Patologia generale - Oncologia

BASI MOLECOLARI DEL CANCRO

I danni genetici non letali (mutazioni) sono alla base dei processi di cancerogenesi (i tumori sono monoclonali, quindi derivano da una singola cellula progenitrice che ha subito un danno).

I bersagli delle mutazioni sono gli oncogeni (geni che promuovono la crescita), gli oncosoppressori (geni che inibiscono la crescita) e i geni regolatori dell'apoptosi.

Gli oncogeni sono dominanti, quindi la mutazione di un singolo allele porta alla neoplasia, mentre gli oncosoppressori sono recessivi, quindi è necessaria la mutazione di entrambi gli alleli per lo sviluppo tumorale. Poi ci sono i geni che regolano i processi di riparazione dei danni al DNA (recessivi).

Il processo di cancerogenesi avviene per tappe successive (fenotipiche e genetiche). A livello molecolare la progressione è il risultato dell'accumulo di lesioni genetiche (favorite da eventuali alterazioni dei meccanismi di riparazione del DNA).

ONCOGENI

Gli oncogeni sono geni che...

provocano il cancro, derivano da proto-oncogeni che sono genicellulari che promuovono i normali processi di crescita e differenziamento.
Mutagenesi inserzionale: il v-onc (DNA virale) viene inserito accanto ad un onco-soppressore,determinando su quest'ultimo una mutazione (diventa un oncogene cellulare c-onc).
Gli oncogeni codificano per proteine (onco-proteine) che non presentano elementi regolatori e la loro produzione non dipende da segnali esterni.
Fisiologicamente: i fattori di crescita legano i propri recettori, trasduzione del segnale e trasmissione attraverso secondi messaggeri, induzione di fattori nucleari che regolano e danno il via alla trascrizione del DNA. La cellula entra quindi nel ciclo cellulare e va incontro a divisione cellulare.
Le onco-proteine sono versioni alterate delle loro controparti normali: fattori di crescita: PDGF e EGF. Generalmente non è il gene che codifica per PDGF o EGF ad essere alterato, ma più frequentemente la

La mutazione riguarda i geni della famiglia ras, i cui prodotti portano ad un aumento dell'espressione dei geni che codificano per i fattori di crescita.

I recettori per fattori di crescita: la mutazione che interessa queste proteine (recettori ad attività tirosin-chinasica), porta all'attivazione costitutiva dei recettori che risultano quindi sempre in forma dimerica (anche in assenza del legame con il ligando), e questo a sua volta porta segnali mitogeni continui al nucleo. I geni coinvolti sono ret e c-erb.

Le proteine coinvolte nei meccanismi di trasduzione del segnale sono le onco-proteine ras (ad attività GTPasica). Il ras attivato attiva a sua volta la cascata delle MAP-chinasi, che agiscono su specifici fattori di trascrizione nucleari e promuovono quindi la proliferazione. Le GAP sono proteine che bloccano l'attività GTPasica e quindi frenano un'incontrollata attività di ras. Ras è anche coinvolto nel ciclo cellulare controllando.

le chinasi ciclina-dipendenti. Un altro proto-oncogene legato ai meccanismi di trasduzione è c-abl che può formare un gene ibrido con bcr formando quindi bcr-c-abl. Le proteine che regolano la trascrizione nucleare sono i geni myc, myb, jun e fos. Il gene myc è quello più frequentemente coinvolto nella genesi dei tumori umani. Generalmente questo gene impedisce alla cellula l'ingresso nella fase S del ciclo cellulare controllando quindi l'espressione di mRNA. Il gene myc può anche portare la cellula verso l'apoptosi. L'iperespressione di questo gene si riscontra nel linfoma di Burkit e nei carcinomi della mammella, del colon e del polmone. L'ordinata progressione delle cellule attraverso le diverse fasi del ciclo cellulare è diretta dalle cicline, dalle chinasi ciclina-dipendenti e dai loro inibitori. Mutazioni dei geni che codificano per questi regolatori sono state riscontrate in numerose neoplasie umane.

proto-oncogeni vengono attivati a geni oncogeni da diversi meccanismi: mutazioni puntiformi (gene ras); riarrangiamenti cromosomici (c-myc 8q24 su 14q32 nel linfoma di Burkit, t(14,18) (q32,q21) nel linfoma follicolare, t(9,22) nel cromosoma Philadelphia, traslocazione del gene MLL nella leucemia mieloide acuta); amplificazione genica (gene myc).

ONCOSOPPRESSORI: I prodotti dei geni oncosoppressori pongono dei freni alla proliferazione. Teoria del doppio colpo: in soggetti che presentano la mutazione su un allele (ad esempio nella forma familiare) quindi il primo colpo, è più probabile che avvenga la seconda mutazione (secondo colpo) che porta poi al tumore. Essendo la mutazione un evento generalmente raro, sarà più difficile che in un soggetto che non ha ereditato la mutazione (somatica, quindi presente in tutte le cellule) di ricevere 2 mutazioni. Il soggetto eterozigote è perfettamente sano. Sviluppa neoplasia solo nel momento in

cui riceveuna mutazione sull'allele sano. I geni più frequentemente coinvolti sono:

• Rb, retinoblastoma;
• p53, vari carcinomi e sarcomi;
• BRCA1 e 2, carcinoma della mammella e dell'ovaio.

