Statistics is like a bikini. What they reveal is suggestive. What they conceal is vital.

1. Statistics is like a bikini. What they reveal is suggestive. What they conceal is vital. (Arthur Koestler)

2. Controlul exprimării genelor la eucariote Cancerul-mecanisme genetice implicate

3. Cancerul este termenul neoficial pentru desemnarea unei clase de boli caracterizate printr-o proliferare celulară anormală. • Toate cancerele sunt genetice: ele îşi au originea în modificarea activităţii genelor care controlează creşterea celulară. • Leucocitele proliferează anarhic cu o viteză anormală, iar alte tipuri de celule formează tumori sau neoplasme.

4. Uneori, celulele diferenţiate pot redeveni nediferenţiate (proces denumit dediferenţiere) şi pot începe să se dividă mitotic dând naştere unei mase celulare numită tumoră. • Incapacitatea celulelor de a-şi păstra proprietăţile de creştere a fost denumită transformare (a nu se confunda cu transformarea prin preluare de ADN de la bacterii). • Tumorile pot fi: • Benigne-se dezvoltă într-un singur loc şi nu invadează alte ţesuturi; • Maligne-cresc în mărime iar celule desprinse din tumoră pot migra în alte ţesuturi generând noi tumori (metastazare).

5. Procesul de formare a tumorilor se numeşte oncogeneză (“onkos” = masă, grămadă; “genesis” = naştere). • Cancerul este deci, o clasă de boli în care un grup de celule prezintă o rată crescută, necontrolată a diviziunii celulare, capacitatea de lezare a ţesuturilor adiacente şi, uneori, metastazare (răspânire în organism prin limfă sau sânge). • Majoritatea tipurilor de cancer produc tumori, unele tipuri, precum leucemiile, nu produc tumori.

6. Cancerele se clasifică în funcţie de ţesutul din care se presupunecă provine tumora. • Carcinoame-tumori derivate din ţesut epitelial; acest grup cuprinde cele mai frecvente cancere: de prostată, de sân, de plămâni şi de colon; • Sarcoame-tumori derivate din ţesutul conjunctiv (muscular, osos şI cartilaginos), de origine embrionară mezodermică; • Limfoamele, caracterizate printr-o producţie excesivă şi necontrolată de limfocite ; • Leucemiile sunt boli ale măduvei hematogene controlate printr-o producţie excesivă şi necontrolată de leucocite. • Tumorile maligne sunt denumite, de obicei, folosind termenii de: -carcinom, -sarcom ca sufix adăugat la termenul din limba latină sau greacă a organului de origine a tumorii. De ex.: hepatocarcinom, liposarcom etc.

7. Oncogene • Cancerul apare ca urmare alterării structurale sau funcţionale a unor gene reglatoarecare controlează proliferarea celulară şicitodiferenţierea. • Studiileefectuate asupra virusurilor tumoralea arătat faptul că gene specifice (denumiteoncogene) sunt capabile să inducă transformarea celulară. • Majoritatea (aproximativ 80%) din cancerele umanenu sunt induse de virusurifiind datorate altor cauze precum radiaţiileşi carcinogenii chimici . • Studiile asupra oncogenelor virale au contribuit în mare măsurăla identificarea oncogenelor celularecare sunt implicateîn în apariţia şi evoluţia cancerelor ce nu sunt induse de virusuri. • Date foarte importante au fost furnizate de studiilepe retrovirusurile oncogene.

8. Dintre virusurile oncogene (sau tumorale) fac parte: virusul sarcomului Rous (RSV), virusul leucemiei feline (FLV), virusul tumorilor mamare la şoarece (MMTV), virusul hepatitei C la om (HCV) etc. • Odată pătruns în celulă, ARN-ul viral serveşte ca matriţă pentru sinteza unui ADN bicatenar (provirusul) cu ajutorul reverstranscriptazei virale. • ADN-ul bicatenar se integrează în cromozomul celulei gazdă şi va servi ca matriţă pentru ARN-ul viral.

