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TUMORE COME MALATTIA GENICA

ONCOGENIGeni la cui accresciuta e non regolata attività favorisce la crescita tumorale Principali oncogèni:

o Fattori di crescita (GF)

sis catena B di PDGF (Platelet derived growth factor)int-2 FGF-basico (Fibroblast growth factor)wnt fattore di crescita WNT, prec INT-1

o Recettori di fattori di crescita:

- di membrana (tirosin chinasi)erbB1 EGF-R (Epidermal growth factor-Receptor)erbB2 neu, HER-2 (Human Epidermal Growth Factor Receptor), tirosin chinasi di membrana fms CSF-1R (Colony stimulating factor-1-Receptor)kit SCF-R (Stem cell factor-Receptor)met HGF-R (Hepatocyte growth factor-Receptor)ret recettore di GDNF (GlialDerivedNeurotrophicFactor)trk-A recettore di NGF (Nerve growth factor)

- recettori nuclearierbA recettore ormoni tiroidei

o Trasduttori del segnalesrc tirosin chinasi abl tirosin chinasiras GTP-asi (proteina G)raf serina/treonina chinasi

o Fattori trascrizionali myc jun fos

o Regolatori positivi del ciclo cellulareCCND ciclina DCCDK4 chinasi ciclina-dipendente 4

o Inibitori di apoptosi bcl-2

La scoperta degli oncogèni (fine anni ‘70-inizio anni ’80) è nata da 2 osservazioni:● in retrovirus oncogeni - sequenze geniche responsabili della trasformazione neoplastica erano omologhe a sequenze del normale genoma cellulare● sequenze geniche di tumori - trasformavano in senso neoplastico cellule normali

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Oncogèni virali (v-onc) = analoghi alterati di geni cellulari (c-onc) rimasti inseriti nel genoma virale in seguito ad una infezione. Nel genoma i geni cellulari che, se alterati nella struttura o nella espressione (attivati), diventano oncogèni venivano chiamati proto-oncogèni. Comunemente si usa il termine oncogèni anche per i proto-oncogèni non attivati, normalmente regolati.

MECCANISMI DI ATTIVAZIONE DI ONCOGÈNIMeccanismi che determinano alterazioni nella struttura o espressione di oncogèni tali che favoriscono crescita tumoraleo Mutazione puntiforme: porta a un prodotto alterato, es. RAS carcinomi (H-

RAS, K-RAS), alcune leucemie (N-RAS)o Amplificazione: centinaia di copie, porta a un prodotto normale ma

iperespresso - N-MYC Neuroblastoma, microcitoma polmonare, ERB-B1 Glioblastoma multiforme, ERB-B2 Carcinoma della mammella, ovaio, MET Carcinoma gastrico, colon, Ciclina D Carcinoma mammella

o Traslocazione:

- porta a un prodotto normale, ma iperespresso - es. MYC Linfoma di Burkitt t(8;14)

- porta a una proteina chimerica (più attiva) - es. ABL Leucemia mieloide cronica t(9;22) cromosoma Philadelphia BCR-ABL proteina chimerica

o Mutagenesi inserzionale: Retrovirus trasformanti “lenti”, ad es. MMTV provoca carcinoma mammario topo perché promotore virale attiva oncogèni (oncogèni int) ad es. WNT qualche caso anche nell’uomo: effetto non desiderato in pazienti trattati con terapia genica che utilizzava certi vettori virali (effetto iatrogeno)

o Meccanismi Epigenetici: ad es. perdita di imprinting (LOI) di IGF-II porta a iperespressione nel rabdomiosarcoma

EFFETTI DEGLI ONCOGÈNI ATTIVATIo Fattori di crescita: Aumento dei livelli del fattore di crescita e Diminuita

dipendenza della cellula da apporto esterno di fattore di crescita. Attivazione del gene che produce il proprio fattore di crescita Autocrinia. sis catena B di PDGF Iperespresso nell’astrocitoma - Autocrinia

o Recettori di fattori di crescita: Aumento dei livelli e maggiore suscettibilità della cellula a livelli di fattori di crescita fisiologici, Indipendenza dal ligando, prodotto più duraturo. erbB1 EGF-R Iperespresso (amplificato) ca mammario. Deleto dominio extracellulare nel glioblastoma: indipendente dal ligando erbB2 HER-2 Tirosina chinasi di membrana Iperespresso (amplificato) ca mammario kit SCF-R Mutazione puntiforme e piccole delezioni. Iperespresso sarcomi gastrointestinali, leucemia mieloide

o Trasduttori del segnale: Aumento dei livelli del trasduttore, Prodotto più duraturo o attivoras GTP-asi (proteina G) ancorata al versante citoplasmatico della membrana. Mutazione 10-20% dei tumori rende difficile la sua inattivazione

