Genetyka nowotworów

Istota nowotworzenia



W normalnych warunkach w organizmie istnieje
ścisła równowaga pomiędzy tempem podziałów
komórkowych a utratą komórek



W komórkach nowotworowych dochodzi do
zachwiania tej równowagi



Mniejsza liczba komórek ginie niż przybywa w
wyniku podziałów mitotycznych



Wzmożona

proliferacja

skutkuje

dużą

niestabilnością  genetyczną  ,  utratą  zdolności  do
różnicowania,  nabyciem  zdolności  do  naciekania
(migracji),  oraz  kolonizacji  (inwazji)  obszarów
normalnie zajmowanych przez inne rodzaje komórek

Cykl komórkowy

Cykl komórkowy (cykl podziału komórki)

seria

zdarzeń

zachodzących

komórce

eukariotycznej, prowadzących do jej podziału.

Ogólnie zdarzenia te można podzielić na 2

okresy:



interfazę -

w trakcie której komórka wzrasta i

gromadzi składniki odżywcze niezbędne do mitozy i
podziału swojego materiału genetycznego (DNA)



fazę mitotyczną (M) -

podczas której komórka

dzieli się na 2 oddzielne komórki, zwane komórkami
potomnymi.

Cykl komórkowy

Etapy cyklu komórkowego:



Interfaza



Mitoza

lub

Mejoza

Diagram nie odzwierciedla stosunków czasu

trwania poszczególnych faz.

Źródło:

http://www.naukowy.pl/encyklopedia/Cykl_kom%C3%B3rkowy

, zmieniony

Cykl komórkowy

Znaczenie cyklu komórkowego:



umożliwia jednokomórkowej zygocie rozwinąć się w dojrzały
organizm



dzięki niemu skóra, włosy, komórki krwi i niektóre inne
narządy wewnętrzne mają możliwość regeneracji

Fazy cyklu komórkowego:

Cykl komórkowy składa się z 4 oddzielnych faz: fazy G

, fazy

S, fazy G

(zwanych łącznie interfazą) oraz fazy M.

Faza  M  składa  się  z  kolei  z  2  ściśle  połączonych  ze  sobą
procesów:  mitozy,  w  czasie  której  chromosomy  komórki
zostają  rozdzielone  pomiędzy  2  przyszłe  komórki  potomne  i
cytokinezy, w czasie której dochodzi do podziału cytoplazmy z
uformowaniem odrębnych komórek.

Cykl komórkowy

Aktywacja kolejnej fazy jest zależna od właściwego

postępu i ukończenia poprzedzającej ją fazy.

Komórka, która czasowo i w sposób odwracalny

zatrzymała swoje podziały, to komórka w fazie
spoczynkowej, zwanej fazą G

FAZA M



faza M jest dość krótka, trwa około 1 godzinę



następuje w niej podział komórki (mitoza,

ewentualnie mejoza)



obejmuje podział jądra (kariokinezę) i podział

cytoplazmy (cytokinezę)

Cykl komórkowy

INTERFAZA

Po fazie M każda z komórek potomnych zaczyna interfazę

nowego cyklu komórkowego.

FAZA G

(G – ang. gap – przerwa)



pierwsza faza interfazy



zaczyna się od końca fazy M poprzedniego cyklu i trwa
do początku syntezy DNA (fazy S)



podjęcie na nowo zwolnionych w fazie M procesów
biosyntezy w komórce



synteza różnych enzymów potrzebnych głównie do
replikacji DNA w fazie S



czas trwania fazy G

jest znacznie zróżnicowany, trwa od

kilku do kilkunastu godzin

Cykl komórkowy

FAZA S (ang. synthesis – synteza)



rozpoczyna się wraz z rozpoczęciem syntezy DNA



po jej zakończeniu wszystkie chromosomy są
zreplikowane, tzn. każdy chromosom ma 2
siostrzane chromatydy



ilość DNA w komórce zostaje podwojona, mimo że
ploidalność komórki pozostaje ta sama



tempo syntezy RNA i białek w tej fazie jest niskie



produkcja histonów



czas trwania tej fazy jest zazwyczaj względnie
stały w komórkach tego samego gatunku, u
ssaków trwa około 7 godzin

Cykl komórkowy

FAZA G



trwa od zakończenia replikacji DNA do
rozpoczęcia mitozy



ponownie znacząco zwiększa się synteza białek,
głównie tubuliny, celem wytworzenia mikrotubul
–

składnika

wrzeciona

podziałowego

niezbędnego w procesie mitozy

FAZA G



faza postmitotyczna, dotyczy komórek w fazie
spoczynku, jak i komórek starzejących się

