Modulo di Oncologia

Tumorigenesi

La trasformazione neoplastica: cause ed effetti

LEZIONE 1 PROF. CHIARAMONTE

❖ Neoplasia = massa abnorme di tessuto che cresce in modo deregolato e progredisce similmente anche dopo la

stimolo iniziale che l’ha causata.

cessazione dello

Iperplasia = c’è uno stimolo iniziale e si ha una crescita di cellule,

❖ è una situazione di adattamento e quindi finito lo

stimolo si torna al livello di omeostasi, di equilibrio.

Es.: Carcinoma è un tumore delle cellule epiteliali. Si chiamano così nella loro forma maligna, quando hanno invaso o

metastatizzato il tessuto circostante.

Cause del cancro:

o Di tipo esogeno: sostanze chimiche, virus e batteri, radiazioni

o Di tipo endogeno: ormoni, dieta, componente ereditaria

o Agenti (sostanze chimiche, virus, batteri, radiazioni) che inducono mutazioni, modificazioni irreversibili del DNA

o Alterazioni epigenetiche

o Elementi non considerati dannosi (ormoni) →

Meccanismi di difesa della cellula dalle mutazioni sistemi stereotipati, già attivi, pronti a contrastare il danno

genotossico. Immagine slide 5

→

1. Blocco della proliferazione e replicazione del DNA si evita di produrre un clone con il DNA mutato, se

trasferito alle cellule figlie il DNA danneggiato viene percepito come corretto, sano;

→

2. Attiva i meccanismi di riparazione del DNA riparo del DNA danneggiato e la cellula può riprendere la

replicazione e in mitosi trasferire il DNA alle due cellule figlie;

→

3. Suicidio cellulare o apoptosi per non trasmettere DNA danneggiato alle cellule figlie.

→

Punto 2. Il cancro prevede un ridotto controllo del ciclo cellulare i punti di controllo impediscono la progressione del

ciclo fino al raggiungimento delle caratteristiche necessarie per passare al punto successivo.

Il punto di controllo di G1 è il più

importante.

I fattori di crescita come fattori

mitogeni sono uno stimolo positivo

per il passaggio di questo checkpoint.

In caso di non superamento del

checkpoint la cellula va in uno stato di

quiescente.

La presenza di danni al DNA (anche

in S, la pol può sempre inserirli) si

controlla sempre.

I checkpoint G1 e G2 sono simili.

Nel punto di controllo

dell’assemblaggio del fuso durante la

mitosi, si controlla che i cromosomi

siano attaccati correttamente al fuso.

Il meccanismo deputato al controllo dei checkpoint in caso di tumore viene rallentato e le cellule danneggiate superano

→

i punti di controllo più facilmente anche se non tutti i parametri sono rispettati se una cellula con danno al DNA

supera la fase G1 trasmetterà il DNA danneggiato alle cellule figlie.

❖ La tendenza, propensione della cellula ad acquisire nuove mutazioni (ad oncogeni, oncosoppressori) è chiamata

instabilità genetica. →

La riparazione del DNA avviene con meccanismi non efficienti propensione a instabilità genetica.

→

La sopravvivenza è una caratteristica delle cellule tumorali nonostante il DNA danneggiato, evadono le risposte di

→

difesa al danno ed evitano la morte cellulare (punto 3) propensione a instabilità genetica. non c’è un

→

I meccanismi di regolazione sono molto complessi e mediati da centinaia/migliaia di proteine differenti

effetto tutto o niente in una cellula tumorale, ci sarà un’indipendenza ma non sarà completamente fuori controllo (se

non in fase terminale o in caso di alterazioni ad un gene fondamentale che di solito si trovano in tutti i tipi di tumore ad

un certo punto di progressione).

L’obiettivo della risposta cellulare al danno genotossico è:

Impedire l’acquisizione di mutazione

➢ Impedire l’acquisizione di instabilità genetica

➢ (= propensione continua ad acquisire mutazioni nel tempo anche

c’è

quando non la stimolazione genotossica iniziale)

La tumorigenesi è un processo multi-fasico:

L’avvio di un tumore si ha quando la cellula

→

viene definita trasformata ha acquisito

una sufficiente deregolazione tale per cui da

questo punto non sarà più controllabile, non

si potrà più tornare indietro. Cellula

neoplastica.

