background image

C A N C E R

G E N E T I C S

ALEKSANDER L. SIEROŃ

KATEDRA I ZAKŁAD

BIOLOGII OGÓLNEJ MOLEKULARNEJ I GENETYKI

ŚLĄSKA AKADEMIA MEDYCZNA

*** KATOWICE 2006***

http://biolmolgen.slam.katowice.pl

background image

CYCLIN : Cdk

pRB : E2F

ppRB : E2F

E2F

ATP

pRB : E2F

ADP

PHASE G1

PHASE S

CYCLIN

Cdk

PHASE G1

PHASE S

REPAIRE OR

APOPTOSIS

background image

p53

p21

WAF1/CIP

CYCLIN : Cdk

pRB : E2F

ppRB : E2F

E2F

ATP

pRB : E2F

ADP

PHASE G1

PHASE S

CYCLIN

Cdk

PHASE G1

PHASE S

REPAIRE OR

APOPTOSIS

ERROR

background image

CYCLIN : Cdk

pRB : E2F

ppRB : E2F

E2F

ATP

pRB : E2F

ADP

PHASE G1

PHASE S

CYCLIN

Cdk

PHASE G1

PHASE S

REPAIRE OR

APOPTOSIS

IF LACK OF p53 ACTIVITY

background image

RECEPTOR

MITOCHONDRIAL

A P 

O P

 T O

 S I

 S

background image

T

R

A

N

S

M

E

M

B

R

A

N

E

 D

O

M

A

IN

EX

TR

AC

EL

LU

LA

R D

OM

AIN

C

Y

T

O

P

L

A

S

M

IC

 

D

O

M

A

IN

Complex

Complex

background image

Complex

Complex

E

X

T

R

A

C

E

L

L

U

L

A

R

 S

P

A

C

E

C

Y

T

O

P

L

A

S

M

background image

FasL

Extracellular

Domain

pro-Caspase-8

pro-Caspase-8

pro--Bid

cytochrome c

Caspase-9/cytochrome c

Executing Caspases & 
Other Substrates

Mitochondria

p15tBid

Fas/CD95

FADD

FADD

Cell Membrane

Receptor Pathway

Mitochondrial Pathway

background image

(Cys-Proteinases)

INFLAM

ATION

A P

 O P

 T O

 S I

 S

background image

pro--Bid

pro-Caspase-8

pro-Caspase-8

Cytochrome c

Caspase-9/cytochrome c

Executing Caspases & 
Other Substrates

Mitochondria

p15tBid

Extracellular
Domain

FasL

Fas/CD95

Cell Membrane

FADD

FADD

Caspase 8

Receptor Pathway

Mitochondrial Pathway

After Ligand Binding (e.g.: Fas)

background image

Execyting Caspases
& Other Substrates

Caspase 3

pro-Caspase-8

pro-Caspase-8

pro--Bid

Caspase 8

Cytochrome c

Caspase-9/cytochrome c

Mitochondria

p15tBid

Extracellular Domain

FasL

Fas/CD95

Cell Membrane

FADD

FADD

Receptor Pathway

Mitochondrial Pathway

background image

MUTATIONS

of

A P O P T O S IS

REGULATORS

DiSTU

rbaNc

e

T

ro

uG

h

&

CELL CYCLE

REGULATORS

background image

pro-Caspase-8

pro-Caspase-8

Extracellular
Domain

FasL

Fas/CD95

Cell Membrane

FADD

FADD

MUTATIONS 

INACTIVE

CASPASE 8

Executing Caspases & 
Other Substrates

Caspase 3

Cytochrome c

Caspase-9/cytochrome c

Mitochondria

p15tBid

Nucleus

B

cl

2

MUTATIONS 

INACTIVE

RECEPTORS

MUTATIONS INACTIVE LIGANDS

MUTATIONS 

INACTIVE

KINASES

=

???N

EOPL

AST

IC T

RAN

SFO

RMA

TIO

N???

