Kreft II: Oncogen/tumor suppressor mekanisme, eksperimentell tilnærming

1. Kreft II: Oncogen/tumor suppressor mekanisme, eksperimentell tilnærming • Mutasjoner som forårsaker tap av cellesykluskontroll • Onkogener: Cyclin D1 • Tumor suppressorer: p16 Rb • TGFb-signalisering og cellevekst • Mutasjoner som påvirker genom stabilitet p53 DNA reparasjonsmekanismer • Telomerase og immortalisering av celler • DNA mikroarray i lymphom klassifisering og overlevelsesanalyser

2. Mutasjoner som forårsaker tap av cellesykluskontroll • cellers overgang fra ikke-delende til delende og progresjon gjennom syklus er nøye kontrollert for å sikre DNA replikasjon og koordinering av cellesyklus • cellesyklus består av : G1, S, G2 og M, og reguleres av cycliner og cyclin-avhengige kinaser (Cdks) og Rb protein • viktig kontrollpunkt overgang G1 til S: restriksjonspunkt • extracellulære stimuli regulerer uttrykk av cyclin D1,D2,D3 som assosierer med Cdk4/6 som resulterer i katalytisk aktive kinaser • fravær av mitogener fører til akkumulering av p27 eller p16 som hemmer Cdk-aktivitet og fører til G1 arrest

3. Rb binder E2F transkripsjonsfaktorer og hindrer derved E2F-mediert transkripsjonsaktivering nødvendig for DNA syntese • Cdk4-cyclinD fosforylering av Rb frigjør aktiv E2F • tap/endring av uttrykk av enten cyclin D1, p16 eller Rb er nok for uhindret progersjon gjennom cellesyklus

4. Onkogener: Cyclin D1 • overuttrykk av cyclin D1 enten som genamplifikasjon eller kromosomal translokasjon fører til cellesyklus progresjon uavhengig av extracellulære stimuli • observeres i forskjellige kreftformer, bl.a. brystkreft

5. Tumor suppressorer: p16 og Rb • tap av p16 vil etterligne overuttrykk av cyclin D1 og føre til hyperfosforylering av Rb og frigiving av transkripsjonsfaktoren E2F • tap av Rb fører til transformert cellevekst grunnet konstant aktivering av E2F • observeres i mange kreftfromer, bl.a. i retinoblastoma hos barn

6. TGFb-signalisering og cellevekst • Tumor derivert vekstfaktor, TGFb skilles ut av de fleste celletyper og har mange biologiske funksjoner • TGFb hemmer vekst av bl.a. epitel- og immunsystem-celler • tap av TGFb mediert veksthemming karakteriserer mange kreftformer • TGFb har to reseptorer, typeI og typeII som dimeriserer ved ligand binding, har intern ser/thr-kinase aktivitet • ligand aktivert typeI reseptor fosforylerer ser i Smad proteiner som entrer kjernen og aktiverer transkripsjon av forskjellige protein, inkludert p15 • p15 erstatter p27 i Cdk4-cyclin D komplekset, som igjen binder til og hemmer Cdk2-cyclin E komplekset som er nødvendig for inngang i S fasen • TGFb indusert uttrykk av p15 arresterer derfor celler i G1

7. overuttrykk av protooncogenet cyclin D1 eller tap av tumorsuppressorgenene p16 eller Rb kan føre til uregulert passage gjennom cellesyklus restriksjonspunktet seint i G1 • TGFb induserer uttrykk av p15 som fører til arrest i G1 og dessuten syntese av extracellulære matrix proteiner • tap av TGFb reseptorer eller Smad4 ødelegger TGFb regulert vekstkontroll

8. Mutasjoner som påvirker genom stabilitet:p53 og DNA reparasjonsmekanismer • DNA i kreftceller inneholder insersjoner, delesjoner og punktmutasjoner i sentrale vekst- og cellesyklus-kontrollerende gener • de fleste kreftceller mangler dessuten ett eller flere DNA-reparasjonssystemer, noe som tillater mutasjonsakkumulering • kreftceller er ofte defekte i sentrale kontrollmekanismer for deteksjon av ødelagt DNA, som normalt hindrer deling av celler eller induserer apoptose

