Patologia molecolare

BASI MOLECOLARI DELLE NEOPLASIE

Un danno genetico non letale rappresenta la base molecolare della trasformazione neoplastica, tale danno genetico

può interessare 4 classi di geni regolatori:

1)Proto-oncogeni (promuovono la crescita cell): la loro attivazione determina la formazione degli oncogeni (la loro

forma mutata) che codificano per le oncoproteine chd hanno le stesse f(x) delle prot normali ma, o la loro è quantità

eccessiva o sono insensibili ai sistemi di controllo. Le oncoproteine possono essere:

-Fattori di crescita (GF): sono prot che stimolano proliferazione, differenziamento, sopravvivenza e motilità. Molti t.

acquisiscono la capacità di iperprodurre GF di cui esprimono il rec in modo da attivare uno stimolo proliferativo

autocrino (gliomi, sarcomi e leucemie) o paracrino (t. epiteliali).

-Rec dei fattori di crescita: i rec con attività tirosin-chinasica una volta attivati dal ligando dimerizzano e si

autofosforilano a livello del dominio citoplasmatico, ciò crea dei siti di ancoraggio per prot adattatrici che permettono

l’assemblaggio di prot coinvolte nel segnale. Tra questi rec ci sono:

▪EGFR: questa famiglia comprende i 4 rec HER1-4; può essere sovraespresso nei t. solidi (colon, polmone -proto-

oncogene c-erbB2 codificante per HER-2/neu-, testa-collo) o presentare mutaz negli esoni 19-21.

La Target therapy prevede l’uso di Ab monoclonali (prot che legano ed inibiscono il rec o un’altra molecola segnale

extracell; “-umab”) o inibitori delle Tirosin-chinasi (molecola che compete con l’ATP per il legame al sito catalitico di

enzimi intracell inibendone l’autofosforilazione ed attivazione; “-inib”). L’Ab monoclonale Cetuximab (IgG1) induce

citotossicità cell-mediata ed down-regolazione di HER-2/neu, il Trastuzumab è usato per il trattamento dei carcinoma

mammario con iperespressione di HER2; la positività all’iperespressione del rec è determinata con immunoistochimica

o con FISH.

▪RET: è normalmente espresso nelle cell neuroendocrine (tiroide, surrene) ma se mutato può causare le Neoplasie

Endocrine Multiple (MEN). La sostituzione di Cys634 nel dominio extracell di RET causa dimerizzazione ed

iperattivazione (MEN-2A, carcinoma midollare della tiroide), la sostituzione di Met918 nel dominio intracell causa

un’alterata attività Tirosin-chinasica (MEN-2B, t. a tiroide e surrenali).

-Prot messaggere intracell:

▪RAS: i geni RAS sono formati da 4 esoni simili ed introni molto diversi, essi codificano per le prot monomeriche H-/N-

/K-RAS che hanno attività GTPasica intrinseca: attivazione rec → legame rec-Grb2 → Grb2 recluta SOS → SOS funge da

fattore di scambio della G (GEF; attiva RAS che da RAS-GDP diventa RAS-GTP) per RAS → RAS attiva RAF fosforilandolo

(RAS-GTP → RAS-GTP) → RAF fosforila e attiva MEK → MEK forsforila e attiva MAPKKK → attivazione MAPKK →

attivazione MAPK → attivazione di prot effettrici coinvolte nella proliferazione cell. Quando RAS lega GTP cambia di

conformazione e recluta le prot GAP e Neurofibromina1 che riportano RAS nella forma legante GDP. Un’attivazione

costitutiva di RAS, dovuta ad un’assente attività GTPasica, una mancata interazione con GAP, una ridotta affinità per

GDP, o una sovraespressione di RAS, causa una proliferazione e migrazione cell incontrollata. Mutaz puntiformi in RAS

sono presenti nel 90% t. pancreas, 50% colon, 30% polmone.