background image

Blocking Apoptosis

(Eight known proteins in 2001)

background image

pro-Caspase-8

pro-Caspase-8

Extracellular
Domain

FasL

Fas/CD95

Błona komórkowa

FADD

FADD

Nucleus

B

cl

2

MUTATIONS 

INACTIVE

CASPASE 8

Executing Caspases & 
Other Substrates

Caspase 3

Cytochrome c

Caspase-9/Cytochrome c

p15tBid

Mitochondria

p53

B

ax

MUTATIONS 

INACTIVE

RECEPTORS

MUTATIONS INACTIVE LIGANDS

MUTATIONS 

INACTIVE

KINASES

background image

p53

p21

WAF1/CIP

CYCLIN : Cdk

pRB : E2F

ppRB : E2F

E2F

ATP

pRB : E2F

ADP

PHASE G1

PHASE S

CYCLIN

Cdk

PHASE G1

PHASE S

REPAIR OR

APOPTOSIS

background image

Induction of Apoptosis

(fourteen proteins known in 2001)

background image

pro-Caspase-8

pro-Caspase-8

Extracellular
Domain

FasL

Fas/CD95

Cell Membrane

FADD

FADD

Nucleus

B

cl

2

MUTATIONS 

INACTIVE

CASPASE 8

Mitochondria

p53

B

ax

MU

TA

TI

ON

S

M

U

T

A

T

IO

N

S

!!!N

EOP

LAS

TIC

 TR

AN

SFO

RM

ATI

ON

!!!

MU

TA

TIO

NS

background image

Complex

Complex

background image

E

X

T

R

A

C

E

L

L

U

L

A

R

C

Y

T

O

P

L

A

S

M

Complex

Complex

background image

(Wyniki mutacji)

NO

REKRUTATION

OF

DEATH

COMPLEX

NO

PROTEOLYTIC

ACTIVITY

background image

Mutations of Apoptosis Inducing Factors

***

***

***

***

***

***

background image

p53

p21

WAF1/CIP

CYCLIN : Cdk

pRB : E2F

ppRB : E2F

E2F

ATP

pRB : E2F

ADP

PHASE G1

PHASE S

CYCLIN

Cdk

PHASE G1

PHASE S

REPAIR OR

APOPTOSIS

MUTATIONS

U

N

CO

N

TR

O

LE

D

D

IV

IS

II

O

N

S

CU

M

U

LA

TI

O

N

O

M

U

TA

TI

O

N

S

background image

p53

p21

WAF1/CIP

CYCLIN : Cdk

pRB : E2F

ppRB : E2F

E2F

ATP

pRB : E2F

ADP

PHASE G1

PHASE S

CYCLIN

Cdk

PHASE G1

PHASE S

REPAIR OR

APOPTOSIS

MUTATIONS

U

N

CO

N

TR

O

LE

D

D

IV

IS

IO

N

S

CU

M

U

LA

TI

O

N

O

M

U

TA

TI

O

N

S

background image

p53

p21

WAF1/CIP

CYCLIN : Cdk

pRB : E2F

ppRB : E2F

E2F

ATP

pRB : E2F

ADP

PHASE G1

PHASE S

CYCLIN

Cdk

PHASE G1

PHASE S

REPAIR OR

APOPTOSIS

MUTATIONS

U

N

CO

N

TR

O

LE

D

D

IV

IS

IO

N

S

CU

M

U

LA

TI

O

N

O

M

U

TA

TI

O

N

S

background image

FEW

EXAMPLES

background image

Clasic

Medulloblastoma

Neuroblastic

Medulloblastoma

Desmoplastic

Medulloblastoma

CLASSIFICATION OF

MEDULLOBLASTOMAS

Krynska B., et al. 
(1999) PNAS, 
96:11519-24

background image

IMMUNOHISTOCHEMICAL DETECTION 

OF JCV T-ANTIGEN IN MEDULLOBLASTOMAS

Magnification x400 (A & 
B); x200 (C); x1000 
(inserts)

Arrowheads point to 
proliferating cells

Arrows indicate cells with 
JCV T-antigen

K

ry

ns

ka

B.

et

 a

l. 

