Oncologia (Prof.ssa Chiaramonte)

BASI MOLECOLARI E BIOLOGICHE DEL CANCRO

I tumori utilizzano meccanismi già presenti nell’organismo e li de-regolano

Una neoplasia è una formazione ex novo di una massa di tessuto che cresce in modo de-regolato e tendenzialmente

progredisce anche se viene a cessare stimolo iniziale che l’ha provocata

Massa abnorme di tessuto che cresce in modo deregolato e progredisce similmente

anche dopo la cessazione dello stimolo inziale che l’ha causata

Iperplasia è un meccanismo di adattamento cellulare, lo stimolo (ad esempio

ormonale) induce una crescita più elevata, ma quando esso cessa, la crescita si ferma

Crescita sempre clonale, parte da cellula capostipite (molto raro che vi siano alterazioni policlonali) e inizia ad estendersi

oltre all’iniziale contesto

infiltrazione se raggiunge vasi ematici o linfatici ⇾ metastatizzazione in siti non a diretto contatto

Che cosa causa il cancro?

Viene causato da diversi potenziali stimoli dannosi o anche non dannosi

Esogeni: agenti chimici, virus, batteri, radiazioni

Endogeni: dieta, ormoni (fattori di crescita), eredità (alterazioni che predispongono l’insorgenza)

Processo da cellula sana a tumore maligno

Tessuto sano deve essere sottoposto a stimoli che causano mutazioni a carico del

DNA

queste mutazioni genetiche sono ereditabili dalla cellula male alla figlia

attraverso un processo di iniziazione

La cellula ha subito delle mutazioni e le ha trasmesse alle cellule figlie, le mutazioni danno un vantaggio proliferativo

rispetto alle cellule circostanti

Se la mutazione non viene corretta, si fissa e viene trasmessa alle cellule figlie ⇾ ha un potenziale tumorale

Fase di promozione

le prime mutazioni hanno conferito instabilità genetica e quindi suscettibilità ad altre mutazioni

trasformazione in senso neoplastico, accumulo di mutazioni diverse

Ormoni stimolano fisiologicamente la proliferazione di queste cellule (come fattori di crescita), queste cellule hanno una

probabilità maggiore di diventare cellule trasformate

vengono stimolate a proliferare, ma hanno un’instabilità genetica

La progressione neoplastica porta una cellula trasformata alla formazione di un tumore che sarà sempre più aggressivo e

aumenterà le sue dimensioni ⇾ cellula tumorale maligna

Proliferazione porta alla formazione di altre diverse mutazioni a causa dell’instabilità genomica

Processo multi-step: diversi tipi di mutazioni corrispondono a diversi eventi biologici

Le mutazioni sono alterazioni permanenti del DNA

possono essere puntiformi ⇾ cambiamento di uno o pochi amminoacidi

Aberrazioni cromosomiche, alterazioni a carico del DNA e cambiamenti nella funzione e nella quantità di proteine tradotte

Possono essere:

- silenti, codificano per lo stesso amminoacido, variata la terza base, ridondanza del codice genetico

- missenso, a seconda dell’amminoacido l’effetto è diverso, dipende dall’ingombro sterico

- frameshift, delezioni o inserzioni di uno o due nucleotidi, cambiamento della cornice di lettura

Possono provocare la non produzione della proteina o la produzione di una proteina diversa

possono avvenire delle alterazioni nelle regioni regolative (domini di binding, promotore)

spesso avvengono mutazioni a livello dei promotori dei geni per le immunoglobuline e TCR

Amplificazioni geniche: più ripetizioni dello stesso gene, sarà trascritto diverse volte

Riarrangiamenti: possono porre degli enancher forti a geni che invece devono essere strettamente controllati

Unione di due parti di geni differenti: espresse funzioni in parte di un gene, in parte dell’altro

Tipi di mutazioni:

- ereditarie ⇾ acquisite tramite la linea germinale, trasmesse dai genitori e presenti dalla nascita

responsabili del 10% dei tumori, predisposizione all’insorgenza

- di tipo somatico ⇾ colpiscono le cellule adulte

dovute a diverse cause: agenti chimici, virus, radiazioni, batteri, stili di vita non corretti,

errori durante la replicazione del DNA, metabolismo cellulare (formazione di radicali liberi dell’

ossigeno dalla catena respiratoria danneggiano il DNA)

Danno al DNA ⇾ danno genotossico

il quale può essere causato dal metabolismo cellulare (ROS), errori di replicazione, radiazioni ionizzanti, agenti chimici,

esposizione ai raggi UV

Se una cellula normale viene danneggiata a livello del DNA

- induce il blocco della proliferazione, quindi del ciclo cellulare (attivazione check-point)