9. Oncogeneleviraleau fost identificate prima datăîn Virusul Sarcomului Rous (RSV), care transformă fibroblaştii embrionilor de puidin cultura celularăşi induce sarcoamemari la cca. 1 - 2 săptămânidupă inoculare. • Virusul leucozei aviane (ALV), strâns înrudit cu RSV, se replicăîn acelaşi tip de celule ca şi RSV fără a induce însă transformarea. • Această diferenţăîn potenţialul de transformare a sugerat posibilitateaca RSV să conţină informaţie genetică specifică responsabilăde transformareacelulelor infectate. • Compararea genomurilor de la RSV şi ALV a susţinut aceastăipoteză: ARNul genomic de la RSV are cca. 10 kb, în timp ce cel de la ALV este mai mic, cca. 8.5 kb.

12. La începutul anilor 70, au fost izolaţi mutanţiai RSV care erau incapabili să inducă transformarea. • Aceşti mutanţi se replicau normal în celulele infectate, aspect ce sugera că RSV conţine informaţia geneticănecesară replicării dar nu şi pe cea necesară transformării celulare. • Studiile ulterioare au demonstrat că formelor mutante ale RSV le lipsea o singură genă responsabilăde abilitatea RSV dea induce tumori la păsări şi de a transforma celulele în cultură. • Deoarece RSV producesarcoame, această oncogenăa fost denumităsrc. Ea este prezentă în genomul RSV dar lipseştela ALV. • Ea codificăo proteină de 60-kd,prima protein-tirozin kinazăcare a fost identificată.

13. Virusul sarcomului Rous are numai 4 gene: • gag, care codifică proteinelestructurale; • pol, care codifică the reverstranscriptaza; • env, care codifică proteinel anvelopei virale; • src, care codifică otirozin kinază, o enzimăcare ataşeazăgrupări fosfatla Tyr. • La capătul moleculei de ARN virusul mai cuprinde secvenţe care atuci când ADN-ul se sintetizează după ARN cu ajutorul reverstranscriptazei, vor fi duplicate şi vor produce aşa numitele secvenţe LTR (long terminal repeats). • Ele prezintă roluri importante precum: • Permit ADN-ului copiat de pe ARN să se integreze în cromozomul celulei gazdă; • Funcţionează ca amplificatori, obligând celula să transcrie genele RSV cu o rată crescută;

15. Peste 40 retrovirusuriînalt oncogeneau fost izolate de la diferite animale precumpăsări, curcani, şoareci, şobolani, pisicişi maimuţe. • Toate aceste virusuri, ca şi RSV, conţin cel puţin o oncogenă (uneori două) care nu este necesară pentru replicarea virusuluidar răspunde de transformarea celulară. • Uneori, virusuri diferite conţin aceeaşi oncogenă şipeste 25 de oncogene diferiteau fost identificatela acest grup de virusuri. • Ca şisrc, multedin aceste gene (ras şiraf) codifică proteinecu rol în stimularea proliferării celulare.

17. Proto-Oncogene • O caracteristică surprinzătoare a oncogenelor retroviraleesteneimplicarealorlor în replicarea virală. • Deoarece virusurile se replicăcu o extraordinară efficienţă, existenţa oncogenelor viralecare nu sunt parte integrantăa ciclului de viaţă a virusuluipare paradoxală. • Oamenii de ştiinţă s-au întrebatcare esteoriginea oncogenelor retroviraleşi cum au ajuns ele să fie incorporate în genomul viral? • Cercetările care au urmărit răspunsul la această întrebare au dus la identificarea oncogenelor celulare.