(1

9

9

9

PN

A

S

9

6

:1

15

19

-2

4

background image

IMMUNOHISTOCHEMICAL ANALYSIS OF 

MEDULLOBLASTOMA MARKERS

GFAP

Magnifications x200 (D) & 
x400 (E i F).

Synaptophysin

ββββ

tubulin class III

K

ry

ns

ka

B.

et

 a

l. 

(1

9

9

9

PN

A

S

9

6

:1

15

19

-2

4

background image

1469

2533

VP

1

47

71

44

26

5

0

1

3

2603

T

1

7

3

 b

p

(4

3

0

3

-4

3

2

7

)

(4

2

5

5

-4

2

7

4

)

(4

40

8-

44

27

)

(2

03

9-

20

19

)

(1

8

4

8

-1

8

2

8

)

(1

89

1-

18

72

)

21

b

p

(27

97-2

776

)

(2600-2578)

(2668-26

63)

220 bp

PCR primers

Amplified DNA

Probe

JCV

0.6

0.7

0.8

0.9

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

(Mad-1)

5130 bp

Control Region

5130/0

44

95

2

7

7

4

9

2

5

2

6

88

3

1560

Ag

no

V

P

3

V

P

2

t

Krynska B., et al. 
(1999) PNAS, 
96:11519-24

JC VIRUS

GENOME

background image

PCR DETECTION OF JCV DNA

IN MEDULLOBLASTOMAS

Early coding region 

N-terminus of T-antigen

Early Coding Region, 

C-terminus of T-antigen

Late coding region of VP1 

capsid protein

Krynska B., et al. 
(1999) PNAS, 
96:11519-24

background image

Krynska B., et al. (1997) JCB, 67:223-30

T ANTIGEN & p53 COMPLEXES

background image

Krynska B., et al. (1997) JCB, 67:223-30

p21 EXPRESSION 

IN THE PRESENCE OF T-ANTIGEN

background image

K

ry

ns

ka

B.

et

 a

l. 

(1

9

9

7

J

C

B,

 6

7

:2

2

3

-3

0

EXPRESSION OF CYCLIN E, A, & CDK2

IN THE PRESENCE OF T-ANTIGEN

background image

K

ry

ns

ka

B.

et

 a

l. 

(1

9

9

7

J

C

B,

 6

7

:2

2

3

-3

0

EXPRESSION OF CYCLIN D, CDK4, & CDK6 

IN THE PRESENCE OF T-ANTIGEN

background image

INHIBITION OF APOPTOSIS BY p300 

REQUIRES PRESENCE OF CYCLIN D1

background image

COMPLEXES OF T-ANTIGEN & pRB

Krynska B., et al. (1997) JCB, 67:223-30

background image

EXPRESSION OF E2F & PCNA 

IN THE PRESENCE OF T-ANTIGEN

Krynska B., et al. (1997) JCB, 67:223-30

PCNA – Proliferation Cells Nuclear Antigen

background image

R

iz

zo

P.

et

 a

l. 

(2

0

0

1)

 C

an

ce

r

Bi

ol

2

1:

6

3

-7

1

SV40

GENOME

background image

PCR   A M P L I F I C A T I O N

Immuno
cyto

SV40

JCV

Age

chemistry

T-Ag

T-Ag

T-Ag

No.

Sex

years

Diagnosis

T-Ag

(C-term)

(N-term)

(C-term)