- stimola la riparazione del DNA

- se non riesce a riparare il DNA, stimola l’apoptosi

Cellula dà tempo agli enzimi di riparazione di riparare il DNA, ma a volte non è riparabile e i danni possono essere troppo

estremi

la cellula ha come unica soluzione la morte cellulare se non riesce a riparare in tempo il DNA ⇾ apoptosi

sceglie di morire per non danneggiare l’intero organismo, sceglie l’apoptosi perché non scatena la risposta infiammatoria

I bersagli genetici alterati da mutazioni durante la trasformazione e progressione neoplastica sono:

- oncogeni

- geni oncosoppressori

hanno funzioni antitetiche

le mutazioni possono provocare proliferazione incontrollata, instabilità genetica e resistenza all’apoptosi

vengono de-regolate le loro funzioni e possono acquisire ulteriori mutazioni

Gli oncogeni hanno come funzione quella di stimolare la proliferazione, permettono la trascrizione di proteine che hanno

un ruolo importante nella regolazione positiva degli stimoli proliferativi

fattori di crescita, recettori dei fattori di crescita, proteine citoplasmatiche che trasducono il segnale, fattori trascrizionali

che regolano l’ingresso nel ciclo cellulare ⇾ proliferazione

Oncogene non mutato si chiama proto-oncogene, oncogene è la versione mutata

Gli oncosoppressori vanno a inibire/regolare negativamente la segnalazione da parte dei recettori di fattori di crescita,

vanno a limitare la trasduzione del segnale, regolazione negativa del ciclo cellulare ⇾limitano oncogeni

Il cancro prevede una deregolazione del ciclo cellulare in vari punti

Vi sono vari check-point

quello più importante è quello della fase G1, si trova prima che la cellula va incontro al

ciclo replicativo ⇾ regola entrata nel ciclo

se la cellula passa questo check-point, svolge tutto il ciclo

Vi sono periodicamente altri punti di controllo

La cellula deve essere in una situazione in cui possa proliferare, servono dei fattori di crescita

necessaria giusta quantità di nutrimenti e assenza di danni al DNA ⇾ se vi sono, avviene il blocco del ciclo in G1

Contesto in cui vengono integrate diverse segnalazioni, passa o meno stato di quiescenza

Se i regolatori stimolano troppo la crescita ⇾ acquisiti oncogeni, persi oncosoppressori

vi è il rischio che la cellula passi i check-point anche quando il DNA non è stato riparato

integrazione dei segnali spinge la cellula a continuare il ciclo cellulare

I geni deputati alla riparazione del DNA, hanno un’azione riparativa e un ruolo di controllo

per questo sono degli oncosoppressori

- Base-excision repair

tolta base errata e sostituita con quella giusta

- Nucleotide-excision repair

riconosce grosse distorsioni della doppia elica, è importante per i danni causati dai raggi UV

rimozione tratto del filamento danneggiato a opera di esonucleasi, risintesi del filamento complementare

- Recombinational repair

utilizzata come stampo una sequenza omologa del cromatidio fratello o del cromosoma omologo

- Miss-match repair

associata alla replicazione, riconoscimento, rimozione e sintesi

Riparazione della doppia elica ⇾ non homologous end joining

rottura della doppia elica non avvenuta durante la riparazione, interruzioni riempite con dei

nucleotidi casuali

processo mutagenico

E’ importante che la cellula possa andare incontro al processo di morte programmata, vi sono alcune proteine rilevanti nei

determinare la morte della cellula ⇾ proteine del suicidio cellulare, p53

se vi sono danni alle proteine oncosoppressorie, la cellula continua a vivere

Proteine che salvaguardano la cellula dall’apoptosi (BCL2) se sono aumentate o aumentano la loro funzione, la cellula non

va incontro all’apoptosi

gli oncogeni impediscono la morte cellulare

Gli oncogeni de-regolati favoriscono la proliferazione neoplastica e impediscono la morte cellulare

è sufficiente una copia mutata a livello del DNA per determinare un acquisto di funzione

Per quanto riguarda gli oncosoppressori, devono essere mutate due copie ⇾ entrambi gli alleli, perdita di funzione

non è sempre vero Durante la progressione neoplastica, si ha l’acquisizione di nuove mutazioni che

hanno nuove caratteristiche

formazione di sottocloni

alcune mutazioni sono favorite, alcune vanno a perdersi (mutazione di geni

essenziali)

in alcuni casi avviene l’espressione di antigeni che possono essere riconosciuti

dal sistema immunitario

Alcune cellule acquisiscono la capacità di metastatizzare

Ogni sottoclone ha caratteristiche specifiche, vi è una collaborazione tra i sottocloni

