale può essere una proteina inattiva espressa a livelli normali oppure una proteina assente, esempi sono:

APC e p53 (entrambi sono geni che codificano per proteine).

LA PROTEINA APC

La proteina APC fa parte del complesso di distruzione della beta-catenina, proteina chiave della segnalazione

di Wnt. La proteina APC è assente o inattiva a causa di mutazioni nel carcinoma poliposico del colon, se APC



non funziona, b catenina costitutivamente ON promuove proliferazione incontrollata

MODALITA' DI AZIONE NEL NUCLEO DI p53

 p53 è proteina regolatrice della trascrizione di vari geni

 la sua attivazione è stimolata da vari stress cellulari

 Il suo compito è quello di bloccare il ciclo cellulare per permettere il ripristino delle condizioni

normali oppure promuovere apoptosi

 In vari tipi di tumori umani l’oncosopressore p53 è assente o non funzionante, a causa di mutazioni

In condizioni normali la proteina mdm2 inibisce l'attività di p53. Vari stimoli portano all’attivazione di

chinasi che, fosforilando p53 e la attivano. L’interazione con mdm2 viene impedita p53 promuove a sua

volta l’attivazione di altre proteine al fine di riportare la cellula in condizioni fisiologiche o, in alternativa,

promuove apoptosi.

Spesso le mutazioni a carico del gene p53 trovate in cellule tumorali NON sono del tipo perdita di funzione

(frameshift, nonsenso), bensì mutazioni missenso che comportano produzione di proteina alterata con

guadagno di funzione. Per esempio una mutazione riscontrata frequentemente nel carcinoma epatocellulare

: p53-R249S, porta alla produzione di proteina p53-RS, capace di legare c-Myc e stimola proliferazione

cellulare

LA PROTEINA Rb

Il gene Rb appartiene alla categoria degli oncosoppressori, ma la sua funzione fisiologica è quella di

guardiano del posto di blocco tra G1 e S. La proteina Rb impedisce l’entrata in fase S fino a quando non

viene fosforilata dal complesso G1/S-cdk. La mancanza della proteina Rb elimina il posto di blocco G1/S: la

cellula può andare in fase S in modo incontrollato, indipendentemente da segnali di fattori di crescita

TUMORIGENESI

La progressione del tumore è legata a una sommatoria di mutazioni attivanti (“guadagno di funzione”) in

oncogèni e mutazioni inattivanti (“perdita di funzione”) in geni oncosopressori. Studi epidemiologici

mostrano che l’incidenza dei tumori aumenta in modo esponenziale con l’età. Per il completo sviluppo di una

neoplasia è necessario un numero di mutazioni compreso fra 3 e 7.

ALTERAZIONI EPIGENETICHE E CANCRO

La trasformazione neoplastica è la conseguenza di mutazioni genetiche, ma anche di alterazioni delle

modificazioni epigenetiche (metilazione del DNA,modifiche degli istoni,espressione dei microRNA). In molti

tumori si riscontra sbilanciamento dei profili di metilazione rispetto a cellule normali dello stesso tessuto:

1. ipermetilazione di isole CpG nei promotori di oncosopessori (regolazione negativa)

2. ipometilazione di isole CpG in promotori di oncogeni

3. deacetilazione degli istoni a livello di oncosopressori

4. acetilazione degli istoni a livello degli oncogeni

Le modificazioni epigenetiche dal punto di vista della loro importanza sono al pari delle mutazioni dei singoli

geni (se non di più) nella promozione di una cellula da normale a tumorale. In queste la perdita della

soppressione di geni avviene circa 10 volte più frequentemente per alterazioni epigenetiche rispetto a

mutazioni di "perdita di funzione".

Esiste inoltre uno stretto legame causa-effetto tra efficienza di riparazione dei danni al DNA e tumorigenesi.

L'Ataxia Teleangectasia (AT) è una condizione rara autosomica recessiva che presenta ipersensibilità alle

radiazioni ionizzanti e predisposizione a leucemie ed altri tumori. La frequenza è di 1:100000 ed hanno un

disturbo neurologico al cervello che impedisce una mancanza di coordinazione dei movimenti). Le persone

affette sono caratterizzate da invecchiamento precoce, predisposizione a tumori,rotture cromosomiche ed

ipersensibilità. Questi pazienti non possono essere chiaramente trattati con le radiazioni perchè possiedono

mutazioni inattivanti per entrambe le copie del gene ATM, il quale codifica per una chinasi di fondamentale

importanza. Questa chinasi viene attivata quando si verificano rotture a doppio filamento nel DNA ed attiva

una serie di proteine importanti per il blocco del ciclo cellulare e l'attivazione del sistema di riparazione del

DNA. ATM va ad agire su p53, anche se non direttamente, la quale può poi indurre apoptosi o interagire nel

blocco del ciclo cellulare, ATM può invece riparare il DNA. Essa è un caretaker ossia è coinvolto nella stabilità

genetica. Individui affetti da AT hanno una probabilità 100 volte maggiore di sviluppare tumori rispetto ad un

individuo sano.

Un'altra condizione interessante è lo Xeroderma Pigmentoso (XP), ovvero l'Incapacità di riparare il danno

indotto da luce UV causato da un inefficienza del sistema di riparazione NER. Le persone affette non

devono esporsi alla luce solare dato l’elevatissimo rischio di sviluppare tumori nella pelle. Sono molti i

difetti che possono portare a questa patologia visto che sono molti gli enzimi che entrano nel sistema NER: a

seconda di quale di questi ha problemi, XP ha differenti denominazioni. Negli individui che non hanno

queste patologie limite, c'è comunque una variabilità dell'efficienza di questi sistemi, c'è quindi una

variabilità della predisposizione a sviluppare cancro.

Un esempio di variabilità genetica individuale dei sistemi di riparazione dei danni al DNA è quello dell’enzima

OGG, strettamente legato ai danni da fumo. L'enzima OGG ha un ruolo importante nel BER, svolge il ruolo di

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