▪RAF: solitamente la fosforilazione aggiunge cariche - nel dominio catalitico attivandolo, dato che nel 90% dei casi la

mutaz è una sostituzione della VAL600 (neutra) col GLU (-) essa mima l’effetto della fosforilazione. Dei 3 membri A-

Raf, B-Raf e C-Raf il 2° è mutato nel Melanoma, si tratta con Sorafenib (inibitore specifico di RAF).

▪Tirosin-chinasi che trasducono il segnale (non recettoriali): Sindromi Mioeloproliferative Croniche:

▫Leucemia Mieloide Cronica: caratterizzata da un’iperproduzione di granulociti, tuttavia queste cell immature (blasti)

non completano la differenziazione accumulandosi in sangue e midollo. Insorge a 50 anni ed ha una progressione

lenta. Il 95% dei pazienti presenta il cr Philadelphia, esso si forma tramite la traslocazione del gene ABL dal cr 9 al 22

con la formazione del gene chimerico BCR/ABL. L’attività tirosin-chinasica di ABL è normalmente regolata - da una sua

regione nell’N-term, ma nella prot ibrida questa regione è sostituita dall’N-terminale di BCR, quindi si ha

un’attivazione incontrollata di BCR-ABL. Si usa quindi Imatinib che, occupando il sito di legame dell'ATP nella prot BCR-

ABL, inibisce la fosforilazione dei substrati.

▫Mielofibrosi con Metaplasia Mieloide/Trombocitopenia essenziale/Policitemia Vera: presentano una mutaz

puntiforme causante la sostituzione Val617Fen (90%) che porta ad un’attivazione costitutiva di JAK2 (solitamente

attivato dai rec EPOR -rec eritropoietina-, IL3, G-CSF; JAK2 poi attiva STAT5 che stimola la proliferazione cell).

-Fattori di trascrizione: gli oncogeni più colpiti sono quelli per MYC, JUN e FOS che attivano geni stimolanti la

proliferazione. Per es. il Linfoma di Burkitt è una neoplasia dei linfociti B determinata dalla traslocazione reciproca tra i

cr 8 e 14 con cui l’oncogene codificante per MYC finisce sotto al controllo del promotore delle Ig, in questo modo ha

un’espressione costitutiva. MYC induce l’espressione dei geni codificanti per le cicline D/E/A, E2F e CDK2/4 e reprime

quelli per gli inibitori delle CDK (p27).

-Cicline (CyC) e chinasi ciclino-dip: le Cyc ad alte [] si combinano con le CDK formando così complex attivi che

fosforilano prot bersaglio responsabili della progressione del ciclo cell. L’espressione delle Cyc è regolato, in base agli

stadi del ciclo cell, dal network MYC-MAX-MAD: il legame al promoter da parte di MYC e MAX ne induce l’espressione,

il legame di MAX e MAD la inibisce. In molti t. l’iperespressione di MYC però causa un’iperproduzione di Cyc, per es.

nel Neuroblastoma si ha un’amplificazione del gene N-MYC. I geni della CycD sono sovraespressi nei t. a mammella e

fegato, l’amplificazione del gene per CDK4 si ha in melanomi e glioblastomi.

2)Onco-soppressori: inibiscono la proliferazione cell, si distinguono in:

-Gatekeepers: controllano la proliferazione cell o altre f(x) che se inattivate facilitano l’espansione clonale e la

formazione del t. (es. Rb).

-Caretakers: mantengono l’integrità del genoma, quindi la loro alterazione porta alla mutaz di gatekeepers.

La differenza tra oncogene e oncosopressore sta nel fatto che mentre l’effetto del 1° è dominante quello del 2° è

recessivo (quindi è necessaria la perdita dell’eterozigosi -LOH- perché una cell si trasformi: teoria dei two hits di

Knudson).