18. Prima idee privitoare la originea oncogenelora apărutpornind de la modul de izolare a retrovirusuriloroncogene. • Izolarea virusului ce produce leucemia Abelson esteun exemplu în acest sens. • Peste 150 de şoareci au fost inoculaţi cuun virus fără capacitate de transformare, care conţineadoar genelegag, pol, şienv, gene necesare replicării virusului. • Unul dintre aceşti şoarecia dezvoltat un limfom din care a fost izolat un virus nou ce conţinea oncogena abl, (Abelson leukemia virus), şi care era puternic oncogen. • Aşa a apărut ipotezacă oncogenele retrovirale derivădin gene ale celulei gazdă, şi că ocazional o astfel de genă din celulagazdă va fi încorporatăîntr-ungenom viral, ducând la apariţia unui virus nou oncogen.

19. Aceastăipotezăimplica faptul că celulele normale conţin gene strâns înrudite cu oncogenele retrovirale. • Această ipoteză a fost demonstratăîn 1976 de Varmus Bishop şi colab., care au arătat că probe de cDNA pentru oncogenasrcde la RSV hibridizează cu secvenţedinADNulcelulelor normalede pui. • Mai mult chiar, secvenţe înrudite cusrcau fost găsiteîn ADNuri din celule normalede la o gamă largă de vertebrate,chiar şi la om, ceea ce indica faptul căaceste secvenţe au fost conservateîn evoluţie. • Experimentesimilarecu probe de la alte oncogene ale retrovirusurilor tumoraleau dat rezultate comparabile, fapt ce a permisstabilirea cu fermitate a faptului că oncogenele retroviraleau derivatdin gene strânsînrudite ale celulelor normale.

20. Genele celulare normaledin care îşi au originea oncogenele retroviraleau fost denumiteproto-oncogene. • Ele sunt importante gene celulare reglatoare care în multe cazuri, codifică proteinecu funcţieîn căilede transmitere a semnalelorce controlează creşterea şi proliferarea celulelor normale (ex., src, rasşiraf). • Oncogenelesunt forme mutante sau anormal exprimateale proto-oncogenelor corespunzătoare. • Ca o consecinţăa acestor alterări, oncogenele induc proliferarea anormală a celuleişi dezvoltarea tumorilor.

21. De asemenea, oncogenele codifică adesea proteinecare diferăca structurăşi funcţiede cele codificatedegenele omoloage normale. • Multe oncogene, precumraf, sunt exprimateca proteine de fuziunecu secvenţe viralela capătul amino terminal. • Evenimentelerecombinaţionalecare genereazăo astfel de proteină de fuziuneapar adesea în timpul capturării proto-oncogeneide către retrovirus, iar secvenţele terminalede la ambele capete ale proto-oncogeneisunt adesea deletate în timpulacestui proces. • Astfel de deleţiipot duce la pierdereaunor domenii reglatoarece controlează activitatea proteinei proto-oncogenei, rezultând proteinece funcţioneazăîntr-unmod neregulat.

22. Proteina proto-oncogeneiraf conţineun domeniu amino-terminal reglator şiunul carboxi-terminal protein kinazic. • Domeniul reglator din proteinaprodusăde oncogena viralărafa fost deletatşi înlocuit de de secvenţa viralăgag. • Ca urmare, domeniul kinazic al proteineiraf este constitutiv activ, cauzând transformarea celulară.

24. Oncogeneleşi Cancerele umane • Înţelegerea originii oncogenelor retroviralea făcutoamenii de ştiinţă să se întrebedacă tumorile ce nu sunt determinate de virusuri conţin oncogene celulareprovenite prin mutaţii din proto-oncogene. • În cultură, ADNuldin celule de carcinom vezical uman induc transformareaunor celule receptoarede şoarece, indicândfaptul că tumoarea unană conţine o oncogenă celulară activă. • Experimenteleefectuate au permis detectareaunor oncogene active înmulte tipuri de tumori umane.

25. Detectarea unei oncogene umaneprin transfer de gene • În culturi celulare, ADNulextras din celule de carcinom vezical uman induce transformareaunor celule receptoarede şoarece • Transformarea rezultădin integrareaşi exprimareaunei oncogene provenitedin tumoarea umană.