VP-1

1

M

5

Classic

N/A

-

+

-

+

2

M

7

Desmoplastic

N/A

+

+

+

+

3

M

6

Desmoplastic

N/A

-

+

-

+

4

M

4

Classic

N/A

-

+

+

+

5

M

5

Desmoplastic

N/A

-

+

-

+

6

F

11

Classic

N/A

+

+

-

+

7

M

2

Neuroblastic

N/A

-

+

+

+

8

M

1.5

Desmoplastic

-

-

+

-

+

9

F

4

Desmoplastic

-

-

+

+

+

10

M

15

Desmoplastic

+

+

+

-

-

11

F

42

Desmoplastic

-

-

+

-

-

12

M

7

Classic

-

-

+

+

+

13

F

18

Neuroblastic

-

-

+

-

+

14

F

8

Desmoplastic

-

-

+

-

+

15

M

7

Classic

+

-

+

+

+

16

M

9

Classic

-

+

+

+

+

17

F

3

Desmoplastic

+

-

+

+

+

18

F

9

Desmoplastic

-

-

-

+

+

19

M

5

Neuroblastic

+

-

+

+

+

20

F

2

Classic

-

-

-

+

+

21

M

Newborn

Classic

-

-

+

+

+

22

M

12

Classic

-

+

-

-

-

23

M

5

Neuroblastic

-

-

+

+

+

Krynska B., et al. 
(1999) PNAS, 
96:11519-24

SV

40

 & 

JC

V

T-

AN

TI

GE

NS

 

PR

ES

EN

T

IN

 AB

OU

T 2

2%

 CA

SE

S

background image

Table 2. SV40 DNA detection in human tumors: PCR based 
evidence

Tumor type 

Reference

Primer set (amplicon size bp) 

Positivity

%

rate

Pleural

Griffiths 

et al.

36 

SV.for3/SV.rev (105)

26/26

100

mesothelioma

SV.for2/SV.rev (574)

3/26

12

De Luca 

et al.

27

SV.for3/SV.rev (105)

30/35

86

Pass 

et al.

30

SV.for3/SV.rev (105)

30/42

71

Mayall

et al.

41

SV.for3/SV.rev (105)

5/7

71

Shivapurkar

et al.

44 SV.for3/SV.rev (105)

61/93

66

Carbone

et al.

16

SV.for3/SV.rev (105)

29/48

60

PYV.for/PYV.rev (172)

36/48

75

Procopio

et al.

54

PYV.for/PYV.rev (172)

50/83

60

Ramael

et al.

103

PYV.for/PYV.rev (172)

14/25

56

SV.for2/SV.rev (574)

Cristaudo

et al.

48

RA3/RA4 (482)

10/18

56

Galateau-Salle 

PYV.for/PYV.rev (172)

10/21

48

et al.

33

background image

Table 2. SV40 DNA detection in human tumors: PCR based 
evidence (cont. 1)

Tumor type 

Reference

Primer set (amplicon size bp) 

Positivity

%

rate

Pleural 

Dhaene

et al.

40

SV.for3/SV.rev (105)

13/28

46

mesothelioma

Pepper 

et al.

18

SV.for3/SV.rev (105)

4/9

44

PYV.for/SV.rev (172)

6/9

67

Strizzi

et al.

47

PYV.for/PYV.rev (172)

9/23

39

Mutti

et al.

100

SV.for3/SV.rev (105)

8/25

32

Strickler and 

SV.for3/SV.rev (105)

0/50

0

Goedert 23
Mulaterro

et al.

63

PYV.for/SV.rev (172)

0/12

0

Hirvonen

et al.

37

SV2for/SV.rev (576)

0/49

0

Emri

et al.

51

SV.for2/SV.rev (574)

0/29

0

background image

Table 2. SV40 DNA detection in human tumors: PCR based 
evidence (cont. 2)

Tumor type 

Reference

Primer set (amplicon size bp) 

Positivity

%

rate

Peritoneal 

Shivapurkar

et al.

44 SV.for3/SV.rev (105) 

6/11

55

mesotheliomas

Brochopulmonary

Galateau-Salle 

PYV.for/PYV.rev (172)

18/63

29

carcinomas 

et al.

33

Shivapurkar

et al.

44 SV.for3/SV.rev (105)

0/20

0

Procopio

et al.

34

PYV.for/SV.rev (172)

0/18

0

Carbone

et al.

16

SV.for3/SV.rev (105)

0/13

0

Pepper 

et al.

18

SV.for3/SV.rev (105)

0/9

0

SV.for3/SV.rev (105)

Choroid plexus 

Martini 

et al.

20

PYV.for/PYV.rev (172)

5/6

83

tumours

Bergsagel

et al.

14

SV.for3/SV.rev (105)

10/20

50

Huang 

et al.

39

SVTAGP1/SVTAGP3 (158)

6/16

38

Lednicky

et al.

