Prezentacja programu PowerPoint

Dotychczasowe metody analizy nie

pozwalają ocenić całościowo stanu komórki

Źródło:

Wykład B. Jarząb;

ttp://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

•

Geny funkcjonują w sieci wzajemnych zależności

•

Aktywacja genu w komórce jest równoznaczna z syntezą

odpowiedniego mRNA (transkryptu), na matrycy którego powstaje

białko

•

Wykrycie mRNA jest dowodem ekspresji genu, a liczba kopii mRNA

jest miarą ekspresji genu

•

Ekspresja genów zmienia się w odpowiedzi na sygnały zewnętrzne

i wewnętrzne

•

Tradycyjna biologia molekularna zakłada badanie jednego genu

w jednym doświadczeniu, co uniemożliwia uzyskanie obrazu

całościowego.

Nowy rozdział w biologii

molekularnej

Źródło: Wykład B. Jarząb;
http://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

•

Analiza northern-blotting

–

czuła, ale półilościowa

–

pracochłonna, tylko kilka genów równocześnie

•

Q-PCR (TaqMan)

–

ilościowa analiza metodą PCR w czasie rzeczywistym

–

drogie sondy, kilka-kilkanaście genów na raz

•

Differential Display

(porównanie ekspresji losowo namnożonych fragmentów RNA)

–

analizuje wiele genów

–

ryzyko wyników fałszywie dodatnich

•

Analiza dot blot (macroarrays)

–

ograniczona czułość

Wszystkie metody oparte są na hybrydyzacji badanego mRNA

z sondą o znanej sekwencji

•

SAGE (sekwencyjna analiza ekspresji genów)

–

czuła, analizuje wiele genów, również o nieznanej sekwencji

–

wymaga znacznych umiejętności technicznych

Jak dotychczas badano ekspresję genów?

Źródło: Wykład B. Jarząb;
http://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

Chcemy badać komórkę poprzez jednoczesną

analizę

stanu wszystkich jej elementów (genów lub białek)

GENOMIKA

PROTEOMIKA

„

TRANSKRYPTOMIKA”

geny (DNA)

transkrypty genów

(mRNA)

białka

Źródło:

Wykład B. Jarząb;

ttp://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

Od mRNA do cDNA

Komórki z różnych tkanek

mRNA wyizolowane

z komórek

klony cDNA otrzymane

z cząsteczek mRNA

Źródło:

Wykład B. Jarząb; h

ttp://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

Struktura mikromacierzy; określona liczba sond naniesionych

w sposób uporządkowany; badanie wielu genów równocześnie

GST mu

CYP1A1

Transferrin

Albumin

CYP3A



-Acid Glycoprotein

Amyloid A

CYP1A2

Źródło:

Wykład B. Jarząb; h

ttp://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

Źródło:
http://microarray.republika.pl/index.htm
l

Schemat badania

z wykorzystaniem mikromacierzy

biblioteka
klonów DNA

znalezienie
„plamek”

próbka

testowa

próbka

odniesienia

odwrotna

transkrypcja

znakowanie
barwnikiem

hybrydyzacj

pobudzenie

laser 1

laser 2

emisja

analiza

komputerowa

poziom ekspresji niezmieniony

poziom ekspresji podwyższony

poziom ekspresji obniżony

Cy5: ~650

Cy3: ~650

Znakowanie fluorochromem i

hybrydyzacja



po izolacji mRNA podlega odwrotnej

transkrypcji, w czasie której jest

znakowane fluorochromem



znakowana nić cDNA jest

hybrydyzowana do DNA

znajdującego się na mikromacierzy



detekcja sygnału fluoroscencyjnego

umożliwia ocenę obecności danego

transkryptu w pierwotnej próbce

Źródło:

Wykład B. Jarząb;

ttp://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

Macierze cDNA:

Porównawcza analiza ekspresji

genów

Zdrowa komórka

Nowotwór

cDNA z obydwu porównywanych

typów tkanek

nakujemy dwoma

różnymi fluorochromami

i hybry

dyzujemy wspólnie na jednej

sondzie

Cy5

Cy3

Źródło: Wykład B. Jarząb;

http://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/f

rame.htm

macierze

oligonukleotydowe

macierze cDNA

20-60 zasad/sekwencję

>100 zasad/sekwencję

syntetyzowane na

podłożu

nakładane na podłoże

wiele sekwencji/gen

1 sekwencja/gen

pojedyncze

znakowanie

podwójne znakowanie

pomiar bezwzględny

analiza porównawcza

Mikromacierze DNA: oligo czy cDNA?