27. Unele oncogene identificateîn tumori umanesunt omologi celulariaiunor oncogene caracterizate iniţialla retrovirusuri, în timp ce altele sunt oncogene noi descoperiteîn celulele canceroase umane. • Trei membri strânsînrudiţi ai familiei de generas (rasH, rasK şirasN) sunt oncogenelecel mai frecvent întâlnite în tumorile umane. • Aceste gene sunt implicate în aproximatil 20% din totalul cancerelor umane, cca. 50% din cancerele de colonşi 25% din cancerele pulmonare.

28. Oncogenelerasnu sunt prezente in celulele normale; ele apar în celulele tumoraleca o consecinţăa mutaţiilordin timpuldezvoltării tumorii. • Oncogeneleras diferăde proto-oncogenele lorprin mutaţiipunctiforme ce duc la substituţia unui singur amino acid la o poziţie critică. • Prima astfel de mutaţie descoperităducea la substituţia valineicu glicinala poziţia 12. • Alte substituţii ale amino acizilordin poziţia 12, 13 şi 61 sunt,de asemenea, frecvent întâlnite in oncogenelerasdin tumori umane. • In studii pe modele animale, s-a demonstrat că mutaţiilecare transformă proto-oncogenarasîn oncogenăpot fi cauzatede carcinogeni chimici.

29. Schimbarea unei singure nucleotide, care modifică codonul 12,din GGC (Gly) în GTC (Val), este responsabilăde transformarea activităţii oncogeneirasH detectată in ADNul din celulele provenite din carcinomul vezical uman.

30. Mutaţiilepunctiformereprezintă doar una din căileprin care proto-oncogenelesunt transformateîn oncogene. • Multe celule canceroaseprezintă anormalităţiale structurii unor cromozomi(translocaţii, duplicaţii, sau deleţii). • Uneori, prin rearanjamente cromozomialeca urmare a translocaţiilor rezultă oncogene. • În unele cazuri, analizaacestor rearanjamentea arătat că erau implicate oncogene deja cunoscute. • În alte cazuri, noi oncogene au fost descoperiteprinanaliza moleculară a secvenţelor implicate.

31. Oncogena c-myc(implicată în limfomul Burkitt) este una din oncogenele activateprin translocaţie cromozomială. • În acest caz translocaţiile cromozomiale implică genelece codifică imunoglobuline (Ig). • De ex., aproape toate cazurile de limfom Burkitt prezintă translocaţiaunui fragment al cromozomului 8 pe unul din locii genelor pentru Ig de pe cromozomii 2 (lanţul uşor ), 14 (lanţul greu) şi 22 (lanţul uşor ). • Faptul că genele pentru Ig sunt activ exprimateîn aceste tumori sugereazăcă prin translocaţie este activatăo proto-oncogenădin cromozomul 8 prin inserarea eiîn locusul pt. Ig.

32. Proto-oncogena c-myceste translocatăde pe cromozomul 8 pe cromozomul 14 în locusul pentrulanţul greu al imunoglobulinei (IgH) în limfomul Burkitt, rezultândo exprimare anormală a c-myc.

33. O astfel de exprimare necontrolată a genei c-myc, care codificăun factor transcripţionalce este produs în mod normal ca răspunsla stimularea cu un factor de creştere, este suficient pentru a deregla proliferarea celularăşi a contribuila dezvoltarea tumorii. • Translocatiiale altor proto-oncogene duc adeseala rearanjamenteale secvenţelor codificatoare, cu formareaunei proteine anormale. • Exemplul clasic pentru acest caz este cel al translocaţiei proto-oncogeneiablde pe cromozomul 9 pe cromozomul 22 în leucemia mieloidă cronică.