Anche in questo caso le proteine mutate solo la versione alterata delle proteine sane: molecole proteiche che regolano la trascrizione nucleare e il ciclo cellulare: Rb frena il passaggio da G1 a S e si trova in forma fosforilata (inattiva) o defosforilata (attiva). Si trova sul gene 13q14. Si possono avere due forme: familiare (se un allele è già mutato, è più probabile che il secondo allele subisca mutazioni) e sporadica (la causa è l'esposizione diretta al sole). Generalmente le cellule della retina non vanno incontro ad apoptosi, quindi nel momento in cui abbiamo Rb mutata queste cellule (che sono le più esposte ai raggi UV) proliferano. In assenza di mutazione, Rb permette il rilascio di E2 che lega DP1.

e impedisce la progressione del ciclo cellulare (se c'è danno al DNA).

p16 associata a melanomi ereditari (pancreas, esofago ecc).

• p53 si trova sul cromosoma 17p53, la sua perdita omozigote si verifica nella maggior parte dei tumori umani. In realtà si comporta in modo parzialmente dominante perché funziona in modo omotetramerico (una mutazione di un singolo allele già modifica in parte la proteina finale). Tuttavia anche in questo caso si attua la teoria del doppio colpo.
• La sindrome di Li Fraumeni è caratterizzata dalla presenza di un allele mutato (ereditato da uno dei genitori) e quindi i soggetti sono più a rischio di sviluppare tumori. La proteina che origina da p53 è composta da vari domini: DBD (DNA binding domain), TAD (dominio di trascrizione) e TET (necessario per la polimerizzazione). p53, a differenza di Rb non controlla fisiologicamente il ciclo cellulare, ma entra in gioco solo nel momento in cui è

presente un danno al DNA. In questi casi p53 si lega al DNA e stimola la produzione di alcune proteine che determinano l'arresto del ciclo cellulare (e relativa riparazione del DNA) e l'apoptosi. p53 stimola la produzione di p21 che inibisce la fosforilazione di Rb (che defosforilata risulta quindi attiva), la quale blocca la progressione da fase G1 a fase S. questa interruzione permette alla cellula di riparare il danno al DNA. Se il danno viene riparato, p53 attiva mdm2 che si lega a sua volta a p53 inattivandolo. Altrimenti se il danno è ancora presente, p53 induce l'espressione di proteine della famiglia Bax (pro-apoptotiche). Se la p53 risulta mutata, non possono avvenire questi eventi, quindi nel caso di danno al DNA, la cellula si riproduce e porta allo sviluppo neoplastico. BRCA1 e 2 (17q12-21 e 13q12-13): sono geni oncosoppressori associati alle neoplasie della mammella e altri carcinomi. Nel caso di mutazioni somatiche i soggetti presentano un elevato

rischio di carcinomi della mammella, mentre soggetti con mutazioni germinali presentano un elevato rischio di carcinomi ovarici, della prostata e del colon. Tuttavia né BRCA1 né BRCA2 sono associati a forme non familiari. Questi due interagiscono con Rad51, implicata nella regolazione dei processi di ricombinazione e di riparazione del DNA. Quindi mutazioni di BRCA inducono a loro volta errori nella replicazione a loro volta responsabili di dell'insorgenza di mutazioni in altri geni che controllano direttamente il ciclo e la crescita cellulare. Molecole che regolano la trasduzione del segnale: NF1 e APC inibiscono i segnali che promuovono la crescita cellulare. Le loro mutazioni portano a tumori benigni, precursori di carcinomi. La proteina APC degrada la beta-catenina che altrimenti andrebbe nel nucleo ad attivare la trascrizione genica. Quando APC subisce una mutazione, la beta-catenina non è più inibita, e quindi aumenta la trascrizione genica. NF1 si comporta in maniera

simile, agendo sulla neurofibromina. recettori cellulari di superficie: recettori di TGF beta (inibiscono la crescita) e proteine che regolano l'adesione cellulare (caderine).

5 di 9 GENI CHE REGOLANO L'APOPTOSI! Anche i geni che prevengono o inducono la morte cellulare hanno grande importanza nel bilancio della crescita tumorale. La famiglia delle Bax comprende numerosi prodotti ad attività pro-apoptotica, mentre la famiglia di Bcl2 ha attività anti-apoptotica. Risulta quindi evidente che mutazioni che determinano guadagno di funzione dei Bcl2, così come mutazioni che determinano perdita di funzione dei Bax, portano rapidamente alla perdita dell'apoptosi, e quindi alla proliferazione neoplastica.

GENI CHE REGOLANO LA RIPARAZIONE DEL DNA! Se gli errori che si verificano spontaneamente durante i processi di replicazione del materiale genetico, non vengono prontamente riparati, la cellula può prendere la via che porta alla trasformazione neoplastica.

Nel momento in cui i geni che codificano per proteine coinvolte nei processi di riparazione del DNA risultano difettivi, si verificano una serie di disordini genetici con elevato rischio di sviluppare delle neoplasie.

HNPCC (cancro del colon ereditario, non poliposo). In questo caso si ha l'alterazione di geni che regolano la riparazione degli appaiamenti scorretti (mismatch repair).

Se è presente instabilità dei microsatelliti significa che ci sono alterazioni a carico del sistema di riparazione degli appaiamenti scorretti.

Altri esempi sono xeroderma pigmentoso e atassia teleangectasica.

TELOMERI

Durante le divisioni cellulari si ha un accorciamento dei telomeri che porta a invecchiamento della cellula, fino a farla entrare in uno stato di senescenza.

Nella linea germinale sono invece presenti degli enzimi chiamati telomerasi che agiscono preventivamente su questo accorciamento.