Źródło:

Wykład B. Jarząb;

ttp://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

Technologia bioczujników DNA

GeneChip

bioczujnik

stacja

hybrydyzacji

skaner

oprogramowanie

do analizy danych

oprogramowanie

do analizy danych

Źródło:

Wykład B. Jarząb;

ttp://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

Źródło:
http://microarray.republika.pl/index.htm
l

Schemat badania

z wykorzystaniem mikromacierzy

biblioteka
klonów DNA

znalezienie
„plamek”

próbka

testowa

próbka

odniesienia

odwrotna

transkrypcja

znakowanie
barwnikiem

hybrydyzacj

pobudzenie

laser 1

laser 2

emisja

analiza

komputerowa

poziom ekspresji niezmieniony

poziom ekspresji podwyższony

poziom ekspresji obniżony

Cy5: ~650

Cy3: ~650

niska

wysoka

Różnice w ekspresji wybranej grupy genów między ostrą

białaczką szpikową (AML), a ostrą białaczką limfatyczną (ALL)

ALL

AML

ekspresja

Źródło: Wykład B. Jarząb;
http://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

Pozycja na chromosomie

Genomowe DNA

pacjenta

Genomowe DNA

referencyjne

Cot-1 DNA

addycja

delecja

Porównawcza hybrydyzacja genomowa

Comparative genome hybridization (CGH)

Źródło: B. Nowakowska; Z-d Genetyki IMiDz w Warszawie

Czułość metody HR-CGH

~ 3-

3. Rozdzielczość metody zależy od wielkości

użytych klonów oraz odległości miedzy nimi w

genomie –

rozdzielczość

wymaga użycia

3,500

klonów

2. Zwiększenie rozdzielczości poprzez zastąpienie

chromosomów metafazowych klonami

BAC

oraz

PAC

CGH do mikromacierzy

Rodzaje i zastosowanie CGH do

mikromacierzy

•

Mikromacierz skonstruowana dla określonego

regionu chromosomu

- region 1p36 - Yu W i wsp.,2003,

- region 15q – Locke i wsp.,2004,

- region 18q – Veltman JA i wsp., 2004,

- region 17p – Shaw CJ i wsp.,2004

•

Mikromacierz kliniczna, zawiera klony bakte-ryjne

specyficzne dla regionów krytycznych zespołów

genetycznych oraz regiony subtelo-merowe

(Cheung SW i wsp.,2005, Shaffer L i wsp., 1999)

•

Mikromacierz sporządzona dla całego

genomu

(Li Ji wsp.,2003, Cai WW i wsp.,2002 )

•

genotypowanie – np. porównawcza hybrydyzacja (matrix CGH),

detekcja mutacji, ocena polimorfizmów

•

mapowanie

•

badanie profilu ekspresji genów („transcriptomics”) – możliwa ocena

ilościowa!

–

różnice w ekspresji genów pomiędzy tkankami

–

profil ekspresji genów podczas rozwoju

–

ekspresja genów w zdrowiu i chorobie (np. porównanie nowotworu i

tkanki zdrowej)

–

wpływ leków na procesy zachodzące w komórkach

•

badanie profilu ekspresji przez analizę białek komórkowych

(proteomika)

Zastosowania mikromacierzy: początek

nowej ery w biologii molekularnej?

Źródło:

Wykład B. Jarząb; h

ttp://www.genomika.pl/prezentacje/technologia_pliki/frame.htm

genomow

DNA

mRNA

produkty

białkowe

białka

funkcjonal

system

biologicz

sekwencjonow

anie

profil

ekspresji

badania

struktury

profil

ilościowy

białek

mapa

sprzężeń

białek

(katalog)

mapa

sprzężeń

białek

(dynamiczna)

profil

aktywności

modyfikacje

post-

translacyjne;

zmiany

aktywności

lokalizacja

subkomórkowa

integracja

danych

symulacja

systemu

ekstra

wzbogacen

analiza

ilościowa (2DE)

trawienie

rozdział

spektrometryczn

a analiza mas

cząst.