1. La cellula sana riceve uno stimolo

(sostanze cancerogene, stimolazione

di tipo mutageno);

2. La cellula acquisisce le prime mutazioni

(in oncogeni e oncosoppressori) che

→

vengono fissate al DNA lievissimo

livello di instabilità (al successivo ciclo

cellulare è ancora sotto controllo ed è difficile acquisisca ulteriori mutazioni);

3. Per acquisire ulteriori mutazioni la cellula deve, a livello dei punti di controllo del ciclo cellulare, deve avere dei

segnali mitogeni (=stimoli proliferativi che possono essere anche fisiologici come gli ormoni, non solo

→

patologici) molto forti da farla entrare in fase di sintesi trasmissione del DNA, anche se mutato, alle cellule figlie

→ indipendenza minima dal controllo del ciclo cellulare.

4. Acquisizione di instabilità genetica→ deregolati oncogeni e oncosoppressori che controllano processi di crescita,

riparazione del DNA…

5. Progressione: dalla prima cellula trasformata si dà origine ad un clone di cellule che nel tempo acquisiranno

diversi geneticamente l’uno dall’altro

→ →

mutazioni sempre diverse sotto-cloni conferiscono globalmente alla

a tutte le azioni che l’organismo mette in atto

massa tumorale la capacità di sopravvivere (cooperano, lavorano

→

sinergicamente) capacità di invasione tessuto circostante ed eventuale metastatizzazione.

NB.: Processo multi-fasico che prima porta alla formazione di una cellula trasformata e poi progressione e acquisizione

di nuove mutazioni che portano ad avere maggiore aggressività e acquisizione di malignità.

(alterazioni permanenti del DNA sono puntiformi, delezioni, aberrazioni…)

Le mutazioni possono alterare:

dell’azione della proteina codificata;

→

o La sequenza codificante variazione qualitativa

→ →

o Le regioni regolative promotori, enhancer variazione quantitativa (espressione maggiore o minore della

proteina codificata da quel gene);

→

o Il numero di copie di un gene variazione quantitativa.

Le mutazioni si possono suddividere in:

→

o Mutazioni ereditarie trasmesse dai genitori e presenti fin dalla nascita: mutazioni sulla linea germinale (ovulo

e/o spermatozoo). Circa il 10% dei tumori sono ereditari.

il ciclo vitale di una cellula dell’organismo

→

o Mutazioni somatiche prodotte durante adulto.

Cause endogene di danno genotossico: →

1. Errori della DNA polimerasi nella replicazione inefficienza del proof reading, inefficienza della riparazione

mediata da sistema di mismatch repair, presenza di sequenze ripetute (microsatelliti) per la pol difficili da replicare

correttamente (→ slippage = scivolamento).

Effetto blando e che avviene raramente, solitamente i tumori richiedono lo stimolo di un mutageno iniziale.

Attacco delle specie reattive dell’ossigeno (ROS) →

2. prodotte da intermedi metabolici nella cellula (es.: durante

la respirazione cellulare) e non smaltite dal sistema di detossificazione.

per esempio l’acquisizione di un ossigeno in più e cambio di base del DNA.

Questo comporta

Cause esogene: agenti chimici mutageni, radicali liberi dell’ossigeno

→

1. Cancerogeni chimici mutageni

2. Fisiche: Radiazioni, asbesto

→

3. Agenti infettivi virali virus della leucemia a cellule T umana, papilloma virus, virus di Epstein-Barr

CANCEROGENI cioè che possiedono atomi privi di uno o più elettroni nell’orbitale

Gli agenti cancerogeni sono sostanze elettrofile,

esterno, altamente reattive, che possono reagire con componenti cellulari nucleofile (ricche di elettroni) come il DNA.

→ Cercano di acquisire stabilità recuperando elettroni da sostanze nucleofile, ricche di elettroni (come il DNA), nelle

cellule.

Si dividono in due categorie: →

1. Cancerogeni ad azione diretta per espandere la loro funzione non necessitano di trasformazione chimica.

→

2. Cancerogeni ad azione indiretta o procancerogeni richiedono una conversione metabolica in vivo (subire

l’azione di alcuni enzimi che li attivano (in genere avviene nel fegato)) per diventare attivi e dare origine a

cancerogeni terminali. →

NB.: I cancerogeni inducono mutazioni, sono mutageni correlazione diretta. Immagine slide 17-18

→

Per verificare se una sostanza è cancerogena si vede se ha una capacità mutagena Test di Ames:

è un test di mutagenicità che sfrutta la capacità della sostanza di revertire un carattere auxotrofo His- nel batterio

Samonella typhimurium.

Il batterio piastrato necessita istidina dall’esterno per crescere. →

Si osserva se la sostanza posta al centro della piastra riesce a revertire il carattere auxotrofo di His- His+, crescono

anche in mancanza di istidina.

NB.: Questo è fattibile solo per mutageni con azione diretta, che non devono essere attivati.

