Fisiopatologia

DNA E TUMORI

Il cancro è una malattia genetica acquisita in cui un singolo clone di cellule somatiche e la sua progenie accumulano una serie di modificazioni ereditabili che conferiscono loro un particolare fenotipo caratterizzato da diverse proprietà e comune alla maggior parte dei tumori; mutazioni in geni diversi possono determinare l'acquisizione della stessa caratteristica. Una singola mutazione non è sufficiente a generare un tumore, sono necessarie una serie di altre modificazioni ereditabili grazie all'accumulo di più mutazioni geniche. Le capacità acquisite da una cellula tumorale sono: - Autosufficienza nei segnali di crescita: le cellule tumorali crescono molto rapidamente e in modo incontrollato. Normalmente la crescita è indotta nelle cellule da fattori di crescita prodotti da altre cellule; le cellule tumorali sono indipendenti e generano autonomamente segnali di crescita. - Insensibilità ai segnaliantiproliferativi • Resistenza all'apoptosi • Potenziale replicativo illimitato al contrario delle cellule normali che hanno un potenziale replicativo limitato, ossia riescono a dividersi un numero prefissato di volte. Per questa caratteristica le cellule tumorali possono essere utilizzate come modello cellulare in vitro. • Invasività e capacità di metastatizzare • Sostenuta neoangiogenesi Il cancro può essere definito come una malattia generalmente caratterizzata da instabilità genomica, alterato comportamento della cellula e alterato comportamento del tessuto. In realtà ogni tipologia di tumore ha delle caratteristiche proprie che dipendono dalla sua biologia. Le mutazioni nel DNA nelle cellule somatiche sono, in minima parte, mutazioni ereditarie oppure, per la maggior parte, mutazioni acquisite dovute ad agenti cancerogeni ambientali, suddivisibili in chimici (es. asbesto, formaldeide, benzopirene), fisici (es. radiazioni ionizzanti).come i raggi X, radiazioni non ionizzanti come gli UV), e biologici (es. HBV, EBV, HPV). Per indurre cancerogenesi questi agenti devono produrre una mutazione a carico di geni coinvolti in crescita, proliferazione, apoptosi, differenziazione, angiogenesi, altrimenti si ha un effetto che, però, non determina lo sviluppo di un tumore, ma ad esempio la morte della cellula. Le mutazioni responsabili dell'inizio della cancerogenesi sono quelle a carico di: oncogeni (geni che promuovono la crescita) e causano l'espressione di prodotti genici alterati e perdita di prodotti regolatori di geni. In questa situazione non si ha ancora il tumore, ma una condizione di iper-proliferazione compatibile con una lesione precancerosa. Affinché si sviluppi una neoplasia devono seguire l'espansione l'accumulo clonale e di ulteriori mutazioni che conferiscono alla

cellula le diverse caratteristiche del tumore. Lo sviluppo di un tumore è compatibile con la teoria dell'evoluzione e procede attraverso un processo darwiniano in quanto si hanno mutazioni casuali che vengono trasmesse alla progenie, intesa in senso cellulare in questo caso, solo se apportano un vantaggio. I geni coinvolti inizialmente nel processo di cancerogenesi se mutati facilitano l'acquisizione di ulteriori mutazioni (fenotipo mutatore). Ci sono i geni vogliono più o meno 5-10 mutazioni in una stessa cellula per determinare la formazione di un tumore e oltre 10 oncosoppressori. L'acquisizione di una maggior propensione alla mutazione, ossia del fenotipo mutatore, è un fattore importante nella progressione tumorale. L'analisi delle mutazioni implicate nello sviluppo di uno specifico tumore non è semplice. Le mutazioni rilevate nelle cellule tumorali possono essere divise in mutazioni driver, se a livello

Dei geni regolatori, e in mutazioni passenger, se a livello di altri geni. Per i tumori più comuni sono state identificate le mutazioni coinvolte. I cancerogeni non hanno un particolare predilezione per i geni oncogeni e oncosoppressori, infatti, determinano mutazioni del tutto casuali, ma che risultano coinvolte nella cancerogenesi solo se a carico di essi. Infatti, una mutazione a livello di un gene anche importante, ma non coinvolto nella regolazione della crescita e proliferazione non provoca neoplasie, ma può essere silente, portare produzione di una proteina anomala o portare all'apoptosi della cellula. Se, invece, l'alterazione genica è a carico di un oncogene, un oncosoppressore o un gene che regola l'apoptosi, essa può favorire la proliferazione incontrollata della stessa condizionando anche la probabilità di acquisire mutazioni future che porteranno il clone cellulare ad acquisire le caratteristiche tipiche delle cellule tumorali.

