Geni e cancro

1. Geni e cancro Vincenzo Nigro Dipartimento di Patologia Generale, Seconda Università degli Studi di Napoli Telethon Institute of Genetics and Medicine (TIGEM)

2. US Mortality, 2001 No. of morti % di morti Cause 1. Heart Diseases 700,142 29.0 2. Cancer553,768 22.9 3. Cerebrovascular diseases 163,538 6.8 4. Chronic lower respiratory diseases 123,013 5.1 5. Accidents (Unintentional injuries) 101,537 4.2 6. Diabetes mellitus 71,372 3.0 7. Influenza and Pneumonia 62,034 2.6 8. Alzheimer’s disease 53,852 2.2 9. Nephritis 39,480 1.6 10. Septicemia 32,238 1.3 Source: US Mortality Public Use Data Tape 2001, National Center for Health Statistics, Centers for Disease Control and Prevention, 2003.

3. 600 586,8 500 400 300 245,8 193,9 194,4 200 180,7 100 57,5 48,1 21,8 0 Change in the US Death Rates* by Cause, 1950 & 2001 Rate Per 100,000 1950 2001 HeartDiseases CerebrovascularDiseases Pneumonia/Influenza Cancer * Age-adjusted to 2000 US standard population. Sources: 1950 Mortality Data - CDC/NCHS, NVSS, Mortality Revised. 2001 Mortality Data–NVSR-Death Final Data 2001–Volume 52, No. 3. http://www.cdc.gov/nchs/data/nvsr/nvsr52/nvsr52_03.pdf

4. 2004 Estimated US Cancer Deaths* Women272,810 Men290,890 Lung & bronchus 32% Prostate 10% Colon & rectum 10% Pancreas 5% Leukemia 5% Non-Hodgkin 4%lymphoma Esophagus 4% Liver & intrahepatic 3%bile duct Urinary bladder 3% Kidney 3% All other sites 21% • 25% Lung & bronchus • 15% Breast • 10% Colon & rectum • 6% Ovary • 6% Pancreas • 4% Leukemia • 3% Non-Hodgkin lymphoma • 3% Uterine corpus • 2% Multiple myeloma • 2% Brain/ONS • 24% All other sites ONS=Other nervous system. Source: American Cancer Society, 2004.

5. Cancer Death Rates*, for Men, US, 1930-1999 Lung Rate Per 100,000 Prostate Stomach Colon and rectum Pancreas Leukemia Liver *Age-adjusted to the 2000 US standard population. Source: US Mortality Public Use Data Tapes 1960-1999, US Mortality Volumes 1930-1959, National Center for Health Statistics, Centers for Disease Control and Prevention, 2002.

6. Cancer Death Rates*, for Women, US, 1930-1999 Rate Per 100,000 Lung Uterus Breast Colon and rectum Stomach Ovary Pancreas *Age-adjusted to the 2000 US standard population. Source: US Mortality Public Use Data Tapes 1960-1999, US Mortality Volumes 1930-1959, National Center for Health Statistics, Centers for Disease Control and Prevention, 2002.

7. Tobacco Use in the US, 1900-1999 Per capita cigarette consumption Male lung cancer death rate Female lung cancer death rate

8. Displasia (epitelio) • proliferazione non neoplastica • perdita di uniformità (variazione di forma e dimensioni) • mitosi • anaplasia = perdita di differenziazione

9. Neoplasia = nuova crescita • massa abnorme di tessuto la cui crescita non è coordinata con quella dei tessuti normali e persiste dopo la cessazione dello stimolo • all’origine di ogni neoplasia è la mancanza di risposta al normale controllo della crescita

10. reproduce in defiance of the normal restraints on cell division • invade and colonize territories normally reserved for other cells Cancers are classified according to the tissue and cell type of origin -carcinomas, cancers arising from epithelial cells -sarcomas, cancers arising from connective tissue or muscle cells -leukemias, cancers arising from blood cells About 90% of human tumors are carcinomas - Because most of the cell proliferation in the body occurs in epithelia? - Because epithelial tissues are most frequently exposed to the kind of cellular damage that favors cancer formation?

11. Geni e Cancro • L’interazione fisica tra kinasi e cicline produce molecole regolatorie che controllano la progressione attraverso il ciclo. • Le mutazioni che alterano i passaggi regolatori sono quelle implicate nel cancro • In particulare, il check point G1 è coinvolto in molte forme di cancro

12. Oncogèni (mutazioni dominanti, in eterozigosi) • Proto-oncogèni • Mutazioni puntiformi con gain-of-function • Translocazioni • Overespressione • Mutazioni mediate da virus o da eventi intracellulari

13. An oncogene is: Mutant or overactive form of a normal gene (normal gene is referred to as a proto-oncogene) A gene capable of inducing cancer. Any gene which produces a “malignant phenotype” when introduced into a “normal cell”. A gene intimately associated with a particular malignant disease such as a specific chimera in a particular leukemia.