Per poter identificare i procancerogeni, si prevede la presenza nel terreno di coltura dell’estratto S9 di fegato di ratto,

in cui sono presenti gli enzimi coinvolti nel metabolismo degli xenobiotici (principalmente isoforme del citocromo P450),

che possono attivare l’effetto mutageno. Si conta il numero di colonie cresciute senza istidina alla fine.

L’efficacia, il potere dei cancerogeni è determinato da: Immagine slide 19 presentazione 1

o Reattività intrinseca

o Equilibrio tra attivazione metabolica e inattivazione (=detossificazione).

La maggior parte delle sostanze chimiche è metabolizzata dalle monossigenasi citocromo P450.

Composto da un’emoproteina (citocromo P450), da una NADPH-P450

o riduttasi.

L’aggiunta di un gruppo idrossile rende le sostanze più facilmente trasportabili in circolo

o e quindi escrete,

ma ne può determinare anche l’attivazione:

Monossigenasi dipendenti dal citocromo P450:

nell’uomo esistono diversi isoenzimi citocromo P450 con diversa

distribuzione tissutale e con attività preferenziale verso substrati diversi.

Codificato da geni altamente polimorfici che determinano suscettibilità

individuale.

Il prodotto del gene CYP1A1, il cit P1-450, metabolizza gli idrocarburi

policiclici aromatici (es.: benzopirene).

Il 10% della popolazione bianca possiede una forma altamente inducibile

del gene che nei soggetti fumatori causa un aumento pari a 7 volte il rischio

di sviluppare carcinomi al polmone rispetto a fumatori con genotipo non

permissivo.

CANCEROGENI AD AZIONE DIRETTA:

Specie reattive dell’ossigeno

1. ROS:

→ →

catena respiratoria produzione di ROS

effetti dannosi sulle cellule.

Nella catena respiratoria l’ossigeno viene ridotto

a H2O, portando l’estrusione di ioni H+ che

formano il gradiente protonico che alimenta la

ATP sintasi.

Nella reazione red-ox possono essere persi

elettroni che determinano quindi la formazione di

ROS, i quali, a loro volta, cercheranno di

stabilizzarsi acquisendo elettroni dalle altre

molecole, danneggiandole (tra cui il DNA). →

Antiossidanti (antociani...) e vitamine come risposta ai ROS la cellula ha un pool di molecole antiossidanti,

come le vitamine, che possono donare elettroni ai ROS grazie alla presenza nelle loro catene di doppi legami

insaturi senza perdere a loro volta stabilita, quindi evitando che i ROS reagiscano con altre molecole.

→ bloccano la diffusione del danno stabilizzando il radicale libero con gli elettroni donati e non necessitano

di essere ulteriormente stabilizzati loro stessi. presenti nell’organismo liberi in forma ridotta, come disolfuri o

→

Tioli come risposta ai ROS composti sulfidrilici

legati a proteine, e capaci di ridurre i ROS mediante trasferimento di elettroni.

Es.: Cisteina, cisteinglicina, omocisteina, glutatione (GSH).

Enzimi detossificanti come risposta ai ROS (sistema attivo):

Catalasi: Superossido dismutasi:

(richiede l’azione di un co-substrato

Perossidasi riducente verso H2O2 come donatore di elettroni):

NB.: La stessa reazione può essere catalizzata dalla Glutatione-S-

transferasi (GST) e dai composti contenenti gruppi sulfidrilici (-SH) quali

ad esempio il Glutatione che è in grado di ridurre i ROS.

Perturbazioni:

aumento dell’attività fisica porta un aumento della catena respiratoria, in processi infiammatori i fagociti

es.:

rilasciano ROS, fumo di sigaretta…

Fumo di sigaretta: NO è un vasodilatatore (ha effetti anti-aggreganti e anti-infiammatori.

Effetti positivi su ipertensione, aterosclerosi, insufficienza cardiaca, media erezione del pene).

Ma le condizioni ossidanti (Tobacco burning) presenti nell’areosol di sigaretta portano a:

1. Conversione di NO in NO2 con perossidazione lipidica e danni al DNA;

2. Formazione di perossinitrito, una forma radicalica a cui è legata la

tossicità. l’ossidazione e la deaminazione ossidativa →

Effetto dei ROS è modifica delle base del DNA:

➢ Deaminazione: C (citosina o deossi-S-metilcitosina della CpG Island)→T, A→ ipoxantina non usata nel DNA

→

ma che si appaierà bene con G (NH2 =O).

➢ →

Ossidazione: G T (aggiunta =O).

Queste forme di ossidazione normalmente sono riparate dal sistema di riparazione del DNA (Base Excision

Repair -BER-), se questo non è ben funzionante può essere un problema.