Cykl komórkowy

FAZA G



niedzielące się komórki u organizmów eukariotycznych
generalnie wchodzą w fazę G

z fazy G

i mogą pozostawać

w tej fazie spoczynkowej przez długi okres, możliwe że i na
zawsze (np. neurony)



starzenie  się  komórki  jest  stanem,  który  występuje  w
odpowiedzi  na  uszkodzenie  lub  zniszczenie  DNA,  które
mogłoby  uczynić  potomstwo  komórki  niezdolnym  do  życia.
Jest

często

biochemiczna

alternatywa

dla

samozniszczenia tak uszkodzonej komórki przez apoptozę



niektóre typy komórek w dojrzałym organizmie, np. komórki
miąższowe wątroby i nerek, wchodzą w fazę G

w sposób na

wpół trwały i mogą zostać pobudzone do ponownych
podziałów w bardzo szczególnych okolicznościach



inne komórki, np. komórki nabłonkowe, kontynuują dzielenie
się przez okres całego życia organizmu

Regulacja cyklu komórkowego



Nadzór nad prawidłowym przebiegiem cyklu jest
wynikiem istnienia wielu punktów kontrolnych (tzw.
checkpoints).



Szczególne znaczenie mają 2 punkty – noszą one
nazwę punktów przejścia (punktów restrykcyjnych).
Znajdują się one na granicy faz G1 i S oraz G2 i M.



Przebieg

cyklu

komórkowego

może

zostać

zatrzymany zarówno w punktach kontrolnych, jak i
restrykcyjnych. Przejście przez punkt kontrolny nie
oznacza wejścia w kolejną fazę cyklu, ale przejście
przez punkt restrykcyjny oznacza bezwzględne
rozpoczęcie kolejnej fazy cyklu komórkowego.

Regulacja cyklu komórkowego



Wykrycie nieprawidłowości powoduje zatrzymanie cyklu
w  danej  fazie  i  próbę  naprawy.  Jeśli  defekty  okażą  się
zbyt  poważne,  dochodzi  do  uruchomienia  procesów
apoptozy.  Jednak  jeśli  z  jakiegoś  powodu  nie  nastąpi
uruchomienie

procesów

programowanej

śmierci,

komórka wejdzie w kolejną fazę cyklu komórkowego z
uszkodzeniami. Grozi to pojawieniem się mutacji w
materiale genetycznym i jest zwykle pierwszym krokiem
w kierunku powstania komórki nowotworowej.



W  regulacji  cyklu  komórkowego  istotną  rolę  odgrywają
produkty białkowe dwóch genów supresorowych:  TP53 i
RB1.  Białka  te  kontrolują  bezpośrednio  oba  punkty
restrykcyjne

cyklu

komórkowego.

Są

więc

odpowiedzialne za przejście komórki do fazy syntezy
DNA i fazy podziału.

Białko TP53



Gen TP53 (tumor protein 53) jest zlokalizowany w
chromosomie 17p13.1.



Składa się z 11 eksonów, pierwszy ekson jest niekodujący.



Większość  mutacji  genu  występuje  w  obrębie  tzw.
regionów  o  wysokiej  homologii  międzygatunkowej  HCD
(jest  ich  5).  Są  to  głównie  mutacje  punktowe  lub  delecje
fragmentu  genu.  Występują  głównie  w  eksonach  5-8.  W
obszarach  HCD  można  wyróżnić  ponadto  4-5  tzw.
gorących  miejsc  (hot  spot  region  –  HSR),  w  których
najczęściej dochodzi do mutacji.



Gen TP53 jest najczęściej zmienionym genem w
nowotworach człowieka.



Produktem tego genu jest białko TP53 zbudowane z 393
aminokwasów.

Białko TP53



Białko  TP53  jest  czynnikiem  transkrypcyjnym  dla  ponad
30  różnych  genów,  również  dla  hamujących  cykl
komórkowy  (hamuje  kinazy  CDK,  aktywuje  białko  RB),
uczestniczących  w  systemach  naprawy  DNA  (np.  białko
GADD45), a także w procesach apoptozy (np. białko BAX –
indukuje apoptozę).



Biologicznie

aktywną

formą

białka

TP53

jest

ufosforylowany  homotetramer  i  w  tej  postaci  jest  ono
głównym  regulatorem  cyklu  komórkowego.  Spełnia  ono
rolę  sensora  stresu  w  komórce.  Jest  sensorem  uszkodzeń
w DNA, dlatego nazywane jest „strażnikiem genomu”.



Regulatorem  funkcji  białka  TP53  jest  białko  MDM2.
reguluje  ono  stężenie  wolnego  TP53,  tworząc  z  nim
kompleks  i  tym  samym  uniemożliwiając  oddziaływanie  z
DNA, a więc aktywację TP53-zależnych genów.

