Kreft II: Oncogen/tumor suppressor mekanisme, og genomstabilitet

1. Kreft II: Oncogen/tumor suppressor mekanisme, og genomstabilitet • 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 • Kromosomabnormaliteter i humane tumorer • Telomerase og immortalisering av celler

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. Cellesyklus

4. 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 progresjon gjennom cellesyklus

5. 24.4 Passage from G1 to S phase is controlled by proto-oncogenes and tumor-suppressor genes Figure 24-19

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 24.4 Loss of TGF signaling contributes to abnormal cell proliferation and malignancy Figure 24-20

11. 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

12. 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

13. 24.5 Mutations in p53 abolish G1 checkpoint control Some human carcinogens cause inactivating mutations in the p53 gene and p53 activity is also inhibited by certain proteins encoded by DNA tumor viruses Figure 24-21

14. 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

15. 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

16. 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 substituerende grupper på DNA-baser • andre eksempler på mangel på DNA reparasjon og kreft i mennesket, se tabell 24-1.

17. 24.5 Defects in DNA-repair systems perpetuate mutations and are associated with certain cancers

18. Kromosomabnormaliteter i humane tumorer • kromosom antall og struktur er ofte endret i humane tumorer • tumorceller ofte aneuploide (abnormt kromosomantall) ofte fler enn normalt, dannes ved feil i S-fase (hindrer inngang til mitose) eller mitotiske sjekkpunkt (stopper i anafase)

19. inneholder ofte translokasjoner, ekstra elementer fra andre kromosomer

20. Lokalisert reduplisering av DNA: • HSR regioner, • “Double minute” kromosom • Begge tilfeller av polymere former av lange strekninger med DNA, kan inneholde oncogener, f.eks. N-myc, funnet i tumorer i nervesystemet

21. 24.5 Cancer cells may contain localized regions containing multiple copies of a given DNA sequence Figure 24-23

22. 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 somatiske 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

23. Telomerase virkemåte

24. 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 aktiverte B celler • klassifisering av tumorer inn i de enkelte grupper kan utnyttes prognostisk, til å forutsi høyere/lavere risk for spredning

25. Konklusjoner • p53 proteinet er nødvendig for kontroll og arrest av celler med skadet DNA i G1 • p53 virker som transkripsjonsfaktor og regulerer uttrykk av p21, en hemmer av G1 cdk-cyclin komplekser • mutasjoner i p53 forekommer i mer enn 50% humane kreftformer • p53 er tetramer, og mutasjon i ett allel kan være nok til å hemme all aktivitet • MDM2, et protein som normalt hemmer p53 evne til å motvirke cellesyklus eller drepe cellen, er overuttrykt i flere kreftformer • defekter i DNA reparasjonsprosesser er ofte forbundet med økt kreftrisiko

26. kromosomabnormiteter, inkludert aneuploidi og translokasjoner resulterer ofte i dublisering av oncogener, f.eks. myc • kreftceller, kjønnsceller og stamceller, men sjelden differensierte celler, uttrykker telomerase som medvirker ved immortalisering