spektrometryczn

a analiza mas

cząst.

identyfikac

analiza

ilościowa

Efekty HUPO

Identyfikacja kompleksu-1 w stwardnieniu guzowatym

jako fizjologicznie występującego substratu białkowej kinazy B

(PKB)

dzięki integracji danych z wykorzystaniem algorytmu ScanSite

tylko na podstawie metod elektroforetycznych z uwzględnieniem

ilości fragmentów sekwencji specyficznych dla PKB

Badania nad Neurokininą B (NKB)

w stanach przedrzucawkowych wzrost poziomu NKB

W badaniach cytotrofoblastu wzrost transkrypcji RZR alfa,

obniżona transkrypcja c-abl, CD40 oraz lekkiego łańcucha dyneiny

cytoplazmatycznej (genomika)

Obniżony poziom 21 białek NKB zależnych, związanych klinicznie

ze stanem przedrzucawkowym (m. in. thoredoxin – udział w

obronie przed stresem oksydacyjnym; annexin II –

wewnątrznaczyniowe procesy trombolityczne; białko wiążące

fosfanetanolaminę/inhibitor kinazy Raf – odpowiedź zapalna)

(proteomika)

Proteomika – badania

proteomu

Two dimensional polyacrylamide gel

electrophoresis – 2D PAGE

np. profile białkowe w różnicowaniu podtypów

białaczek

Elektroforeza w gradiencie pH (immobilized pH

gradient – IPG)

stabilizacja gradientu pH w podłożu

acrylamidowym

Spektrometria w oparciu o masę molekularną

białek

i ich fragmentów (mass spectrometry)

Proteomika – badania

proteomu

Badania układów białek z użyciem białek

rekombinowanych lub czynników (znaczników)

wchodzących w reakcje z białkami – przeciwciała,

peptydy, mikrocząsteczki

Lokalizacja białek metodami fluorescencyjnymi

GFP – green fluorescent protein

Fluorescencyjny rezonans przenoszenia energii

FRET – fluorescence resonance energy transfer

FlexGene Consortium - kolekcja cDNA

niezbędna dla celów identyfikacji białek;

http://www.hip.harvard.edu

Źródło: http://ww2.mcgill.ca/androgendb

Premature

termination

mutations, or 1-4 bp 

Aa substitution

mutations

Location of splicing and untranslated

mutations

Location of intron

mutations

ZESPÓŁ NIEWRAŻLIWOŚCI NA ANDROGENY

Mutacje genu receptora androgenowego

locus

symbol genu

Gen kandydujący

D15S519

D15S520

D10S192

CYP19

D17S934

HSD17B2

D9S1809

D1S514

D8S1821

CYP11A

CYP17

CYP19

HSD17B1

HSD17B2

HSD17B3

HSD3B1+2

STAR

Androgen receptor

CYP11A-cytochrome P450 side-chain cleavage enzyme

CYP17-cytochrome P450 17-hydroxylase/17,20-desmolase

CYP19-cytochromearomatase

17-hydroxysteroid dehydrogenase, type I

17-hydroxysteroid dehydrogenase, type II

17-hydroxysteroid dehydrogenase, type III

3-hydroxysteroid dehydrogenase, type I and II

Steroidogenic acute regulatory protein

< 1

Geny „kandydujące” w etiopatogenezie PCOS

wg : Urbanek i wsp., PNAS, 96, 8573, 1999

Lokalizacja

chromosomowa

w zakresie działania

hormonów steroidowych:

Xq11.2

15q23-24

10q24.3

15q21

17q11-21

16q24.2

9q22

1p31.1

8p11.2

locus

symbol genu

Gen kandydujący

D12S347

D2S2335

D3S1298

D5S474

D5S623

D5S822

D2S163

INHBA

D12S347

D2S2335

D3S1298

D5S474

D5S623

D5S822

ACTR1

ACTR2A

ACTR2B

INHA

INHBA

INHBB

INHC

SHBG

LHCGR

FSHR

MADH4

Activin receptor 1

Activin receptor 2A

Activin receptor 2B

Follistatin

Inhibin A

Inhibin  - A

Inhibin  - B

Inhibin C

Sex hormone binding globulin

Luteinizing hormone/choriogonadotropin receptor

Follicle-stimulating hormone receptor

Mothers against decapentaplegic homolog 4

< 1

< 2

< 0,5

< 1

< 2

< 1

Lokalizacja

chromosomowa

w zakresie działania gonadotropin:

12q13.12

2q22.2

3p22.2

5p14

2q33.34

7p13-15

2cen-2q13

12q13

17p13.2

2p21

18q21

Geny „kandydujące” w etiopatogenezie PCOS

wg : Urbanek i wsp., PNAS, 96, 8573, 1999

locus

symbol genu

Gen kandydujący

IGF1

IGF1R

D7S519

HphI site

INSR

D19S216
D19S905
D19S884
D19S922
D19S391
D19S865
D19S906
D19S840
D19S212
D19S410

IRS1

D3S1263

IGF1

IGF1R

IGFBPI1+3

INS VNTR

INSR
INSR
INSR
INSR
INSR
INSR
INSR
INSR
INSR

INSL3
INSL3

IRS1

PPARG

Insulin-like growth factor I

Insulin-like growth factor I receptor

Insulin-like growth factor binding protein 1 + 3

Insulin gene VNTR

Insulin receptor
Insulin receptor
Insulin receptor
Insulin receptor
Insulin receptor
Insulin receptor
Insulin receptor
Insulin receptor
Insulin receptor

Leydig insulin-like protein 3
Leydig insulin-like protein 3
Insulin receptor substrate 1

Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma

0
0
1
0
0

4.2

1.2
1.2
3.6
7.2

11
14

< 1
< 1

< 0.2

Lokalizacja

chromosomowa

w zakresie działania insuliny:

12q22-23
15q25-26

7p13-7p12

11p15.5
19p13.3
19p13.3
19p13.3
19p13.3
19p13.3
19p13.3
19p13.3
19p13.3
19p13.3
19p13.1
19p13.1
2q36-37

3p25-24.2

Geny „kandydujące” w etiopatogenezie PCOS

wg : Urbanek i wsp., PNAS, 96, 8573, 1999

locus

symbol

genu

Gen kandydujący

D18S564

D7S1875

D1S198

D2S131

D11S911

MC4R

OBR

POMC

UCP2 + 3

Melanocortin 4 receptor

Leptin

Leptin receptor

Pro-opiomelanocortin

Uncoupling protein 2 + 3

< 3

0.2

0.5

< 1

< 4

Lokalizacja

chromosomow

otyłość i regulacja energetyczna:

12q13.12

2q22.2

3p22.2

5p14

Geny „kandydujące” w etiopatogenezie PCOS

wg : Urbanek i wsp., PNAS, 96, 8573, 1999

Stosowane techniki badań polimorfizmów DNA

VNTR minisatellite - variable number tandem repeats

SSLP (STRP) - single sequence length polymorphism (short

tandem repeat polymorphism)

RFLP - restriction fragment length polymorphism

Geny kandydujące („kandydaci”)

analizowane w PCOS

gen

lokalizacja

marker

wartość P

follistatin

5p14

D5S474

D5S623

D5S822

0.8871

0.2437

0.1215

aromataz

15q21

CYP19

0.785

CYP17a

10q24.

D10S192

0.7663

receptor

insulinowy

19p13.3

D19S884

D19S922

0.006

0.2848

wg Tucci i wsp.: J. Clin. Endocrinol. Metab., 86, 446, 2001

Markery z najbliższego otoczenia genu dla INSR

w badaniach u pacjentek z PCOS

lokalizacja (cM)

marker

wartość P

20.0

23.0

25.2

26.4

27.1

27.2

0.891

0.092

0.150

0.116

0.785

0.475

0.750

0.006

0.561

0.178

D19S216

D19S869

INSR

D19S406

D19S567

D19S873

D19S905

D19S884

D19S912

D19S922

wg Tucci i wsp.: J. Clin. Endocrinol. Metab., 86, 446, 2001

Markery z najbliższego otoczenia genu dla INSR

w badaniach u pacjentek z PCOS

pter

cen

region 19p13.3

INSR

D19S1186

D19S905

Resistin

D19S1190

D19S1183

D19S912

D19S922

D19S884

M (mitoza);
MPF

punkt kontrolny G1/S

białka P53 (TP53);

