РАК

1. РАК Н. Володина 12.03.2011

2. Рак • Неконтролируемый рост клеток • Вызывает образование опухолей • Опухоли могут быть злокачественные или доброкачественные • Доброкачественные опухоли могут увеличиваться в размере, но они не внедряются и не поражают окружающие ткани • Но они могут быть смертоносными или очень вредоносными, например папилломы в дыхательных путях, опухоли в мозге • Рак обычно означает злокачественные опухоли • Которые могут быть инвазивными • Инвазивность разрушает порядок ткани • Внутренний клеточный порядок ткани • Мембраны и барьеры, ограничивающие органы

3. Злокачественность • Инвазивность является необходимым условием для злокачественности • Тенденция к ухудшению состояния больного и к большей вирулентности • Инвазивные клетки имеют свойство распространяться • Это метастазы • Однако инвазивный рак не всегда может вызывать метастазы • Метастатичные клетки могут передвигаться в другие участки органа • Раковые клетки могут передвигаться по кровеносной или ретикулоэндотелиальной системе внутри организма

4. Инвазивность • Первоначальная мутация изменяет ген, вызывающий неконтролируемый рост клеток • Клетки размножается, и каждая может мутировать еще раз • Быстро делящиеся клетки мутируют чаще • Мутации в генах, кодирующих ферменты репарации ДНК, могут вызвать другие мутации • Мутации также могут привести к геномной нестабильности, например эпигенетические нарушения • Мутантные клетки могут проникнуть в окружающие ткани

5. Эффект мутаций • Включаются позитивные сигналы роста • Выключаются негативные сигналы, подавляющие рост • Подавление иммунологической атаки или апоптоза • Нарушается нормальный процесс межклеточного связывания • Продукция белков, разрушающих соседние клетки

6. Клетка может изменить следующие свойства • Антигенность • Скорость роста • Ответ на гормональные сигналы • Ответ на лекарства, убивающие клетки • Нарушения кариотипа • Способность к инвазивности и метастазам

7. Мутации в половых и соматических клетках • Половые клетки • Мутации в определенных генах • Мутации не должны приводить к смерти эмбриона • Мутации наследуются • С вариабельной пенетрантностью • Соматические • Вовлечено больше генов • Мутации, которые могут привести к смерти эмбригна, возможны в соматических клетках • Спорадичные • Ненаследуемые

8. Факторы окружающей среды • Рак может вызываться мутагенами • Они же часто бывают канцерогенами • Кроме промоторов рака • Они стимулируют деление клеток, не мутагенезируя • Трудно выделить какой-то определенный мутаген

9. Неопределенные факторы • Частота заболеваний раком прямой кишки увеличивается и раком желудка уменьшается у японских иммигрантов в Америке • Рак желудка • Helicobacter pylori? • Стресс? • Рак прямой кишки • Малоподвижный образ жизни в США? • Факторы окружающей среды? • Риск заболевания раком зависит от комбинации генетических и внешних факторов

10. Канцерогены • Обычно мутагены=канцерогены • Зависит от специфического генетического фона • «2х этапная индукция рака • Инициаторы=мутагенез • Промоторы=митогенез

11. Канцерогены • Обычно канцерогены являются и инициаторами, и промоторами • Полициклические ароматические гидрокарбоны – табак • Алкилирующие агенты– горчичный газ • Индустриальные агенты – асбест • Металы - ртуть • Лекарства - Циклофосфан • Пищевые добавки - нитрозамины • Натуральные вещества – Афлатоксин B1 • Промоторы • Не мутагены, увеличивают скорость деления клеток • TPA (PMA)

12. Вирусы • Иногда вызывают рак • HPVВирусы папилломы человека вызывают рак шейки матки • Содержат онкогены Е6, Е7 • Ретровирусы, вызывающие лейкемию • HTLV I • HTLV II • Редко вызывают лейкемию • Редкая форма лейкемии • Эти вирусы интегрируют свой геном в геном человека • Сайт интеграции т о мутирован • Сильные вирусные промоторы могут изменить транскрипцию близлежащих генов

13. Вирусы • Вирус гепатита В • Хроническая форма может вызвать карциному • Одни из вирусов группы герпеса • EBV (вирус Эпштейна-Барра) у людей, страдающих хронической малярией • Лимфома Буркитта • KSHV – Саркома Капоси, часто у больных СПИДом

14. Типы рака • Эпителиальная ткань • Карцинома • Очень распространенная форма • Мутируют стволовые или базальные клетки • Соединительная ткань • Саркома • Более распространены у животных, и часто вирусного происхождения • Другие названия • Глиальные клетки - глиома • Меланоциты- меланома