14. shear Tumor DNA transfect transfect cDNA library mRNA *transfection: putting foreign DNA into mammalian cells. Transformed Phenotype

15. Normal and transformed NIH3T3 cells Density dependent inhibition of growth Growth factor requirements Anchorage dependence Proliferative life span Contact inhibition Adhesiveness Morphology

16. EXTRACELLULAR NUCLEUS Oncogenes Growth Factors v-sis (PDGF), int-1(WNT-1), int-2(FGF), hst, fgf-5 Growth FactorsReceptors CYTOPLASM v-erb-B (EGFR), v-fms (CSF-1R), v-kit (KIT) Signal Transducers v-ras, v-src, v-raf/mil, v-abl, v-mos, v-crk Transcription Factors v-ets, v-myc, v-myb, v-rel (NFkB), v-ski, v-erb-A (THR)

17. Ciclo cellulare • Il ciclo cellulare è regolato in due punti critici • transizione G1/S • transizione G2/M

18. Ciclo cellulare e cancro • La decisione di arrestare o di procedere nel ciclo è controllato da due classi di proteine • Protein kinasi – fosforila selettivamente le proteine bersaglio coinvolte nella regolazione del ciclo cellulare (CDKs) • Cicline- controllano la progressione attraverso il ciclo cellulare

20. Mutazioni • Possono essere: • Sostituzioni di singoli nucleotidi • Microinserzioni/delezioni • Riarrangiamenti cromosomici • Perdita o acquisizione di cromosomi • Integrazione di genomi virali nei cromosomi

22. Familiarità • Il cancro ricorre in alcune famiglie • Spesso non c’è un chiaro pattern di trasmissione ereditaria • Gli individui ereditano un allele mutante del gene che causa il cancro • La probabilità di sviluppare un cancro dipende da: • Il tipo di mutazione ereditata • Altre mutazioni in altri geni • Fattori ambientali

23. Mutazioni somatiche e germinali

24. p53 – Guardiano del Genoma • Fattore di trascrizione • Mutazioni in ogni tipo di cancro • Mammella, polmone, vescica, colon, pancreas, ecc • Nel 50-60% delle neoplasie sono presenti mutazioni di p53 • Li-Fraumeni • Tratto autosomico dominante

25. p53 – Guardiano del Genoma • P53 è organizzato come un tetramero • Mutazioni di p53 agiscono come allele antimorfo (dominante negativo) • Gli eterozigoti per una mutazione di p53 svilupperanno un cancro con una frequenza diel 90% nel corso della vita

26. Carcinoma Mammario • Forma familiare - 10% predisposizione genetica • Ereditato come tratto autosomico dominante • BRCA1 – Mutazioni sul cromosoma 17 • 85% delle donne con mutazioni in un allele avranno una mutazione sull’altro allele • BRCA2 – Mutazioni sul cromosoma 13

27. CANCRO MAMMARIO: GENERALITÀ • Il cancro mammario rappresenta la principale causa di morte per tumore tra le donne occidentali • È il tumore femminile più comune (1:3 diagnosticati). • Incidenza: - 1:50 donne entro i 50 anni; - 1:10 donne entro gli 80 anni. • Il tumore si sviluppa per la combinazione di fattori ambientali e genetici. • Circa il 10% dei casi riconosce un modello autosomico mendeliano

28. Carcinoma mammario • BRCA1 e BRCA2 sono geni che codificano grandi proteine confinate al nucleo della cellula • L’espressione è massima in fase S • Coinvolte nella riparazione del DNA

29. BRCA1 E BRCA2 BRCA1 : 17q12 BRCA2 : 13q12

30. RISCHIO DI CANCRO MAMMARIO IN PORTATORI DI MUTAZIONI DI BRCA1

31. CANCRO MAMMARIO: ALTRI GENI COINVOLTI

32. Carcinoma mammario • Il danno al DNA attiva una kinasi • ATM o Chk2 • BRCA1 e p53 sono fosforilate • p53 blocca la replicazione del DNA durante la fase S • Consentendo la riparazione del DNA

34. Breast Cancer • BRCA1, BRCA2 e un’altra proteina, mRAD51 riparano il DNA • Tre mutazioni sono fondamentali • BRCA1 • BRCA2 • Un altro gene che regola il ciclo cellulare