PRB (P110) – gen RB1

zatrzymanie G1; reparacja
DNA

punkt kontrolny
G2/M

białka P53 (TP53);

PRB (P110) – gen
RB1

kontrola
kondensacji
i segregacji
materiału
genetycznego

Cykl komórkowy

fosforylacja

białek

fosforylacja

białek

Cykl komórkowy

P53 (17p13.1) - „strażnik genomu”

Wzrost poziomu w miarę starzenia się komórki –

zatrzymanie cyklu komórkowego

Zniesienie tego efektu przez onkogenne białka

wirusowe:

antygen T wirusa SV40

białko E1A adenowirusa

białka E6, E7 brodawczaka ludzkiego

Biologicznie czynny w postaci ufosforylowanego

homotetrameru;

Zachowuje się jak czynnik transkrypcyjny

W formie zmutowanej lub z ww. v-onc nieaktywne

heterotetramery

Regulatorem P53 jest MDM2 (12q13-14)

Cykl komórkowy

fosforylacja białek fazy S → synteza DNA

kinazy zależne od cyklu komórkowego (CDK)

cykliny (białka regulatorowe)

aktywacja (fosforylacja) kompleksu cyklina/CDK

przez kinazę CAK (cdk activating kinase; CDK7)

lub przez kinazy białkowe typu wee-1/mik-1

poprzedzająca ten proces aktywacja CAK przez cyklinę H

enzymy INK uniemożliwiające fosforylację kompleksu cyklina/CDK

lub prowadzące do dysocjacji kompleksu

Cykl komórkowy

Apoptoza

– w przebiegu prawidłowego rozwoju
– w prawidłowym obrocie komórki
– w atrofii indukowanej cytokinami np. przez

czynnik martwicy nowotworów (TNF – tumor

necrosis factor)

– w wirusowej indukcji procesu np. w AIDS
– w niektórych chorobach

neurodegeneracyjnych

jony wapniowe indukują apoptozę

(endonukleazy, tkankowa transglutaminaza)

jony cynku są inhibitorem apoptozy

Cykl komórkowy

Apoptoza

– kondensacja chromatyny
– rozpad jądra
– tworzenie pęcherzykowatych uwypukleń błony

jądrowej

– fragmentacja komórki na drobne ciałaka

apoptotyczne

utrata kwasów sjalowych – końcowych cukrów

w glikoproteinach i w glikolipidach błony

komórki apoptotycznej – komórki stają się

„smaczniejsze” dla makrofagów
receptory witronektynowe na powierzchni

komórki przyciągają makrofagi

Nowotwór

to:

•

niekontrolowany

rozplem

(namnażanie,

proliferacja)

populacji

komórek

przekraczający potrzeby organizmu

lub

•

zaburzenia równowagi między tempem

podziałów komórkowych, a szybkością

utraty komórek

albo

• zaburzenia procesów kontroli wzrostu,

różnicowania, dojrzewania, lokalizacji i

śmierci komórek organizmu

– cechy transformacji nowotworowej

Genom

30000 genów

20000 (?) genów

aktywnych w danym typie komórek

większość to geny metabolizmu podstawowego =

houssekeeping gene

replikacja i reparacja DNA; budowa organelli komórkowych i innych

struktur komórkowych i tkankowych

> 1000 genów

uczestnictwo w torach mutacyjnych

kontrola wzrostu, różnicowania, śmierci komórki;

replikacja i reparacja DNA; transmisja sygnałów;

aktywacja innych genów

Genotyp a nowotwór

Protoonkogeny (c-onkogeny)

- prawidłowe elementy genomu człowieka biorące udział w

przebiegających fizjologicznie procesach rozwojowych;

przykłady:



c-src – cytoplazmatyczna kinaza białkowa (fosforylacja aminokwasów w
obrębie określonych białek docelowych)



c-erbB – receptor naskórkowego czynnika wzrostu; aktywność tyrozynowej
kinazy białkowej)



Int-2 – związek z genem czynnika wzrostu fibroblastów



c-jun – czynnik transkrypcyjny regulujący ekspresję genów



c-ras – produkt wiąże GTP; istotne dla kaskady sygnałów z
powierzchniowych receptorów komórki do jądra