15. Лейкемия • Клетки костного мозга и клеткикрови • Создает много клеток, циркулирующих в кровеносной системе • Часто в виде недифференцированных клеток КЛАССИФИКАЦИЯ • Острая или хроническая • Лимфогенная или миелогенная • Суффикс –бласт- описывает более незрелую форму клетки • Лейкемическая или алейкемическая • Алейкемическая – означает что нет увеличения числа ненормальных клеток в крови

16. Лимфома • Рак лимфоидной ткани • Обычно злокачественный • Обычно назван по типу клеток, например лимфома В-лимфоцитов

17. Рак это генетическое заболевание • Клетки делятся чтобы заменить отмершие клетки • Большинство клеток запрограммированы умереть • Апоптоз • Слущивание • Гены изменяющие деление клеток • Унаследованные мутации могут создавать подходящие условия • Часто так называемые супрессоры рака мутируют • Их нормальная функция • Ограничивать движение клеток • Провоцировать апоптоз • Мутации в онкогенах • Это позитивные сигналы ростаили ингибиторные сигналы против апоптоза • Вирусные онкогены

18. Клеточный цикл • В фазе G0клетка останавливает деление • Также есть точки контроля в фазах G1, S and G2 • Чтобы войти в G1, позитивный сигнал к делению должен быть получен • Негативные сигналы т о убираются

19. Типы раковых генов

20. Семейства онкогенов Позитивные сигналы • Гормоны • Сигналы роста в слишком большом количестве • Platelet Derived Growth Factor beta subunit – Рак желудка • FGF – Глиома • Рецепторы факторов роста • RET – Множественная эндокринная неоплазия (MEN) • Erb B • ERBB1 – гомолог EGFR – глиобластома– вирусный онкоген • ERBB2 – EGFR семейство – амплифицирован в 20-30% случаев рака груди – вызывает устойчивойст к таксолу

21. Продолжение • ERBА • Гомолог вирусного онкогена • Рецептор тироидного гормона • Ядерный рецептор • Острая промиелотическая лейкемия • Сигнальные молекулы • RAS – GTPase во многих типах рака • 3 формы– H-ras, K-ras, N-ras • Специфичесие мутации нарушают его функцию GTPазы

22. abl • Гомолог вирусного онкогена • Нерецепторная тирозин киназа • Часто изменен в AML, CML – типы лейкемии • Транслокация создает химерный ген с геном Bcr • Тирозин киназа активируются конститутивно

23. Ядерные онкогены • N-myc • Белок связывающийся с ДНК • Амплифицирован в нейробластомах • Myb • Белок связывающийся с ДНК • Меланома, лимфома, лейкемия • Fos • Транскрипционный фактор комплекса AP-1 • Человеческая остеосаркома

24. Ферменты репарации ДНК • Сами по себе не являются онкогенами • Они увеличивают мутабельность генома • Это увеличивает возможность появления мутированного онкогена и.т.д.

25. Позитивно действующие раковые гены • Клетки растут и дифференцируются под контролем специальных генов • Почему клетка размножается? • Она получает внешний сигнал • И отвечает на этот сигнал путем запуска клеточного деления • Сигнал – фактор роста • Например, эпидермальный фактор роста EGF • Клетка должна иметь специфический рецептор к EGF

26. Пример • Гормон присоединяется к трансмембранному рецептору/тирозин киназе • Рецептор димеризуется и функция киназы активируется - самофосфорилирование • Фосфотирозиновые остатки могут присоединять адапторные молекулы, начало сигнального каскада

27. Пример II • Адапторные молекулы – передача сигналов • RTK фосфорилирует также цитоплазматические белки и изменяет их функции

28. Пример III • Ras

29. Пример IV • Передача сигнала в ядро

30. Пример V • Фосфорилированный транскрипционный фактор с сопутствующими белками связывается с соответствующими промоторами в ДНК, вызывает экспрессию генов путем рекрутирования РНК полимеразы

31. Общая картина • Гормон соединяется с рецептором • Рецептор передает сигнал в ядро • Активируется транскрипционный фактор • Начинается транскрипция

32. Онкогены • Ядерные, цитоплазматические и внеклеточные • Ядерные – обычно транскрипционные факторы • Цитоплазматические – члены сигнальных каскадов • Иногда гормоны • Более 100 известных онкогенов

33. Онкогены или протоонкогены были открыты в вирусах • Ретровирусы

34. ras • Саркома крысы • 3 формы • H-ras, K-ras and N-ras • Экспрессируется в разных типах клеток • В начале сигнального пути • G-белок, относящийся к GTPазам • Разные типы мутаций приводят к его активации • Например неспособность гидролизовать GTP • Неспособность связывать ras-GAP • GAP = GTPase Activating Protein • Приводит к постоянному связыванию с GTP • Что приводит к постоянному посыланию сигнала к делению клетки