Białko TP53



Mechanizm  działania  białka  TP53  w punkcie restrykcyjnym G1/S: w
cytoplazmie rośnie ilość białka TP53, w przypadku  uszkodzeń DNA
białko to zaczyna przedostawać się do jądra komórkowego, indukuje
ekspresję  genu  p21

Cip

, którego produkt jest inhibitorem kinaz, co

prowadzi  do  zatrzymania  cyklu  komórkowego.  Jednocześnie  białko
TP53  aktywuje  geny  systemów  naprawy  DNA.  Jeśli  uszkodzenia
zostaną naprawione, blok zostanie zwolniony i cykl komórkowy jest
wznawiany.  W  przypadku  braku  możliwości  naprawy  uszkodzeń
białko TP53 aktywuje geny apoptozy.



Mechanizm działania białka TP53 w punkcie restrykcyjnym G2/M: w
przypadku  poreplikacyjnych  uszkodzeń  DNA  stężenie  białka  TP53
rośnie. Hamuje to transkrypcję genu cykliny B, co skutkuje brakiem
możliwości  tworzenia  kompleksu  kinaza  CDC2/cyklina  B.  Dochodzi
do indukcji kinaz ATM i ATR, które aktywują kinazy z rodziny CHEK.
Represja  transkrypcji  genu  cykliny  B  i  brak  defosforylacji  kinazy
CDC2 prowadzą do zahamowania cyklu komórkowego.

Białko TP53

Skutki mutacji genu TP53:



Obniżenie poziomu prawidłowego białka TP53
prowadzi do przedwczesnego zwolnienia bloku
proliferacyjnego.



Rozpoczyna się runda replikacji DNA.



W przypadku niezakończenia procesu naprawy
uszkodzonego DNA w komórce pojawiają się
mutacje.



Utrata kontroli nad proliferacją komórki powoduje
gromadzenie

się

komórek

genetycznie

niestabilnych.



Efektem jest szybka selekcja stransformowanych
nowotworowo komórek.

Białko RB1



Należy do rodziny białek transportujących (białek
kieszeniowych) – wiążą inne białka za pomocą tzw.
kieszeni.



Gen RB1 ma wielkość około 180 kpz, zlokalizowany jest w
chromosomie 13q14. Składa się z 27 eksonów. W
genomie występuje w pojedynczej kopii. Koduje białko o
wielkości 928 aminokwasów.



Mutacje występują głównie w eksonach 13-17, 24 i 27.
Większość to mutacje nonsensowne i przesunięcia ramki
odczytu, prowadzące do przedwczesnej terminacji białka.



Białko RB1 reguluje przejście przez punkty restrykcyjne
G1/S i G2/M. Regulacja wynika ze zdolności do wiązania i
uwalniania

białek

będących

regulatorami

cyklu

komórkowego.

Białko RB1



Represja transkrypcji następuje po utworzeniu kompleksu
pRB/E2F/DP/HDAC (E2F – rodzina czynników transkrypcyjnych;
DP – białka stabilizujące; HDAC – rodzina deacetylaz
histonowych).



Związanie

HDAC

prowadzi

wzrostu

upakowania

chromatyny i czyni ją niedostępną dla czynników
transkrypcyjnych.



Głównym mechanizmem odpowiedzialnym za tworzenie i
destrukcję kompleksu jest proces fosforylacji białka RB, która
jest dokonywana przez kompleksy kinaza CDK/cyklina. W
fazie G1 jest to kompleks CDK4 lub 6/cyklina D, w późnej fazie
G1 kompleks CDK2/cyklina E, w fazie S CDK2/cyklina A.



Przy wejściu w fazę G1 białko RB zostaje częściowo
zdefosforylowane i w tej postaci ma ono zdolność do
tworzenia kompleksu z E2F i HDAC.

Białko RB1



Fosforylacja końca C RB1 pod koniec fazy G1
powoduje

uwalnianie

czynników

transkrypcyjnych E2F i HDAC, które aktywują
odpowiednie geny odpowiedzialne za zwolnienie
bloku G1/S i rozpoczęcie syntezy DNA.



Przez całą fazę S i G2 białko RB1 pozostaje w
pełni ufosforylowane.



Pod koniec fazy G2 aż do anafazy fazy M białko
RB1 ulega częściowej defosforylacji, co prowadzi
do tworzenia komleksu RB1/E2F/DP/HDAC. W tej
postaci kompleks utrzymuje się aż do fazy G1.



Cykl rozpoczyna się od nowa.