Localizzazione Gene F(x) Tumore ▪Retinoblastoma: entrambi

prot gli alleli del gene Rb (cr 13)

devono essere mutati

Membrana TGFβR Inibitore della crescita Carcinoma colon perché si sviluppi la

esterna CaderinaE Adesione cell Carcinoma stomaco malattia:

Membrana NF-1 Inibitore del segnale di RAS Neurofibromatosi I ▫Forma ereditaria: (40%)

interna alla nascita c’è una mutaz

Citoscheletro NF-2 Neurofibromatosi II germinale a cui si aggiunge

Citosol APC e β- Inibizione della trasduzione Poliposi poi una somatica; t. multipli,

catenina del segnale adenomatosa bilaterali e precoci.

famigliare ▫Froma acquisita: alla

Nucleo Rb Regolazione ciclo cell Retinoblastoma nascita il gene Rb è normale

P53 Regolazione ciclo cell ed > Parte dei t. e poi subisce 2 mutaz

apoptosi somatiche; t. singoli,

BRCA1/2 Riparazione DNA Carcinoma unilaterali e tardivi.

mammella

Solitamente Rb ipofosforilato lega E2F ed inibisce la trascrizione genica e recluta l’istone-deacetilasi, Rb fosforilato

rilascia E2F che attiva la trascrizione genica e recluta l’istone-acetilasi. La fosforilazione di Rb è regolata dai complex

Ciclina-CDK: Rb è prima fosforilato da Cyc-CDK4/6 e poi da E-CDK2. E2F può attivare più di 100 geni target, molti dei

quali favoriscono la replicazione del DNA; tra i target c’è il gene CycE la cui trascrizione avvia un circuito a feedback +.

Le mutaz in Rb interessano la regione Rb pocket coinvolta nel legame con E2F.

▪P53: fattore di trascrizione codificato dal gene (cr 17). In condizioni normali ha un’azione breve perché è

continuamente inattivato da MDM2 e degradato dall’Ubiquitina, in condizioni di stress correlabili alla cancerogenesi i

suoi livelli aumentano (poiché è fosforilato da ATM e non può più interagire con MDM2) e:

▫Blocca la proliferazione cell: accumulo di p21 → p21 lega i complex Cyc-CDK inibendoli → Rb non è fosforilato →

blocco ciclo cell. Tale blocco può essere temporaneo, quiescienza, o permanente, senescenza.

▫Riparazione del DNA tramite attivazione di GADD45.

▫Induzione dell’apoptosi tramite BAX.

L’arresto del ciclo e l’induzione dell’apoptosi indotte da p53 sono mediate da miR-34, di cui attiva la trascrizione.

L’80% delle mutaz in P53 interessano il dominio che lega il DNA (6aa). I miRNA sono piccoli RNA (25 nt) derivanti da

trascritti primari più grandi attraverso un processo di maturazione, essi si legano al mRNA con seq complementare

inibendone la traduzione e causandone la degradazione. Il meccanismo d’azione dei miRNA dipende dalla

complementarietà con il bersaglio: se non è perfetta determinano repressione della traduzione, se è perfetta la

degradazione dell’mRNA. Essi possono comportarsi sia da oncogeni (quando la loro sintesi è aumentata e agiscono

sugli mRNA oncosoppressori) o da oncosoppressori (quando la loro sintesi è ridotta e agiscono sugli mRNA oncogeni).

▪APC: è una prot citoscheletrica coinvolta in inibizione della trasduzione del segnale proliferativo (mediato dal fattore

-catenina),

di trascrizione controllo dell’adesione cell e regolazione della polarità durante lo sviluppo embrionale.

APC è mutato nella Poliposi Adenomatosa Famigliare.

▪BRCA1/2: sono coinvolti nella riparo del DNA tramite ricombinazione omologa e delle double strand breaks; BRCA1

funge da tramite tra i segnali di rottura del DNA e gli effettori della riparazione, BRCA2 controlla RAD51 (scambia i

filamenti di DNA). La > parte delle muta causano la sintesi di una prot tronca.

▪FHIT: l’80% dei carcinomi a piccole cell del polmone ed il 40% di quelli non a piccole cell presentano alterazioni del

gene FHIT (prot assente), esso infatti si trova vicino al sito fragile (FRA3B) sul braccio corto del cr 3. Il gene è alterato

soprattutto nelle cell dei fumatori, infatti le sostanze cancerogene del tabacco causano danni a FRA3B fino alla rottura

di uno degli alleli, la continua esposizione può danneggiare anche