34. Această translocaţieduce la fuziuneadintreablşi genadenumităbcr, de pe cromozomul 22. • Rezultatuleste producerea unei proteine de fuziune Bcr/Abl în carecapătul amino terminalal proteinei proto-oncogenei Abl a fost înlocuitde secvenţa de aminoacizi ai proteinei Bcr. • Această fuziuneva determina o activitate necontrolatăa protein-tyrosine kinasei Abl, fapt ce va duce la transformarea celulară.

36. Un mecanism distinct prin care oncogenelesunt activate în tumorile umaneeste amplificarea genică, care va generao mare cantitate de produs final. • Amplificareagenicăeste de peste 1000 de orimai frecventăîn celulele tumorale decât în cele normală, iar amplificarea oncogenelorjoacă un rol important în progresiarapidă a tumorilor. • Amplificarea oncogenei N-myc, este întâlnităîn neuroblastom (tumoare ce apare la copii). • Amplificarealui N-myceste frecvent prezentăîn tumorile cu creştere rapidă. • Amplificareaunei alte oncogene, erbB-2, este, de asemenea,asociată cu progresia rapidă a cancerelor de sân şi a celor ovariene.

37. Replicarea repetată a unui fragment de ADNgenerează copii multiple ale unei anumite regiuni cromozomiale.

38. Multe proteine codificatede proto-oncogene reglează proliferarea celulară; în aceste cazuri, nivelul de exprimare crescutal proteinei corespunzătoareva duce la proliferareanecontrolată a celulelor. • Produşii altor oncogene contribuie la alte aspecteale comportamentuluicelulelor canceroase, precum dediferenţiereasau incapacitatea de a intra în apoptoză. • Majoritatea proteinelor oncogenelorau rol de elementeale căilor de semnalizarecare reglează proliferarea celularăca răspuns la stimularea cu factori de creştere. • Proteineleproduse de oncogene includ: factori proteici de creştere, receptori ai factorilor de creştere, elementealecăilor de semnalizare intracelulară, factori de transcriere.

39. O parte a cancerelor umane sunt produse de mutaţii ale genelor care intervin în mecanismele de corectare a leziunilor ADN. Din această categorie amintim: • Xeroderma pigmentosum-provocată de mutaţii care inactivează sistemul de corectare a mutaţiilor induse de UV şi astfel expunerea la soare are drept rezultat leziuni ale pielii care devin adesea maligne; • Ataxia-telangiectazia-datorată unor mutaţii ale sistemului de corectare a mutaţiilor induse de radiaţiile X; persoanele cu acest defect prezintă un risc crescut pentru leucemie acută sau cronică, limfoame şi cancere ovariene (la femei);

40. Gene tumor-supresoare sau anti-oncogene • Genele tumor-supresoare sau anti-oncogenele protejează celulele oprind dezvoltarea malignă. • Prima astfel de genă identificată şi izolată a fost gena pentru retinoblastom (tumoră a retinoblastelor, precursoarele celulelor cu conuri din retină). • Apare ereditar dar şi spontan, în ambele situaţii constatându-se un locus homozigot recesiv. • În forma ereditară indivizii moştenesc o alelă mutantă iar a doua alelă mutantă apare spontan.

41. În forma spontană (cu simptome identice) ambele alele mutante apar spontan. • Această genă este implicată şi în alte tipuri de cancer: sarcoame şi carcinoame ale plămânilor, vezicii urinare şi sânului. • Pe ce bază se afirmă că retinoblastomul apare prin suprimarea unei gene şi nu prin activarea unei antioncogene? • J. Yunis a constatat, (la indivizii afectaţi) o deleţie a unei părţi a cromozomuli 13 în regiunea q14.

42. Localizarea exactă a deleţiei variază de la individ la individ, ceea ce demonstrează că este vorba mai degrabă de pierderea activităţii unei gene decât de amplificarea sa. • Cercetările efectuate la pacienţii cu tumoare Wilm, un cancer renal, au demonstrat că şi în acest caz este vorba de inactivarea unei gene tumor-supresoare. Practic, se constată o deleţie a benzii p13 din cromozomul 11. • S-a constatat că în această tumoră este implicat în special cromozomul moştenit de la mamă: molecular sau parental imprinting.