Etapy karcynogenezy

Przekształcenie się komórki prawidłowej w nowotworową

nazywamy

transformacją

nowotworową

(karcynogenezą)

Etapy transformacji nowotworowej:

Preinicjacja

– ekspozycja na karcynogeny fizyczne (np.

promieniowanie jonizujące), chemiczne, biologiczne
(głównie

wirusy,

toksyny

bakteryjne,

toksyny

pasożytów,  zaburzenia  hormonalne,  np.  nadmiar
estrogenów).  Trwa  całe  życie.  Podatność  zależy  od
osobniczej  zmienności  genetycznej,  głównie  od
polimorfizmu

genów

kodujących

systemy

detoksykacyjne (np. geny oporności wielolekowej –
MDR) oraz genów kodujących systemy naprawcze (jeśli
już dojdzie do uszkodzenia materiału genetycznego).

Etapy karcynogenezy

Inicjacja:



Rozpoczyna się, gdy wystąpi pierwsza mutacja.



Kolejne

mutacje

mogą

być

następstwem

pierwszej, mogą też powstawać spontanicznie.



Ich gromadzeniu sprzyja ciągła ekspozycja na
kancerogeny.



Mutacje odpowiedzialne za przejście komórki
prawidłowej

nowotworową

tworzą

tor

mutacyjny



Nagromadzenie mutacji prowadzi do transformacji
nowotworowej.



Etap inicjacji trwa od kilku do 20-30 lat.

Etapy karcynogenezy

Promocja:



Dochodzi

niej,

gdy

zawiodą

wszystkie

mechanizmy

zabezpieczające komórkę.



Wzrost aktywności mitotycznej.



Narastanie mutacji.



Zmiany strukturalne w chromosomach – translokacje, delecje,
duplikacje, inwersje. Możliwe zmiany liczby chromosomów –
aneuploidie.



Powstawanie subklonów komórek nowotworowych, często nie
wykazujących podobieństwa do komórek, z których się wywodzą.
Większość jest eliminowana na drodze presji selekcyjnej.



Powstaje ograniczony rozrost nowotworowy – nowotwór in situ
(

Carcinoma in situ

), złożony z kilku subklonów komórek i liczący 10

komórek. Otaczają one naczynie krwionośne, które dostarcza

substancji odżywczych.



Na tym etapie guz nie wytwarza jeszcze naczyń krwionośnych,
nabywa jednak zdolności do migracji.



Etap trwa zwykle poniżej kilku lat.

Etapy karcynogenezy

Progresja:



Etap ten rozpoczyna się w momencie
inicjacji neoangiogenezy.



Narastają zmiany w genomie.



Trwa presja selekcyjna. Prowadzi ona do
powstania

klonów

komórek,

które

nabywają

zdolności

swobodnej

migracji i przemieszczania się w inne
regiony organizmu – zdolność do
przerzutowania.



Trwa od kilku miesięcy do kilku lat.

Onkogeny



W organizmie większość komórek znajduje się
w fazie spoczynkowej – w fazie G0 cyklu
komórkowego.



Komórki

poddane

działaniu

czynników

stymulujących je do wzrostu wchodzą w cykl
podziałowy.



Proliferacją steruje klasa genów zwanych

protoonkogenami



Dotychczas

opisano

ponad

500

protoonkogenów.



Białka

kodowane

przez

protoonkogeny

dzielimy na 3 grupy.

Onkogeny

Klasy białek kodowane przez protoonkogeny:



Białka regulatory cyklu komórkowego

– czynniki

wzrostu (np. PDGF, FGF), receptory dla tych
czynników,

kinazy

białkowe

tyrozyny

seryny/treoniny, białka wiążące GTP, czynniki
transkrypcyjne.



Białka uczestniczące w procesie apoptozy

– białka

błony mitochondrialnej i jądrowej (kodowane przez
geny

BCL-2

BAX),

białka

błonowe

zewnątrzkomórkowe i ich ligandy (kodowane przez
geny FAS/APO1 i FAS L).



Różne inne białka

, np. białka tworzące kanały

jonowe.

Onkogeny



Mutacje protoonkogenów prowadzą do powstania

onkogenu



Onkogeny to zmutowane/ zmienione protoonkogeny.



Mutacja protoonkogenu prowadzi do zaburzeń w transmisji
sygnałów wzrostu.