2. Cancerogeni chimici: agenti alchilanti

Meccanismo d’azione:

Non necessitano di attivazione. alchilazione (es.: metilazione) di basi puriniche.

Possono essere monofunzionali o bifunzionali (gruppo alchilico può legare due basi) e conseguente possibile

crosslinking inter-catene e blocco della replicazione.

Avviene la riparazione da parte di ALKB, BER o FANC.

NB.: Alcuni agenti alchilanti sono usati come agenti anti-tumorali e per altri scopi terapeutici:

→

o Mostarde azotate sono usate come armi chimiche per scopi bellici gas inodore, incolore, insapore che

se inalate comportano mutazioni diffuse.

Agisce, usato in modo controllato, da citostatico (blocca la replicazione) contro leucemie, particolari linfomi

e nel mieloma (leucemia delle plasmacellule) (melphalan si usa nel mieloma multiplo).

o Fosfamidi (ciclofosfamide in particolare) è un agente alchilante usato nella terapia anti-neoplastica (come

il precedente) e come immunosoppressore.

In piccole quantità prevale a quella cancerogena, la sua azione immunosoppressiva per malattie

l’effetto

→

autoimmuni che hanno il sistema immunitario sempre attivo, in continua iper-proliferazione

mutageno crea mutazioni e danni alle cellule in attiva crescita comportando una loro down-regolazione.

→

o Aziridine il tio-TEPA è usato principalmente come mielo-ablativo, cioè per uccidere tutta la popolazione

cellulare del midollo osseo per preparare i pazienti che devono ricevere un trapianto di midollo osseo.

devono essere attivati, sono pro-cancerogeni:

CANCEROGENI AD AZIONE DIRETTA, →

1. Idrocarburi policiclici aromatici costituiti da due o più anelli aromatici, sono fra i più potenti cancerogeni.

Il danno solitamente è riparato da NER.

Sono causa principalmente di carcinomi a polmoni, pelle, vescica.

Si trovano nel carbon fossile e nel petrolio.

La loro formazione per cause antropiche avviene nel corso di combustioni incomplete di combustibili fossili,

legname, grassi, tabacco, incenso e prodotti organici in generale (rifiuti urbani).

Possono essere detossificati da GST che presenta varie isoforme (ci sono polimorfismi) la cui mancanza è

associata a maggior rischio a sviluppare carcinomi al polmone, vescica, pelle, colon.

→

2. Amine aromatiche la loro attivazione avviene nel fegato

→

ad opera del cit P-450 spesso provocano localmente

epatocarcinomi. →

NB.: La specie umana è tra le poche a possedere la glucoronidasi urinaria riporta

→ →

in forma attiva la β-naftilamina danno genotossico alle cellule della vescica

l’incidenza di carcinoma alla vescica è 2-5 vv più alto per i fumatori.

→

3. Nitrosamine e amidi La formazione delle nitrosammine avviene nello stomaco o per frittura o arrostitura.

Spesso causano carcinoma gastrico o esofageo,

sedi frequenti di attivazione.

La maggior parte delle nitrosammine provocano

l’alchilazione del DNA (BER).

→

4. Cancerogeni naturali Esistono diversi cancerogeni di questo tipo come la aflatossina B1 prodotta dal fungo

aspargillus flavus (cresce in alimenti mal conservati, come le arachidi) che è un potente cancerogeno epatico e

agire in sinergia con il virus dell’epatite B che interferisce con la detossificazione dell’aflatossina nel fegato.

può

AGENTI PROMUOVENTI: →

o Promotori esogeni: fumo di sigaretta e infezioni, infiammazione inducono danno tissutale e iperplasia reattiva

(produzione della proliferazione). permettono l’acquisizione di un livello sufficiente di instabilità

o Promotori endogeni: ormoni, fattori di crescita→

genetica per cui la cellula è indipendente da stimolazioni esterne, sali biliari (rilasciato in seguito ad assunzione

→

di grassi) in quantità eccessive causano infiammazione con potenziale danno alla regione sottostante (tratto

intestinale) che rimane infiammato in modo cronico e si ritorna ai promotori esogeni

Le radiazioni sono caratterizzate da:

CAUSE FISICHE DI MUTAZIONI:

➢ Massa: →

o Radiazioni elettromagnetiche non hanno massa

(=0) ma si propagano alla velocità della luce.

→

o Radiazioni corpuscolate hanno velocità inferiore

a quella della luce e hanno massa variabile sub-

atomica.

Le radiazioni usate a scopi terapeutici hanno anche un lato

negativo, talvolta se non distruggono completamente il

tessuto, le cellule tumorali possono attivare una neoplasia,

ulteriori mutazioni nei tessuti circostanti che sopravvivono