Onkogeny

- do ujawnienia potencjału onkogennego protoonkogenu

niezbędna jest jego aktywacja

- uszkodzenie onkogenu, jego niewłaściwa lub nadmierna

ekspresja może prowadzić do transformacji nowotworowej

Genotyp a nowotwór

Onkogeny

- do ujawnienia potencjału onkogennego protoonkogenu

niezbędna jest jego aktywacja

- wybrane mechanizmy:



mutacja punktowa (przykład: mutacje c-ras)



aktywacja poprzez łączenia strukturalne (przykład: c-

abl; bcr)



amplifikacja genu; także insercje



małe unikatowe chromosomy (double minutes) lub

regiony o wielu kopiach onkogenu w zatartej strukturze

chromosomu (HSR)



poddanie protoonkogenu kontroli bardziej aktywnego

promotora (np. retrowirusowego)



poddanie protoonkogenu kontroli sekwencji

wzmacniającej (np. translokacja c-myc z chromosomu 8

na 14 w pobliżu locus immmunoglobulin w chłoniaku

Burkitta)

Genotyp a nowotwór

Onkogeny

Wybrane onkogeny i ich funkcja

Nazwa onkogenu

Funkcja produktu onkogenu

src, yes, fgr, abl, fps, kit, sea,

ros

raf, mos

Kinaza białkowa

tyrozyny

seryny/treoniny

sis

int

Czynniki wzrostu

PDGF

FGF

erb-B

fms

erb-A

mas

Receptory czynników wzrostu

EGF

M-CSF

hormonu tarczycy

angiotenzyny

Ha-ras, Ki-ras, N-ras

Białka wiążące GTP

myb, myc, fos, jun, ets, rel, ski

Czynniki transkrypcyjne

bcl-2

Inne, np. białko błony

mitochondrialnej i jądrowej

Na podstawie: Badania molekularne i cytogenetyczne w medycynie. Red. J. Bal, PWN 1998

Genotyp a nowotwór

Geny supresorowe transformacji nowotworowej (antyonkogeny)

Gen

supresorow

Lokalizacja

chromosomo

Funkcja produktu genu

P53

17p13.1

czynnik transkrypcyjny, kontroler
prawidłowego przebiegu proliferacji,

„strażnik genomu”

RB1

13q14

kontroler prawidłowego przebiegu
proliferacji, czynnik transkrypcyjny,

APC

5q21

? (cząsteczka adhezyjna)

WT1

11p13

? (czynnik transkrypcyjny)

NF1

17q11

cytoplazmatyczne białko aktywujące
GTP

NF2

22q

białko cytoszkieletu

VHL

3p25

? (inhibitor elongacji transkrypcji)

MTS1

9p21

inhibitor kinazy CDK4 i 6

BRCA1

17q21

czynnik transkrypcyjny,

BRCA2

13q12-13

czynnik transkrypcyjny,

Na podstawie: Badania molekularne i cytogenetyczne w medycynie. Red. J. Bal, PWN 1998

Etapy karcinogenezy

Etap I

PRE –

INICJACJA

(inicjacja)

ekspozycja na

karcinogeny

chemiczne, fizyczne i

biologiczne

Etap II

INICJACJA

(promocja)

nagromadzenie

mutacji

prowadzących do

transformacji

Etap III

PROGRESJ

(progresja)

selekcja klonalna;

nabycie zdolności

przerzutowania

carcinoma

„in situ”

naprawa
DNA

apoptoz
a

Etapy karcinogenezy

Pre-inicjacja i inicjacja

(promocja)

Czynniki inicjujące:

(karcinogeny i

prokarcinogeny)

Czynniki wspierające:

(promotory i

kokarcinogeny)

Są samodzielnie rakotwórcze
Są mutagenami
Wiążą się kowalencyjnie z
DNA
Wystarczy pojedyncza
ekspozycja

Działanie zależne od dawki i
kumulatywne
Nie ma dawki progowej
Ekspozycja na karcinogen
musi poprzedzać działanie
promotora

Samodzielnie nie są
rakotwórcze
Nie wykazują działania
mutagennego
Nie wiążą się z DNA
Konieczna długotrwała,
powtarzana ekspozycja
Działanie odwracalne i
niekumulatywne
Istnieją dawki progowe
Ekspozycja musi być po
zadziałaniu karcinogenu