Najczęściej

zmutowanym

onkogenem

komórkach

nowotworowych jest

RAS

. Jest to grupa 3 genów (Ha-RAS, Ki-

RAS  i  N-RAS),  każdy  umiejscowiony  jest  w  innym
chromosomie  i  koduje  białko  p21  o  aktywności  kinazy
białkowej.  Białko  to  przenosi  sygnał  z  błony  komórkowej  do
wnętrza  komórki  i  zapoczątkowuje  kaskadę  fosforylacji.
Prowadzi  to  do  aktywacji  genów  kodujących  czynniki
transkrypcyjne,  np.  MYC,  MYB,  FOS  czy  JUN.  Konsekwencją
jest  aktywacja  czynników  transkrypcyjnych,  które  z  kolei
uruchamiają  geny,  których  produkty  odpowiadają  za  proces
proliferacji i różnicowania komórek.

Onkogeny



Cechą charakterystyczną komórek nowotworowych
jest zdolność do dzielenia się bez ograniczeń.



Komórki nowotworowe są albo poddane stałej
stymulacji przez czynniki wzrostu albo utraciły
kontrolę nad procesem przekazywania sygnałów do
wzrostu.



Jest to efekt mutacji protoonkogenów. Mutacje te
prowadzą

niekontrolowanej

aktywacji

protoonkogenów.



Skutkiem jest stymulacja proliferacji, niezależnie od
sygnałów docierających do komórki z jej otoczenia.

Geny supresorowe



Komórki nowotworowe cechują się utratą zdolności do
rozpoznawania sygnałów antywzrostowych.



Produkty genów supresorowych mają za zadanie
powstrzymywać komórki przed proliferacją i utrzymywać
je w fazie spoczynkowej cyklu komórkowego, a tym
samym zapobiegać transformacji nowotworowej.



Opisano ponad 30 genów supresorowych.



W nowotworach obserwuje się zniesienie funkcji obu alleli
genu  supresorowego.  Jedna  z  kopii  zostaje  uszkodzona
np.  w  drodze  mutacji  punktowej,  druga  wskutek  utraty
regionu  genomu,  w  którym  znajduje  się  dany  gen
supresorowy – tzw. utrata heterozygotyczności (LOH).



Utrata aktywności supresorowej prawie zawsze prowadzi
do transformacji nowotworowej.

Geny supresorowe



Produkty  genów  supresorowych  pełnią  w  prawidłowej
komórce    podstawowe  funkcje,  np.  są  elementami
struktur  komórkowych,  odpowiadają  za  kontakty
międzykomórkowe,

są

inhibitorami

aktywacji

(fosforylacji) białek, kontorlują przebieg cyklu
komórkowego i różnicowania.



Do genów supresorowych należą m.in.:



TP53 (czynnik

transkrypcyjny, kontroler prawidłowej

proliferacji, „strażnik genomu”),



RB1 (czynnik transkrypcyjny, kontroler proliferacji),



BRCA1 (aktywator transkrypcji, element systemu naprawy
dwuniciowych pęknięć DNA, uczestniczy w remodelowaniu
chromatyny),



BRCA2

(aktywator

transkrypcji,

aktywność

deacetylotransferazy histonów).

Geny stabilizacyjne



Kolejną cechą transformacji nowotworowej są zaburzenia w
systemach naprawy DNA.



Prawidłowa komórka dysponuje wieloma systemami
naprawy materiału genetycznego. Mutacja w takiej
komórce zdarza się co sekundę.



Geny stabilizacyjne (MMR – mismatch repair) stanowią
jeden z elementów systemu naprawy. Są to geny MSH2,
MSH3, MSH6, MLH1, PMS1 i PMS2.



Mutacja  któregokolwiek  z  tych  genów  powoduje,  że
zmieniony  jego  produkt  nie  rozpoznaje  lub  rozpoznaje  w
ograniczonym zakresie źle sparowane zasady, co prowadzi
do  narastania  liczby  mutacji  rozproszonych  po  całym
genomie,  także  w  onkogenach  i  genach  supresorowych,  a
nawet w kolejnych genach stabilizacyjnych.

Geny stabilizacyjne



Powoduje

lawinowe

narastanie

niestabilności genetycznej komórek i
sprzyja transformacji nowotworowej.



Mutacje  dziedziczne  genów  układu  MMR
(głównie MSH2 i MMLH1) odpowiadają za
rozwój  dziedzicznego  zespołu  raka  jelita
grubego  niezwiązanego  z  polipowatością
(HNPCC).  W  zespole  tym  drugim  co  do
częstości

nowotworem

jest

rak

endometrium.

Nabywanie nieograniczonego

potencjału podziałowego



W prawidłowej komórce istnieje równowaga pomiędzy
czynnikami

wzrostu

(protoonkogenami)

czynnikami

antywzrostowymi (genami supresorowymi).



Skutkiem zaburzenia tej równowagi są zmiany w potencjale
podziałowym.