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- RAS Via delle MAP chinasi: Il legame al recettore tirosin chinasico provoca dimerizzazione del recettore, autofosforilazione, legame a proteine adattatrici come GRB2 e SOS attivazione della proteina RAS p21ras, proteina ad attività GTPasica ancorata alla membrana. Nella sua forma inattiva RAS lega il guanosin-difosfato (GDP). Dopo essere stata attivata la proteina rilascia il GDP per legare il GTP L’attivazione di RAS è contrastata da proteine con attività GAP (GTPase activating protein) che promuovendo l’idrolisi del GTP riconduce RAS allo stato inattivo, legato al GDP.

- RAS attivata lega la proteina RAF (anch’essa ancorata alla membrana) che lega e fosforila MEK (una MAP chinasi), ERK (altra MAP chinasi) che trasloca al nucleo dove fosforila JUN e FOS che attivano la trascrizione

- La proteina mutata lega normalmente GAP (GTPase Activating Protein), ma non riesce a farla funzionare proteina RAS mutata rimane permanentemente in uno stato attivato, in quanto non è in grado di idrolizzare il GTP H-RAS mutazione puntiforme codone 12 o 13 = siti ad alta mutabilità = hot spots.

Abl tirosin chinasi (ancorata al versante citoplasmatico della membrana, nucleo, citoplasma). Traslocazione reciproca (9;22) ABL dal cromosoma 9 al 22 si fonde con BCR formando gene chimerico. Attività tirosin chinasica maggiore. Leucemia mieloide cronica 95% dei casi ha traslocazione (9;22), nel 90% dei casi di LMC si evidenzia il cromosoma 22 più corto= cromosoma Philadelphia. Proteina di fusione p210bcr/abl. Un’altra proteina di fusione (p185) traslocazione (9;22) con un punto di rottura BCR diverso. 20-25% della leucemia linfoblastica acuta e nel 2.5% di leucemia mieloide acuta. Abl normale quando ha localizzazione nucleare induce apoptosi BCR/ABL resta sequestrata nel citoplasma quindi viene a mancare induzione di apoptosi.

o Fattori trascrizionali: Nucleo, Aumento dei livelli, Prodotto più duraturo o attivo myc Iperespresso (amplificazione, mutazione) / Traslocazione - Traslocazione t(8;14) (q24;q32) anche t(8;22) o t(2;8) nel linfoma di Burkitt

[cell B] Il gene MYC dal cromosoma 8 trasloca vicino al gene che codifica la porzione costante delle catene pesanti (CH) delle IgG sul cromosoma 14 risentendo dell’effetto attivante di suoi elementi enhancer (oppure dal 22 o dal 2 traslocano vicino al gene per c-myc, i geni dellae catene leeggere N e K delle IgG iperespressione di c-myc nei linfociti in linfomi di Burkitt.Amplificazione del gene in ca. mammella.L’espressione costitutiva di MYC altera il sistema di controllo della trascrizione basato su dimeri MAX/MYC attivanti o MAD/MAX repressivi.

- Amplificazione N-MYC nel neuroblastomao Regolatori positivi del ciclo cellulare Aumento dei livelli, Prodotto più

duraturo o attivoccnd ciclina D, Mutazione (amplificazione: facilita fosforilazione di RB quindi la proliferazione) / Traslocazione t(11,14) vicino a locus per le catene leggere delle IgG. Iperespresso nei tumoti di fegato, esofago, mammella e linfomi. Cicline: mutazioni a carico di ciclina A e B.

o Inibitori di apoptosi: Aumento dei livelli , Prodotto più duraturo o attivo

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bcl-2 reticolo endoplasmatico, membrana nucleare e mitocondriale interna Traslocazione t(14;18) Linfoma follicolare a cellule B. Vicino a enhancer catene pesanti IgG

Riassumendo oncogèni acquisto di funzione (gain of function) prodotto iperespresso

amplificazionetraslocazione senza formazione di proteina di fusionemeccanismi epigenetici

prodotto alterato iperfunzionante mutazione puntiformetraslocazione con formazione di proteina di fusione

effetto dominante.