43. Gena retinoblastomului a fost clonată; ea codifică o proteină de 105 kD (denumită p105) care se află în nucleu şi inhibă transcrierea ADN-ului. • Cel puţin trei proteine codificate de oncogene cunoscute se asociază cu p105: proteina E1A (adenovirus), antigenul-T (SV-40) şi proteina 16E7 (virusul papilomului uman asociat cu 50% din carcinoamele uterine cervicale). • Practic cele trei virusuri utilizează acelaşi mecanism de transformare: inactivarea p105.

44. Cea mai studiată genă tumor-supresoare este gena p53, localizată pe cromozomul 17. • P53 are rol de factor de transcriere şi controlează un punct obligatoriu de verificare în ciclul celular. • Dacă se constată leziuni genetice importante (extinse), p53 opreşte ciclul celular pentru a permite repararea leziunilor. • Dacă leziunea este prea severă (nu mai poate fi reparată în timp util), p53 va induce apoptoza.

46. Aceată genă suferă mutaţii în peste 50% din cancerele umane (colon, plamân, sân, os etc.). • S-a constatat, de asemenea, că de multe ori gena este normală, dar exprimarea ei este defectuoasă ca urmare a unei deleţii în genele reglatoare. • Există un sindrom foarte rar, sindromul Li-Fraumeni, caracterizat prin apariţia unor tumori ereditare. La persoanele afectate s-a descoperit o mutaţie care afectează numai una din alelele p53. • Această mutaţie nu se va manifesta clinic, deoarece gena p53 normală este dominantă dar moştenirea alelei mutante predispune membrii aceleiaşi familii să dezvolte o tumoră.

47. Cancere provocate de virusuri • La om numai câteva cancere sunt provocate de virusuri: • Hepatocarcinomul, provocat de virusul hepatite B (virus cu ADN) sau C (virus cu ARN monocatenar); • Limfomul Burkitt şi tumorile rino-faringelui provocate de virusul Epstein-Barr (virus cu ADN); • Unele cancere cutanate şi urogenitale provocate de papiloma virusuri (virusuri cu ADN); • Unele leucemii şi limfoame provocate de HTLV I şi II (Human T Lymphocytotrophic Viruses, virusuri cu ARN); • Sarcomul Kaposi provocat de un herpesvirus (virus cu ADN) şi întâlnit frecvent la persoanele cu SIDA.

48. Factori de risc în apariţia cancerului • Marea majoritate a factorilor de risc în apariţia cancerului sunt fie factori de mediu fie factori legaţi de modul de viaţă. Astfel: • Consumul de alcool este asociat cu cancerele orale, nazofaringiene sau de sân. • Fumatul este asociat cu cancerul pulmonar; • Radiaţiile UV asociate cu cancerele de piele; • Inactivitatea fizică şi obezitatea asociate cu cancerele de colon şi sân; • Consumul exagerat de carne şi cancerul de colon. • O altă categorie de factori de risc o reprezintă substanţele chimice cu potenţial mutagen prezente în pesticide, alimente, detergenţi, cosmetice etc.

49. Funcţiile proteinelor codificate de genele tumor-supresoare pot fi: • Represia genelor esenţiale pentru continuarea ciclului celular; dacă aceste gene nu sunt exprimate, ciclul celular nu va continua şi astfel diviziunea celulară va fi blocată; • Asigurarea corelării ciclului celular cu leziunile ADN: cât timp există leziuni ale ADN celula nu se va divide; dacă leziunile sunt reparate, ciclul celular continuă; • Inducerea apoptozei în cazul în care leziunile ADN nu pot fi reparate; • Implicare în adeziunea celulară împiedecând celulele tumorale să se disperseze şi să-şi piardă inhibiţia de contact fapt ce va duce la inhibarea metastazării.