Prawidłowe

komórki

mają

ograniczony

potencjał

proliferacyjny, czyli mogą się podzielić pewną ilość razy,
ściśle określoną dla danej komórki, zwaną liczbą Hayflicka. Po
przekroczeniu tej liczby komórka wkracza na drogę apoptozy.



W  prawidłowej  komórce  z  każdym  kolejnym  podziałem
dochodzi  do  skracania  telomerów  (polimerazy  DNA  nie  mają
zdolności syntezy opóźnionej nici DNA do samego końca nici
prowadzącej  –  matrycy).    Telomery  to  krótkie  sekwencje
obecne  na  końcu  nici  DNA,  powtarzające  się  wiele  tysięcy
razy.

Nabywanie nieograniczonego

potencjału podziałowego



Skracanie się telomerów przy każdym cyklu komórkowym
jest rodzajem zegara biologicznego komórki.



Proces biologicznego starzenia się komórki jest związany
z osiągnięciem pewnej krytycznej długości telomerów.



Sugeruje się, że krytyczna jest długość telomeru w
chromosomie 17.



Osiągnięcie krytycznej długości telomerów jest sygnałem
do uruchomienia genów odpowiedzialnych za śmierć
komórki.



Zmniejszenie długości telomerów poniżej 1,5 kpz
prowadzi do destabilizacji struktury chromosomów.
Prowadzi to do pojawienia się aberracji chromosomowych.

Nabywanie nieograniczonego

potencjału podziałowego



Zmiany  wywołane  utratą  telomerów  mogą  być
zniesione  przez  onkogenne  białka  wirusowe,  np.
antygen  T  wirusa  SV40,  białko  E1A  adenowirusa,
białka E6 i E7 brodawczaka ludzkiego.



Pojawienie się aberracji chromosomowych prowadzi
do

uruchomienia

mechanizmu

obronnego

–

mianowicie niektóre chromosomy dzięki procesom
rekombinacyjnym łączą się ze sobą koniec z końcem,
tworząc tzw. Asocjacje telomeryczne. Sprzyja to
powstawaniu wtórnych aberracji chromosomowych.



Tworzenie

asocjacji

telomerycznych

umożliwia

komórce przetrwanie kryzysu nazwanego stanem M2.
Komórki, które przetrwają stan M2 stają się
nieśmiertelne.

Nabywanie nieograniczonego

potencjału podziałowego



Jedną

cech

komórek

nowotworowych

jest

nieśmiertelność, czyli zdolność do nieograniczonych
podziałów.



W komórkach tych procesy kontroli podziałów są
wyłączone lub poważnie uszkodzone, np. mutacja
onkogenu RAS czy genu supresorowego TP53.



Cechą

charakterystyczną

komórek

większości

nowotworów jest wysoka aktywność enzymu telomerazy –
odpowiadającego za odbudowę telomerów. W normalnych
komórkach (poza macierzystymi i częściowo limfocytami)
praktycznie  nie  wykrywa  się  aktywności  tego  enzymu.
Telomeraza  zapobiega  osiągnięciu  krytycznej  długości
telomerów  przez  komórkę  nowotworową,  a  tym  samym
zapewnia jej nieśmiertelność.

Transformacja nowotworowa a

apoptoza



Codziennie organizm traci około 10

komórek.  Na  ich  miejsce  na  drodze
podziału  powstają  nowe  komórki.  Śmierć
ta  jest  ściśle  zaprogramowana,  zachodzi
na

drodze

apoptozy,

pozwala

eliminację

komórek

starych

uszkodzonych, a także już niepotrzebnych.



Apoptoza może być indukowana na drodze
dwóch mechanizmów:



Aktywacji przez czynniki wewnętrzne



Aktywacji przez czynniki zewnętrzne

Transformacja nowotworowa a

apoptoza



Aktywacja  przez  czynniki  wewnętrzne  –  prowadzi  do
uszkodzenia  mitochondriów,  głównie  powodowana  przez
produkty białkowe genów z rodziny BCL2 – antyapoptotyczne
(np.  BCL2,  BCL-X

) i proapoptotyczne (np. BAX, BAK).

Skierowanie na drogę proliferacji lub apoptozy zależy od
ilościowych zależności pomiędzy produktami tych genów –
np.

przewaga

białek

proapoptotycznych

nad

antyapoptotycznymi prowadzi do apoptozy.