Na podstawie: Patofizjologia. Red. S. Maśliński, J. Ryżewski, PZWL 2000

Etapy karcinogenezy

INICJACJA

– nagromadzenie

mutacji

prowadzących

transformacji

– stała ekspozycja na karcinogeny i błędy naprawy

DNA

– błędy w procesie replikacji DNA (np. gen MST1 w

dziedzicznym raku jelita grubego - brak
identyfikacji źle sparowanych zasad)

– tory mutacyjne; różne znaczenie poszczególnych

mutacji; uszkodzenia genu P53 w ponad 50%
wszystkich

typów

komórek

nowotworowych

(odziedziczenie mutacji P53 to ryzyko zespołu Li-
Fraumeni przed 40 rż)

– skrócenie czasu transformacji, gdy jedna z mutacji

toru jest odziedziczona (np. gen RB i ryzyko
siatkówczaka)

– nieefektywna

apoptoza

lub

procesy

immunologiczne

Etapy karcinogenezy

WYBRANE ZMIANY TOWARZYSZĄCE

TRANSFORMACJI NOWOTWOROWEJ

– Zmiany w błonach komórkowych

Zwiększenie transportu metabolitów
Zwiększenie tworzenia pęcherzyków błonowych
Wzrost ruchliwości białek błonowych

– Zmiany adhezyjne

Zmniejszenie adhezji powierzchniowej
Nieprawidłowa organizacja filamentów aktynowych
Zanik zewnętrznych struktur fibronektynowych
Nadprodukcja aktywatora plazminogenu

– Zmiany we wzroście i podziałach komórek

Zmniejszenie zapotrzebowania na czynniki wzrostowe
Nabycie

zdolności

nieograniczonej

proliferacji

(nieśmiertelność)

Nabycie zdolności do wzrostu w zawiesinie

Tor mutacyjny prowadzący do raka jelita grubego

nabłone

hiperplaz

nabłonka

wczesny

gruczola

pośredni

gruczola

późny

gruczola

przerzut

y raka

rak

utrata

APC

12p

aktywac

Ki-RAS

18q

utrata

DCC

17p

utrata

P53

Inne

zmiany

hipometylacj

a DNA

Etapy karcinogenezy

Guz nowotworowy stanowi jednak często

strukturę złożoną (heterogenną) z komórek

różnego

pochodzenia,

prawidłowych

stransformowanych (pleoclonal origin):

– zdolnych lub niezdolnych do podziału;

– proliferujących (clonogenic and stem

cells);

wznowy po leczeniu, hodowla „in vitro”,

retransplantacja

–

hybryd komórek

Angiogenez
a

VEGF, TAF, EAF,

cytokiny, kolagenazy,

proteazy i szereg

innych

VEGF – vascular endothelial

growth factor
TAF – tumor angiogenesis factor
EAF – epithelial angiogenesis

factor

Carcinoma

„in situ”

Rozrost

nowotworo

unaczynion

Etapy karcinogenezy

PROGRESJA

– selekcja klonalna; nabycie zdolności do

przerzutowania

– angiogeneza,; substancje odżywcze; przewaga

namnażania nad śmiercią komórek

– pogłębiająca się niestabilność genomu; wzrost

liczby mutacji; specyficzne dla typu nowotworu i
niespecyficzne aberracje chromosomowe

– penetracja

naczyń

krwionośnych

i/lub

limfatycznych

– w klonach zyskujących przewagę aktywacja genów

ułatwiających szybki wzrost i tworzenie nacieków
inwazyjnych

– poza zaburzeniami proliferacji także zaburzenia

adhezji
z aktywacją enzymów proteolitycznych (np.
kolagenazy IV)

Etapy karcinogenezy

PRZERZUTOWANIE

– Enzymy

aktywatory plazminogenu; plazmina;

rozpuszczanie fibryny i fibrynogenu
metaloproteinazy, katepsyny, glikozydazy trawiące

proteoglikany, różne typy kolagenu (zwłaszcza

kolagenaza IV), elastynę, fibronektynę

zaburzenia krzepnięcia z aktywacją płytek;
mediatory; penetracja komórek do naczyń;
przerzuty