106

LA1/LA2 (294)

10/13

77

Bergsagel

et al.

14

SV.for3/SV.rev (105)

10/20

50

Ependymomas

Bergsagel

et al.

14

SV.for3/SV.rev (105)

10/11

91

Lednicky

et al.

106

LA1/LA2 (294)

3/3

100

Martini 

et al.

20

PYV.for/PYV.rev (172)

8/11

73

background image

Table 2. SV40 DNA detection in human tumors: PCR based 
evidence (cont. 3)

Tumor type

Reference

Primer set 

Positivity

%

(amplicon size bp)

rate

Ependymomas

Weggen

et al.

53

SV.for3/SV.rev (105)

1/25

4

Bersagel

et al.

14

SV.for3/SV.rev (105)

7/11

64

Medulloblastomas

Lednicky

et al.

106

LA1/LA2 (294)

2/6

33

Huang 

et al.

39

SVTAGP1/SVTAGP3 (158)

5/17

29

Weggen

et al.

53

SV.for3/SV.rev (105)

2/116

2

Krynska

et al.

102

SV.for3/SV.rev (105)

5/23

22

Astrocytomas

Martini 

et al.

20

PYV.for/PYV.rev (172)

8/17

17

Huang 

et al.

39

SVTAGP1/SVTAGP3 (158)

22/50

44

Meningiomas

Martini 

et al.

20

PYV.for/PYV.rev (172)

1/7

14

Weggen

et al.

53

SV.for3/SV.rev (105)

1/131

1

Oligodendroglioma

Huang 

et al.

39 

SVTAGP1/SVTAGP3 (158) 

3/12

25

Martini 

et al.

20 

PYV.for/PYV.rev (172) 

0/9

0

Glioblastomas

Martini 

et al.

52 

PYV.for/PYV.rev (172) 

10/30

33

background image

Table 2. SV40 DNA detection in human tumors: PCR based 
evidence (cont. 4)

Tumor type

Reference

Primer set 

Positivity

%

(amplicon size bp) 

rate

Osteosarcomas

Lednicky

et al.

15  SV.for3/SV.rev (105) 

5/10

50

TA1/TA2 (441) 

5/10

50

Yamamoto 

et al.

50  R1/R2 

(315) 

21/54

39

Carbone

et al.

17 

SV.for2/SV.rev (574) 

40/126

32

Mendoza 

et al.

32  SV.for3/SV.rev (105) 

9/35

26

Other bone 

Carbone

et al.

17 

SV.for2/SV.rev (574) 

14/34

32

Tumours

Gamberi

et al.

46  PYV.for/SV.rev (172) 

30/107

28

SV.for2/SV.rev (574)

Papillary thyroid  Pacini

et al.

31 

SV.for3/SV.rev (105) 

3/69

4

carcinomas (PTC) 

LA1/LA2 (294)

Non-PTC thyroid  Pacini

et al.

31 

SV.for3/SV.rev (105) 

0/9

0

tumours

LA1/LA2 (294)

Non-Hodgkin’s 

Rizzo 

et al.

38 

V5/SV6  (172)

3/29

10

lymphomas 

Martini 

et al.

52 

PYV.for/PYV.rev (172) 

13/95

14

background image

Table 2. SV40 DNA detection in human tumors: PCR based 
evidence (cont. 5)

Tumor type

Reference

Primer set 

Positivity

%

(amplicon size bp) 

rate

Hodgkin’s 

Martini 

et al.

52 

PYV.for/PYV.rev(172) 

8/55

15

lymphomas

AIDS lymphoma 

Rizzo 

et al.

38 

SV5/SV6 (172) 

2/5

40

Prostatic tumours Radu

et al.

68 

SV.for3/SV.rev (105) 

4/33

12

background image

2948–2953,  PNAS, March 5, 2002, vol. 99, no. 5

Targeted point mutations of p53 lead to 

dominant-negative inhibition of wild-type 

p53 function

Annemieke de Vries* †‡ , Elsa R. 