9. p53-proteinet er essensielt for kontroll og cellesyklus arrest av celler med ødelagt DNA i G1 • mutasjon i p53 sees i mer enn 50 % av humane krefttilfeller • p53-proteinet er uttrykt i lave konsentrasjoner i celler fordi det er ekstremt ustabilt og hurtig nedbrytbart • mus som mangler p53 utvikles normalt, men er predisponert for å utvikle flere former tumorer • p53 aktiveres under stressede betingelser (varme, UV-lys etc) ved fosforylering • p53 har mange funksjoner, hvor transkripsjonsaktivering er mest relevant som tumor suppressor

10. alle p53-mutasjoner hindrer proteinets DNA-binding • p53 induserer cyclin kinase-hemmeren p21 som binder og og hemmer mammalske G1Cdk-cyclin-komplekser, noe som fører til at celler med ødelagt DNA blir arrestert i G1 inntil skadene er reparert • hvis p53 akkumulerer, dvs at skaden ikke repareres, induseres proteiner som fører til apoptose • p53 er også viktig for overgangen G2 til M, men detaljert mekanisme enda uviss • den aktive formen av p53 er tetramer og mutasjon i ett allel nok til å ødelegge all p53-aktivitet, dvs. dominant negativ mutasjon

11. Proteiner kodet i DNA virus kan hemme p53 aktivitet • HPV er istand til å indusere stabil transformasjon og forbigående vekststimulering av kultiverte celler • HPV protein E7 binder og hemmer Rb, mens E6 hemmer p53 • HPV E6/7 er tilstrekkelig for å transformere en celle i fravær av mutasjon i regulatoriske proteiner • SV40, lite transformerende papovavirus fra ape danner to tidlige protein, Large T og small t antigen, som translokerer til kjernen og binder p53 og Rb, noe som fører til funksjonshemming

12. Defekter i DNA reparasjonssystemer forsterker mutasjoner og er assosiert med visse kreftformer • kobling mellom carcinogenese og mangel av DNA-reparasjon er foreslått da individ med nedarvede defekter i spesielle reparasjonssystemer har en dramatisk økt risiko for utvikling av visse krefttyper • Xeroderma pigmentosum er en autosomal recessiv sykdom og individ med denne sykdommen utvikler hudkreft av typen melanom og squamos cell carcinomas ved eksponering til UV-stråler i sollys • årsaken er mangel på reparasjon av UV-skader (bl.a.TT-dimer) eller mangel til å fjerne store substutuerende grupper på DNA-baser • andre eksempler på mangel på DNA reparasjon og kreft i mennesket, se tabell 24-1.

13. Telomerase og immortalisering av celler • telomere sekvenser er fysiske endestykker i lineære kromosom og består av multiple repetisjoner av TTAGGG • funksjon av telomere sekvenser er å hindre ufullstendig replikasjon av endestykket i ”lagging” tråd i DNA • kjønnsceller og normalt hurtig delende somatiske celler, så som stamceller har egen telomerase som forlenger DNA-tråden, mens mesteparten av humane somatsike celler ikke har telomeraseaktivitet • normale telomere sekvenser tillater et visst antall celledelinger 30-40, mens tap fører til kromosomfusjoner og celledød • tumorceller har overkommet telomerproblemet ved å uttrykke egen telomerase • aktuell cancerterapi er hemmere mot telomerase

14. DNA mikroarray i lymphom klassifisering og overlevelsesanalyser • Genuttrykksanalyser ved hjelp av DNA mikroarray kan skjelne mellom patologisk like tumorer • systematiske analyser av genuttrykk i ”diffuse large B-cell lymphomas” (DLBCLs) den mest vanlige typen av non-Hodgkins Lymphoma indikerer at disse tumortypene kan deles inn i to subtyper -germinalt senterlike B celler -in vitro activerte B celler • klassifisering av tumorer inn i de enkelte grupper kan utnyttes prognostisk, til å forutsi høyere/lavere risk for spredning