Aumento della massa tumorale ⇾ dalla prima cellula tumorale alla prima massa di 1/2 avvengono 30 duplicazioni

alcune cellule possono già essere andate a formare delle metastasi microscopiche

Un tumore può essere benigno o maligno

vi è un’alta probabilità che avvenga l’evoluzione di un tumore benigno in uno maligno

Il comportamento biologico determina il decorso clinico, la prognosi ⇾ associabile all’aspetto morfologico e biochimico

Differenze nel comportamento biologico tra tumore maligno e benigno riguardano:

- differenziazione

- tasso di crescita

- invasione locale e metastasi ⇾ sicuramente maligno

Necessario concentrarsi sulla differenziazione e sul tasso di crescita, per sapere come intervenire e per fare previsioni

sull’evoluzione del tumore

Valutazioni sono basate su:

- differenziazione

i tumori benigni sono ben differenziati

la cellula esprime le sue funzioni, non ha caratteristiche generiche, esprime geni tessuto specifici, è quindi come le altre

cellule del tessuto

i tumori maligni hanno una struttura alterata ⇾ si definiscono anaplastici

tendono ad essere meno differenziati perché hanno origine dai progenitori staminali non differenziati che sono mutati

e quindi mantengono caratteristiche maggiori di staminalità

serbatoio di cellule: staminali tumorali, mantengono popolazione originale ⇾ mantenimento dell’autorinnovamento

Se l’alterazione colpisce una componente maggiormente differenziata (non in senso completo), devono essere capaci

di autorinnovarsi anche esse nel tempo ⇾ differenziamento a ritroso per recuperare questa capacità di

autorinnovamento

Se il differenziamento è alterato, viene ripercorso con mutazioni, non è biologico

La componente staminale ha un’elevata capacità di autorinnovamento: cellula madre dà origine ad almeno una delle due

cellule identica alla staminale, una delle due cellule figlie è in grado di differenziarsi nel tempo

la differenziazione delle cellule staminali è molto bassa, sono i progenitori a differenziarsi (infatti hanno capacità limitata

di differenziamento)

aumento della differenziazione produce delle cellule funzionali che non sono più capaci di proliferare

I tumori originano da cellule staminali oppure le cellule trasformate ne recuperano le proprietà di autorinnovamento e

potenza

Una cellula staminale: non è differenziata, può mantenersi per un periodo prolungato, può dare origine a diversi tipi

cellulari differenziati

Il grado di differenziamento spesso correla inversamente con il livello di malignità

il tumore benigno è displastico ⇾ lievi anomalie nello sviluppo di un tessuto con accumulo di cellule immature a

discapito di quelle differenziate e funzionali

spesso associato a un processo neoplastico benigno o in fase pre-maligna e

riguarda solo il tessuto di origine

elevato numero di mitosi

Variazioni patologiche microscopiche, pleomorfismo ⇾ cellule di dimensioni variabili

⇾ cellule di forma variabile

⇾ numero elevato di mitosi

il tumore maligno è anaplastico ⇾ mancanza di differenziamento o differenziamento alterato

modificazioni morfologiche ⇾ accentuato pleomorfismo, rapporto nucleo/citoplasma

alterato, nucleo molto grande e cellule enormi

⇾ distribuzione della cromatina irregolare e nuclei

ipercromatici

⇾ elevato numero di mitosi con figure mitotiche atipiche

⇾ perdita della normale polarità

⇾ alterata architettura tissutale

modificazioni morfologico/funzionali ⇾ sintesi di proteine non proprie di quel tessuto

carcinomi bronchiali possono produrre vari

tipi di ormoni

o di quello stadio differenziativo

come gli antigeni onco-fetali

- tasso di crescita

per un tumore benigno è lento e progressivo, l’espansione avviene in modo coeso, avvengono molte mitosi ma non

anomale

nei tumori maligni la crescita è veloce ed è soggetta a variazioni nel tempo, non è costante

formazione di maggiori cloni favorevoli o meno alla crescita

Tasso di crescita dipende da due fattori: quanto le cellule proliferano e quanto le cellule muoiono

Nelle fasi avanzate, anche nei tumori che hanno un elevato tasso di espansione si arriva a un massimo del 20% di cellule

che proliferano (le altre sono in fase G0 oppure differenziate terminalmente)