– Adhezyny

integryny, nadrodzina Ig, kaderyny-E, slektyny;
zaburzenia przylegania do macierzy komórkowej
(ECM-extracellular matrix) i oddziaływań
międzykomórkowych

Etapy karcinogenezy

PRZERZUTOWANIE

– Zaangażowane geny:

rodzina genów NM23; niższe poziomy białek

NM23

– większa inwazyjność; kodowanie

kinazy

NDP

– forylacja GDP do GTP

gen dla kadheryny-E (uwomoruliny) – białko
łączące fragmenty aktynowe cytoszkieletu

geny dla

receptorów laminin, integryn

i cząsteczki

CD44

w zakresie prawidłowego funkcjonowania

ECM; CD44 – transmembranowy glikoproteid na
powierzchni limfocytów, fibroblastów, komórek
nabłonka – oddziaływania komórka/komórka i
komórka/ECM - duża zmienność CD44 poprzez
potranslacyjną modyfikację lub alternatywne
składanie genu

1
4

t(8;14)
(q24;q32)

chr
14

chr 8

ekson

t(8;14)

IgH-
MYC

IgH

c-
MYC

Aberracje chromosomowe w etiopatogenezie

nowotworów

Chłoniak
Burkitt’a

myelocytomatosis

oncogene1

chr 9

chr 22

chr
9

chr
22

ABL

BCR

ABL-
BCR

t(9;2
2)

9q34
.1

chromosom filadelfia (Ph’)

Abelson murine leukemia

viral oncogene homolog 1

break point cluster

region

22q1
1

Aberracje chromosomowe w etiopatogenezie

nowotworów

CML –
przewlekła
białaczka
szpikowa

Przykłady swoistych aberracji chromosomowych w

komórkach nowotworowych układu

krwiotwórczego

Choroba

Rodzaj aberracji

chromosomowej

Zaangażowa

ne geny

Ostra białaczka
limfoblastyczna (ALL)

t(1;19)(q23;p13)
t(4;11)(q21;q23)

PBX; EZA
AF4; MLL

Ostra białaczka szpikowa
(AML)
M2
M3
M4
M5

t(8;21)(q22;q22)
t(15;17)(q22;q11-21)
inv(16)(p13q22)
t(9;11)(p21;q23)

ETO; AML1
PML; RARA
MYH11
AF9;MLL

Mielodysplazja (MDS)

del(5q),-
7,+8,del(20q),-Y

Chłoniak złośliwy

t(14;18)(q32;q21)

BCL2

Na podstawie: Badania molekularne i cytogenetyczne w medycynie. Red. J. Bal, PWN 1998

Przykłady aberracji chromosomowych typowych

dla komórek niektórych rodzajów złośliwych

guzów nowotworowych

Rodzaj nowotworu

Typ aberracji

chromosomowej

Geny fuzyjne

powstałe w

wyniku

translokacji

Tłuszczakomięsak śluzowaty

(liposarcoma myxoides)

t(12;16)

(q13.3;p11.2)

CHOP-TLS (FUS)

Tłuszczakomięsak

wysokozróżnicowany

+r(12)

Mięśniakomięsak prążkowano-

komórkowy pęcherzykowy

(rhabdomyosarcoma alveolare)

t(2;13)(q35-37;p14)

t(1;13)(p36;p14)

PAX3-FKHR

PAX7-FKHR

Mięsak jasnokomórkowy (sarcoma

clarocellulare)

t(12;22)(q13;q12)

ATF1-EWS

złośliwy włóniak histiocytarny

(fibrohistiocytoma malignum)

add(19)

(p13),r,tas,hsr,dic,d

min

Włókniakomięsak dziecięcy

+8,+11,+17,+20

Maziówczak złośliwy (synovioma

malignum)

t(X;18)(p11.2;q11.2) SSX1, SSX2-SYT

Guz Ewinga, PNET – prymitywne

nowotwory neuroektodermalne

t(11;22)(q24;q12)

FLI1-EWS

Pozaszkieletowy chrzęstniako-

mięsak śluzowaty

t(9;22)(q22;q12)

TEC-EWS

Drobnokomórkowy desmoplastyczny

guz dziecięcy jamy brzusznej

t(11;22)(p13;q12)

WT1-EWS

Na podstawie: Badania molekularne i cytogenetyczne w medycynie. Red. J. Bal, PWN 1998

Document Outline