Aktywacja  przez  czynniki  zewnętrzne  –  polega  na  aktywacji
receptorów  powierzchniowych,  takich  jak  FAS/APO1  (CD95),
receptora  dla  IGFR1  (insulinopodobnego  czynnika  wzrostu),
czy  receptora  dla  TNFR1  (czynnika  wzrostu  nowotworów).
Przekazywany  sygnał  prowadzi  do  aktywacji  prokaspazy  8,
która  przekształca  się  w  kaspazę  8  i  aktywuje  inne  kaspazy.
Kaspazy  te  dokonują  trawienia  ważnych  dla  życia  komórki
białek.

Transformacja nowotworowa a

apoptoza



Cechą charakterystyczną komórek nowotworowych
jest zanik zdolności do apoptozy.



Najczęstszą  przyczyną  jest  uszkodzenie  genu  TP53.
zmutowane  białko  nie  jest  w  stanie  zatrzymać  cyklu
komórkowego  i  uruchomić  systemów  naprawy  DNA.
Nie  może  też  aktywować  genów  proapoptotycznych,
takich jak BAX czy FAS/APO1.



W konsekwencji komórki nowotworowe tracą zdolność
do umierania. Stają się nieśmiertelne.



Kolejne  rundy  replikacyjne  powodują  powstawanie
kolejnych  populacji  komórek  z  różnymi  mutacjami  i
aberracjami  chromosomowymi.  Prowadzi  to  do
szybkiej selekcji komórek o fenotypie nowotworowym.

Nabywanie zdolności do

unaczynienia guza



W dorosłym organizmie proces angiogenezy praktycznie
nie zachodzi (poza gojeniem ran).



Proces angiogenezy jest kontrolowany przez równowagę
czynników proangiogennych i antyangiogennych.



Czynniki proangiogenne to: czynnik wzrostu śródbłonka
naczyń (VEGF), czynniki wzrostu fibroblastów (FGF),
czynnik wzrostu nowotworów (TGF), interleukina 8.



Czynniki antyangiogenne to: angiostatyna, fragment
plazminogenu, endostatyna, trombospondyna, tkankowe
inhibitory metaloproteaz (TIMP), IL-1, IL-6, IL-10, IL-12.



Przesunięcie równowagi w kierunku angiogenezy
indukuje proces neoangiogenezy – tworzenia nowych
naczyń krwionośnych w guzie nowotworowym.

Nabywanie zdolności do

unaczynienia guza



Neoangiogeneza może być aktywowana poprzez mutację
w genie TP53. Prawidłowe białko TP53 aktywuje czynnik
antyangiogenny – trombospondynę. Spadek poziomu
białka TP53 powoduje spadek trombospondyny, co
przesuwa równowagę na korzyść angiogenezy.



Innym przykładem pobudzenia neoangiogenezy jest
wzrost

stężenia

VEGF,

spowodowany

wzrostem

aktywności genu VEGF na skutek oddziaływań ze strony
zrębu  komórkowego.  W  obecności  VEGF  komórki
nabłonka naczyń włosowatych sąsiadujących z rozrostem
nowotworowym  zaczynają  się  dzielić  mitotycznie  i
formują  sieć  naczyń  przenikających  guz.  Powstające
naczynia  wydzielają  czynniki  wzrostu,  które  stymulują
komórki guza do dalszych podziałów.

Nabywanie zdolności do

tworzenia nacieków i przerzutów



Zdolność pierwotnego nowotworu do tworzenia przerzutów
jest jedną z głównych przyczyn niepowodzeń w leczeniu.



W prawidłowych tkankach komórki ściśle przylegają do
siebie i są zakotwiczone w zrębie pozakomórkowym (ECM).
Odpowiadają za to białka – kadheryny E i integryny.



Komórki nowotworowe charakteryzują się częściową utratą
właściwości adhezyjnych. Powoduje to rozluźnienie
oddziaływań międzykomórkowych i przylegania do
macierzy zewnątrzkomórkowej.



Dodatkowo

komórki

nowotworowe

mogą

nabywać

zdolności degradacji błony podstawnej.



Komórki takie mogą zostać uwolnione z nowotworu
pierwotnego, następnie mogą spenetrować śródbłonek
naczynia krwionośnego lub chłonnego i dostać się do jego
światła.

Nabywanie zdolności do

tworzenia nacieków i przerzutów



Komórka następnie wędruje z prądem krwi lub
chłonki do innych rejonów organizmu. Na skutek
mechanicznego spowolnienia w świetle naczynia
komórka nowotworowa przylega do śródbłonka,
degraduje go i opuszcza naczynie.



Po zlokalizowaniu się w innym rejonie organizmu
i w obecności sprzyjających warunków (czynniki
wzrostu, substancje odżywcze) komórka zaczyna
się dzielić i tworzyć przerzut.



Spośród całej populacji komórek pierwotnego
nowotworu tylko nieliczne mają zdolność do
przerzutowania.