35. Различные активирующие мутации в Ras • Сигнальный путь

36. В каких типах рака? • Примерно 25% всех раковых трансформаций у человека • Мутантный K-ras • 90% заболеваний раком поджелудочной железы • 35% онкологических заболеваний головы и шеи • 30% заболеваний раком легких • 50% заболеваний раком прямой кишки • Мутантный H-ras • Рак мочевого пузыря, легких, почек, груди • Мутантный N-ras • Рак легких, лейкемия, лимфома

37. Модель прогрессирования рака • Как минимум 2 гена должны мутировать, чтобы развился рак • Используя наследственную форму, adenomatous polyposis coli, Bert Vogelstein разработал модель “multi-hit” развития наследственной формы рака прямой кишки • Соответсвует изменениям в эпителии прямой кишки от нормального состояния до метастатического рака Эпителий – тип ткани. Примеры?

38. APC • Развиваются вначале адематозные полипы в кишечнике • Предшественники более серьезных опухолей • Приводят к развитию метастазной аденокарциномы • Доминантное наследование • Продукт гена APC учавствует в межклеточной адгезии

39. Модель множественных ударов • Разработана на основе после-операторного исследования пациентов • Клетки с более выраженной гиперплазией имели больше мутированных онкогенов • Специфические мутации в специфических генах • Подобная прогрессия заболевания наблюдалась в случае астроцистомы – тип рака мозга

40. Ракпрямой кишки • Потеря гена APC снимает блокировку клеточного деления • APC взаимодействует с геном wnt • Тип супрессора рака – негативный сигнал • Мутация приводит к развитию неинвазивной аденокарциномы • Также наблюдаются эпигенетические изменения – гипометилирование ДНК – приводит к экспрессии ранее не экспрессировавшихся генов - дедифференциация • Мутирует онкоген Ras – позитивный сигнал – аденома

41. Модель множественных ударов II • Делеция гена супрессора рака DCC - • Аденома на поздней стадии • Мутация гена P53 нарушает апоптоз • Аденокарцинома • Дальнейшие изменения приводят к метастазам

42. Модель примененная к раку прямой кишки и астроцитоме

43. Наследственная предрасположенность к раку • Повышенный риск развития рака означает в этой родословной что каждый человек – носитель мутации с различной пенетрантностью. Что это? • Мутация: • Тип наследования • Какие гены • Почему развивается рак?

44. Негативные контроли передачи сигналов • Болезнь Коудена – мутация в гене PTEN • Многочисленные опухоли и дефекты развития • Цитоплазматический сигналинг • Различные сигналы активируют фосфолипазу С (например -EGFR) • Она разбивает phosphatidyl inositol на diacylglycerol (DAG) и inositol triphosphate - IP3 • IP3 активирует AKT (серин-треониновая киназа) • Сигнал к делению • PTEN превращает IP3 в IP2 – негативный контроль активации AKT • Мутация в PTEN убирает негативный контроль к развитию рака

45. Гены супрессоры рака • Свойства • Доминантное наследование с вариабельной пенетрантностью и экспрессивностью (пример экспрессивности?) • Наследуется только предрасположение к раку • Особенно опасно когда обе аллели - мутантные • Обычно ядерный ген • Примеры • APC – Adenomatous polyposis of the colon • BRCA 1 and BRCA 2 – Breast cancer • PTEN – Cowden disease • NF-1 - Neurofibromatosis • Rb – Retinoblastoma • P53 – Li-Fraumeni Syndrome • P16 – Familial melanoma

46. Ретинобластома • Редко бывает злокачественной • Может быть в одном или обеих глазах • Может быть в нескольких местах • Это не метастазы, а независимые клоны трансформированных клеток • Билатеральная ретинобластома – соответствует модели как минимум 2 мутаций

47. Модель Кнудсена • Модель наследственного рака • Мутантный Rb-1 ген супрессор рака -наследуется в семьях • Одиночная мутация Rb1 предрасполагает к развитию ретинобластомы • Приводит к гетерозиготности во всех клетках • 2я мутация Rb необходима для потери контроля клеточного цикла Потеря гетерозиготности

48. Продолжение • Лечение – радио и химио-терапия, в худшем случае удаление глаз(а) • Позднее рак разовьется в других тканях • В основном- остеосаркома

49. Модель ретинобластомы • 2 мутации приводят к ретинобластоме, 1я мутация - наследственная • Доминантное наследование с уменьшенной пенетрантностью • Типы изменений • Мутации – точковые, делеции • Потеря гетерозиготности в результате например эпигенетических изменений • Соматическая рекомбинация

50. Механизмы 2го удара • LOH - loss of heterozygosity • В течении развития • Механизмы • Потеря и редупликация • Гомозиготность в раке • Соматическая рекомбинация • Делеция • Простая точковая мутация