La cellula mutata, anche a livello di un gene regolatore, può andare in contro a senescenza o apoptosi, quindi, la maggior parte delle mutazioni non viene mantenuta. Se, invece, si ha la conservazione è possibile che occorra un'ulteriore mutazione la quale può essere a sua volta conservata o meno. Sono necessarie 5-10 mutazioni nella stessa cellula per permetterle di acquisire tutte le caratteristiche tipiche di una cellula neoplastica. L'impatto dei cancerogeni sullo sviluppo dei tumori dipende dal patrimonio genetico individuale; sono particolarmente rilevanti i geni che codificano per enzimi detossificanti, enzimi implicati nella sintesi di ormoni. Fondamentale è anche il ruolo del sistema immunitario che dovrebbe eliminare le cellule neoplastiche e dei fattori dietetici. Sistemi di riparazione del DNA Gli agenti cancerogeni possono provocare diverse tipologie di alterazioni del DNA: sostituzione di basi, idrossilazione della guanina, rotture a singola elica,

Rottura a doppia elica ed errori negli appaiamenti. Indipendentemente dall'esposizione ai cancerogeni, si possono sempre avere errori di replicazione spontanei che possono causare mutazioni. Per ogni tipologia di errore nella replicazione esiste un sistema enzimatico di riparazione (es. base excision repair, nucleotide excision repair, mismatch repair, ecc); i sistemi di riparo coinvolgono circa 100 geni. Ogni volta che il DNA si replica, il nostro genoma subisce mutazioni (circa 200 spontanee al giorno). Grazie al sistema di mismatch repair gli errori di copiatura sono ridotti di mille volte. Nel 2015 è stato conferito il Nobel a ricercatori dei sistemi di riparazione dei danni al DNA. Questi sistemi, come è intuitivo, sono fondamentali, infatti, soggetti con malattie genetiche che impattano su di essi sono particolarmente esposti al rischio di tumori. Ad esempio, nei pazienti con xeroderma pigmentosum l'incidenza dei tumori è elevatissima.

Perché la causa della malattia è una mutazione a carico di un'endonucleasi che ha la funzione di "tagliare" (NER) il DNA per eliminare basi alterate. Nella sindrome di Bloom, compromessa l'attività di una DNA elicasi e nella atassia teleangectasia è mutato il gene ATM che codifica per una chinasi con la funzione di segnalare danni al DNA per permetterne la loro correzione.

Nel caso di una grossa percentuale di linfomi, la maggior parte dei quali riguarda la trasformazione maligna di linfociti B, la trasformazione avviene nel centro germinativo dei linfonodi dove i linfociti B, che hanno visto un antigene e producono anticorpi che lo riconoscono con bassa affinità, vanno incontro ad un processo di selezione basato sulla ricombinazione genetica che porterà alla formazione di cellule della memoria o di plasmacellule che producono anticorpi ad alta affinità. Per permettere la

ricombinazione genetica e l'ipermutazione (modificazione del 10% circa del DNA) ci sono meccanismi specifici che permettono un'alta velocità di proliferazione e sopprimono i meccanismi di risposta al danno al DNA, l'apoptosi ed il differenziamento. La conseguenza di questa tolleranza delle mutazioni è lo sviluppo di un alto numero di mutazioni che portano alla formazione di una cellula B maligna (linfoma).

Oncogeni

I protooncogeni sono geni coinvolti nella proliferazione e crescita cellulare, quando subiscono una mutazione che ne determina la trascrizione incontrollata vengono detti oncogeni. La proteina codificata dal protooncogene è detta oncoproteina, mentre la proteina codificata dall'oncogene è detta proteina oncogenica. Modificazioni a carico del DNA causano modificazioni degli RNA e, questi, modificazioni a carico delle proteine.

1. DNA: riarrangiamenti, inserzioni/delezioni, mutazioni puntiformi, amplificazioni, traslocazioni; si possono

avere o nessun effetto o la produzione di una proteina strutturalmente normale, ma prodotta in quantità non regolata oppure la produzione di una proteina in quantità normale, ma alterata strutturalmente e funzionalmente;

2. RNA: inserzione promotori, enhancer, mutazioni di processamento, fusione mRNA, cambiamenti di stabilità dell'mRNA, cambiamenti di affinità per i ribosomi.

3. Proteine: troppa/troppo poca, funzione alterata, stabilità alterata.

In molti tumori si osserva una traslocazione del gene mic, un protoncogene, dal cromosoma 8 al cromosoma 14. Nella traslocazione il promotore del gene mic che ne regola l'espressione rimane sul cromosoma 8, mentre la regione codificante è traslocata sul cromosoma 14 in una regione che codifica per le immunoglobuline e che è regolata dal relativo promotore. Poiché nei linfociti B i geni questa traslocazione porta ad un'iper-espressione delle immunoglobuline sono molto espressi.

dimic con iper-proliferazione e genesi di linfoma. I meccanismi di regolazione e segnalazione in cui sono coinvolti oncogeni e oncosoppressori sono estremamente complessi. Infatti, essi comprendono un segnale (di crescita, sopravvivenza, apoptosi, ecc) che proviene dall'esterno della cellula e che viene trasdotto a livello di un recettore di membrana. All'interno della cellula si ha l'attivazione/inattivazione di fattori di trascrizione che vanno e determinano una modificazione dell'espressione genica. Questo complesso sistema nel nucleo può alterarsi a diversi livelli. Ad esempio, una mutazione a livello del gene che codifica per il recettore che effettua la traduzione può portare ad un'iper-espressione dello stesso o ad una sua mancata espressione; se il primo è il recettore per un fattore di crescita o il secondo il recettore per un fattore di resistenza all'apoptosi, si avrà iper-proliferazione. In alternativa

è possibile che la mutazione porti ad avere un rec