Nabywanie zdolności do

tworzenia nacieków i przerzutów



Inwazyjność nowotworu jest regulowana
przez równowagę produktów genowych.



Geny proinwazyjne to m.in. geny, których
produkty odpowiadają za adhezję komórek,
geny enzymów hydrolizujących błonę
podstawną i macierz zewnątrzkomórkową –
białka zwiększające zdolność do migracji.



Geny hamujące inwazję to m.in. geny
regulujące

oddziaływania

między

komórkami i kodujące inhibitory enzymów
hydrolitycznych.

Nabywanie zdolności do

tworzenia nacieków i przerzutów



Rodzina genów NME (NM23) – składa się z dwóch genów: NME1 i
NME2. W komórkach przerzutujących stwierdzono obniżenie poziomu
białek kodowanych przez te geny. Powoduje to zwiększenie
ruchomości komórek.



Kadheryna  E  –  jest  cząsteczką  adhezyjną,  ma  zdolność  wiązania
innych białek. Wiąże się z innymi kadherynami i integrynami, tworzy
sieć powiązań międzykomórkowych. Tą drogą za pomocą kinaz FAK i
SRC  przekazywany  jest  drugi  sygnał  proliferacyjny  (pierwszy
pochodzi z cyklu komórkowego). Hamowanie przekazywania sygnału
proliferacyjnego  przez  białka  adhezyjne  za  pomocą  ww.  kinaz  nosi
nazwę  inhibicji  kontaktowej.  Komórki  nowotworowe  są  zazwyczaj
pozbawione  inhibicji  kontaktowej  z  powodu  spadku  ilości  kadheryny
E  i  mutacji  w  genach  kodujących  kinazy  FAK  i  SRC.  Prowadzi  to  do
zwiększenia zdolności do migracji komórek.



Kolagenaza IV – enzym degradujący kolagen IV występujący w błonie
podstawnej i macierzy pozakomórkowej. W komórkach zdolnych do
tworzenia przerzutów stwierdza się wzmożoną ekspresję genu
kodującego kolagenazę IV i wzrost stężenia tego enzymu.

Nabywanie zdolności do

tworzenia nacieków i przerzutów



CD44  –  cząsteczka  uczestnicząca  m.in.  w
oddziaływaniach  międzykomórkowych  i  między
komórką a macierzą zewnątrzkomórkową. Komórki
zdolne  do  przerzutowania  wykazują  na  swojej
powierzchni  zmienione  cząsteczki  CD44  (większe,
znacznie  bardziej  glikozylowane),  które  wykazują
zmniejszone zdolności adhezyjne.

Szacuje się, że na 105-106 komórek dostających się

do naczyń przeżywa tylko kilka. Te, które przeżyją,
nie zawsze są w stanie zasiedlić nowe środowisko i
często giną. To tłumaczy powstawanie przerzutów
w późnej fazie nowotworzenia.

Wybrane geny podatności

zachorowania na nowotwory

rodzinne

Nazw

genu

Dziedziczen

Rodzaj genu/

lokalizacja

Rodzaj nowotworu

APC

Autosomalne

dominujące

Supresorowy

5q21

Rak jelita grubego na podłożu

FAP; inne nowotwory

RB1

Autosomalne

dominujące

Supresorowy

13q14

Siatkówczak

VHL

Autosomalne

dominujące

Supresorowy

3p25

Choroba von Hippla-Lindaua;

nowotwory nerek

TP53

Autosomalne

dominujące

Supresorowy

17p13

Zespół Li-Fraumeni –

nowotwory mózgu, sutka,

mięsaki, białaczki

WT1

Autosomalne

dominujące

Supresorowy

11p13

Guz Wilmsa

BRCA1

BRCA2

Autosomalne

dominujące

Supresorowy

17q21.2;

13q12.2

Rak sutka i jajnika; raki

prostaty i sutka u mężczyzn

hMSH2

hMLH1

Autosomalne

dominujące

Stabilizacyjny

2p16; 3p21

Rak jelita grubego HNPCC;

raki macicy

Wybrane geny podatności

zachorowania na nowotwory

rodzinne

Nazwa

genu

Dziedziczen

Rodzaj

genu/

lokalizacja

Rodzaj nowotworu

NBS1

Autosomalne

recesywne

Stabilizacyjny

; 8q21.3

Chłoniaki, guzy mózgu w

zespole Nijmegen

(homozygoty)

RET

Autosomalne

dominujące

Protoonkogen

; 10q11

Rak rdzeniasty tarczycy

KIT

Autosomalne

dominujące

Protoonkogen

; 4q12

Guzy stromalne przewodu

pokarmowego

Document Outline