Fattori che stimolano la crescita tumorale ⇾ ormoni

⇾ fattori di crescita che possono essere prodotti anche dal tumore stesso

oppure esso può attivare la segnalazione a valle del fattore di crescita

riconoscimento dei fattori di crescita prodotti dalle cellule circostanti

⇾ apporto ematico con i nutrienti, ossigeno o glucosio

possono indurre angiogenesi, ma tendono a sottrarre nutrienti dalle cellule

circostanti

Fattori che influenzano negativamente la crescita ⇾ induzione dell’apoptosi

innescata da danno al DNA, instabilità genetica, ipossia

se la spinta proliferativa è molto elevata e se avviene una mutazione

a livello degli oncogeni o oncosoppressori, può essere indotta

⇾ necrosi causata da carenza di ossigeno, nutrienti e sostanze tossiche

⇾ immunità anti-tumorale rappresentata dalle cellule NK e linfociti

citotossici

⇾ sensibilità ai chemioterapici

⇾ metastasi, cellule che si staccano dal tumore primitivo

diminuiscono le sue dimensioni, processo poco efficiente

⇾ differenziamento

La differenziazione e il tasso di crescita di norma bastano da sole per valutare il tumore e fare una prognosi

- invasione

i tumori benigni non invadono mai il tessuto circostante, per questo hanno delle masse coesive (spesso intorno si forma

una capsula fibrotica), mentre i tumori maligni infiltrano i tessuti circostanti, presentano delle propagini

Basaliomi o carcinomi basocellulari sono indotti dalle radiazioni ultraviolette

la prima lesione iniziale può mandare delle propagini, si continua a riformare ma non metastatizza

- capacità di metastatizzazione

riguarda solo i tumori maligni

possono riformarsi in una regione lontana dal tumore primario, se vi sono metastasi il tumore è particolarmente

aggressivo

Tumori epiteliali In seguito a displasia (crescita multi-strato) si forma inizialmente un carcinoma ⇾

benigno

alterazione dell’architettura tissutale, ma senza che la membrana basale venga

attaccata

Tumore maligno: transizione epiteliale-mesenchimale, alcune cellule passano la

lamina basale e si infiltrano fino a raggiungere i vasi per poi diffondersi verso altre

regioni ⇾ diapedesi diretta

Sono necessarie alterazioni molecolari specifiche, frequenza di attecchimento è molto bassa

ma la frequenza di produzione di cellule metastatizzanti è alta

Componenti cellulari di un tumore:

- parenchima

cellule neoplastiche, classificazione dei tumori si basa sulla componente parenchimale

- stroma di sostegno

composta da tessuto connettivo e vasi sanguigni

fibroblasti, miofibroblasti, cellule endoteliali, periciti, cellule muscolari lisce, cellule dell’immunità infiltrate

lo stroma può influenzare direttamente e indirettamente la crescita e progressione tumorale

Microambiente supporta la proliferazione e la sopravvivenza del tumore, serie di cellule che co-partecipano

Cellule tumorali maligne, cellule necrotiche, cellule NK, macrofagi, linfociti T e B, adipociti, cellule dendritiche, cellule

mesenchimali

Classificazione

ci sono tumori composti da un solo tipo di tessuto parenchimale

tessuti di origine epiteliale

- adenomi se hanno origine ghiandolare

- papillomi quando formano delle escrescenze

- se si formano masse cistiche sono cistiadenomi

Quando vi sono le componenti maligne ⇾ -carcinomi

Tumori composti da cellule di origine mesenchimale

la loro versione maligna prende il nome di sarcoma

di solito sono particolarmente aggressivi

Tumori che hanno origine da più cellule di un unico foglietto embrionale

Tumori che derivano da foglietti embrionali diversi: teratomi maturi (benigni), teratomi immaturi (maligni)

differenziamento aberrante ⇾ derivano da cellule embrionali pluripotenti e multipotenti

ONCOGENI

Sono i principali geni a mutare con gli oncosoppressori

Passaggi della trasmissione del segnale proliferativo che possono essere alterati:

- fattori di crescita

- recettori per i fattori di crescita

- proteine intracitoplasmatiche che trasducono il messaggio

- fattori trascrizionali

- regolatori positivi del ciclo cellulare

Sono stati scoperti analizzando i virus trasformanti

Il primo oncogene scoperto è stato src ⇾ sarcoma di Rous, colpisce i polli

Avian erytroblastosis ⇾ erB

Simian sarcoma ⇾ sis

I virus trasformanti sono stati scoperti in tumori di origine animale

tutti gli oncogeni virali hanno un corrispettivo cellulare, sono una forma mutata dei proto-oncogeni

Dei virus possono integrarsi all’interno del genoma cellulare vicino a un oncogene

formazione di un virus che porta al suo interno oltre a tutto ciò che serve per il suo

ciclo cellulare, anche l’oncogene ⇾ trascritto

si ha quindi overespressione

v-sis

è un fattore