Oncologia (Prof.ssa Chiaramonte)

Basi molecolari e biologiche del cancro

Meccanismi di crescita tumorale

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 lo stimolo iniziale che l’ha provocata. Massa abnorme di tessuto che cresce in modo deregolato e progredisce similmente anche dopo la cessazione dello stimolo iniziale 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 una 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.

Cause del cancro

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 di trasformazione cellulare

Il processo da cellula sana a tumore maligno richiede che il tessuto sano sia sottoposto a stimoli che causano mutazioni a carico del DNA. Queste mutazioni genetiche sono ereditabili dalla cellula madre 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. Nella fase di promozione, le prime mutazioni hanno conferito instabilità genetica e quindi suscettibilità ad altre mutazioni, trasformazione in senso neoplastico e 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. La 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.

Mutazioni e danni al DNA

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 enhancer 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. La 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.

Bersagli genetici del cancro

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.

Oncogeni e geni oncosoppressori

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. È importante che la cellula possa andare incontro al processo di morte programmata, vi sono alcune proteine rilevanti nel 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 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 del tumore

Componenti cellulari di un tumore:

• Parenchima: cellule neoplastiche, la 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. Il 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 ⇾ trascrittosi ⇾ overespressione. v-sis è un fattore.