Flores*, Barbara Miranda* † , Harn-Mei

Hsieh*, Conny Th. M. van Oostrom ‡ , 

Julien Sage*, and Tyler Jacks*

† Howard Hughes Medical Institute, 

Massachusetts Institute of Technology, 

Cambridge, MA

and ‡ National Institute of Public Health, 

Laboratory of Health Effects Research, 3720 BA 

Bilthoven, The Netherlands

background image

Mutation

Mutation

Mutation

Homologous recombination

ONE ALLELE MUTATION OF p53 GENE

de Vries A. et al. (2002) PNAS, 99:2948-53.

background image

EFFECT OF ONE ALLELE MUTATION OF p53 GENE

ON EMBRYONIC CELLS SURVIVAL

NORMAL/

WILDE  p53 GENE

ONE p53 ALLELE

INACTIVE

HETEROZYGOUS

p53 MUTATION

de Vries A. et al. 
(2002) PNAS, 99:2948-53.

TWO p53 ALLELES

INACTIVE

background image

p53 DEPENDENT APOPTOSIS

p53 INDEPENDENT

APOPTOSIS

EFFECT OF ONE ALLELE p53 GENE MUTATION

ON THYMUS CELLS SURVIVAL

d

e

 V

ri

e

s

A

e

a

l.

 

(2

0

0

2

PN

A

S

9

9

:2

9

4

8

-

5

3

.

background image

1–5, Nature GeneticsFEBRUARY 11, 2002, online publication

BRCA1 regulates the G2/M checkpoint by 

activating Chk1 kinase upon DNA damage

Ronit I. Yarden

1

, Sherly Prado-Reoyo

1

Magda Sgagias

2

, Kenneth H. Cowan

2

Lowrence C. Brody

1

1 Genome Technology Branch, National Human 

Genome Research Institute, National Institutes 

of Health, Bethesda, MD

2 Eppley Institute of Cancer Research, 

University of Nebraska Medical Center, NA

background image

DNA Damage

ATM/ATR

Chk1 –

A Regulatory Kinase

hCds1/Chk2

?

Cdc25C

Wee1

Kinase

Cdc2/cyclin B

G2

M

ATM, ATR and hCds1/Chk2
Are DNA Damage Response 
Proteins Changing 
BRCA phosphorylation

BRCA1

background image

DNA Damage

ATM/ATR

BRCA1

Chk1 -

A Regulatory Kinase

hCds1/Chk2

?

Cdc25C

Wee1

Kinase

Cdc2/cyclin B

G2

M

ATM, ATR and hCds1/Chk2
Are DNA Damage Response 
Proteins Changing 
BRCA phosphorylation

UNCONTROLED PROLIFERATION

LA

C

K

 O

F

 B

R

C

A

A

C

T

IV

IT

Y

background image

Lindenboim L., et al. Cell Death and
Differentiation (2005) 12, 713–723

Figure 6 A model depicting the
apoptotic effects of Bcl-xS in MEFs. 
Expression
of Bcl-xS in MEFs induces exposure
of NT of Bak, leading to its
activation. The
activated Bak can induce three
pathways: a major pathway leading to
cytochrome c release, which in turn
causes apoptosome activation and cell
death in a caspase-dependent manner; 
a second pathway, which leads to 
Apaf-
1- and caspase-9-independent cell
death; and a third pathway, which
induces the
exposure of Bax NT, both in a 
caspase-9-dependent and -
independent manner,
causing its activation. The first and
the second pathways contribute to the
death
process. The role of the third pathway
is not yet known.

background image
background image

Uncontroled divisions

Early Changes

Late Changes

CANCER       

Cancer In Situ

Malignant Form (Invasive)

Normal Epithelium

Precancer

Metastasis

Progresive Cumulation

of Gene Damage

CANCER TRANSFORMATION

LOS

S O

F SO

CIA

L CO

NTR

OL

(APO

PTO

SIS

)

background image

DNA repair disorders may 

complicate,

if the disorder causes the patient to be unusually 

sensitive to the therapy:

1. cancer chemotherapy 

&

2. radiation therapy 

MAJOR CONCLUSION

Cancer genetics

Cancer genetics

background image

THANK YOU

FOR YOUR ATTENTION