Altissima segnalazione di oncogeni come: RAS, MYC, RAF può indurre nella cellula controrisposte con effetto paradosso: senescenza o apoptosi. Compromesso tra massima espressione evitando risposte paradosso. Alternativa: la cellula disattiva circuiti di senescenza e apoptosi Implicazioni terapeutiche di Oncogèni: Inattivare la funzione acquisitaOncogene addiction: Nonostante quasi sempre in un determinato tumore siano presenti più oncogèni alterati (attivati in senso neoplastico), è uno di questi che condiziona maggiormente la proliferazione e sopravvivenza delle cellule neoplastiche, cioè queste sono in uno stato di dipendenza da un solo oncogène (oncogene addiction – la dizione fa riferimento alla dipendenza da droghe). L’individuazione nei vari tumori dell’oncogène prevalente verso il quale c’è oncogene addiction può portare a terapie mirate molto efficaci.

GENI ONCOSOPPRESSORIGeni la cui mancata attività favorisce la crescita tumorale. LOSS OF FUNCTION.

L’alterazione nella struttura o nell'espressione di questi geni (inattivazione) se è a carico di entrambi gli alleli determina perdita di funzione e fenotipo tumorale, eccetto dominante negativo.

Prime identificazioni di geni oncosoppressoriibridi tra cellule tumorali e cellule normali spesso mostravano fenotipo normale, in determinati tumori erano evidenziabili delezioni cromosomiche costanti necessari 2 eventi inattivanti, uno per ciascun allele

Gatekeeper regolazione negativa della proliferazione, regolazione positiva dell’apoptosi , inattivazione di entrambi gli alleli , perdita di funzione: vantaggio selettivo nella crescita (mutaz 2alleli).Funzioni: Fattore di inibizione, Recettore di inibitore, Inibitore di trasduttore del segnale, Regolatore negativo di fattore di trascrizione, Regolatore negativo del ciclo cell, Regolatore positivo di apoptosi

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Ogni tipo cellulare esprime un numero limitato di questi geni per questo l’inattivazione di entrambi gli alleli provoca tumore solo nel tessuto che li “utilizza”.

Caretaker (geni mutatori)Funzione di controllo dell’integrità del genoma (Corretta duplicazione del genoma, Riparazione del DNA )L’inattivazione di entrambi gli alleli determina: - instabilità genomica e conseguente maggiore frequenza di alterazioni (100-1000

volte più frequenti) anche a carico di oncogèni o altri geni oncosoppressori. - assenza di un diretto vantaggio selettivo nella crescita

Quindi non provocano direttamente una neoplasia ma aumentano la possibilità di insorgenza di mutazioni.

Principali geni oncosoppressori

RB Funz prev Gatekeeper - Controllo trascrizione dei geni di fase S (G1→S) APC Funz Gatekeeper + Caretaker - Soppressione della trasduzione del

segnale, Stabilità cromosomicaPTEN Funz prev Gatekeeper - Regolazione della segnalazione via fosfatidilinositidi VHL Funz prev Gatekeeper - Degradazione di HIF-a FHIT Funz prev Gatekeeper p53 (TP53) Funz prev Caretaker - Fattore di trascrizione, Integrità del genoma,

Sensore di danni al DNA, induce blocco del ciclo e apoptosi BRCA-1 Funz prev Caretaker - Integrità del genoma (stabilità cromosomi

riparazione DNA)BRCA-2 Funz prev Caretaker - Integrità del genoma (stabilità cromosomi,

riparazione DNA)NER (sistema) Funz prev Caretaker - Integrità del genoma (riparazione DNA per escissione nucleotidi)MSH2 Funz prev Caretaker - Integrità del genoma (riparazione DNA da errato

appaiamento)MLH1 Funz prev Caretaker - Integrità del genoma (riparazione DNA da errato

appaiamento)ATM Funz prev Caretaker - Integrità del genoma attiva sistemi riparazione

(controlla lunghezza telomeri) attiva p53 (con meccanismo post traduzionale aggiunge un gruppo fosfato al residuo Ser15 di p53) rallenta ciclo mitotico in fase G2

Meccanismi di inattivazione di geni oncosoppressori L’inattivazione determina perdita del prodotto o formazione di prodotto inattivo a causa di:● Delezione (perdita gene, perdita intero cromosoma)● Mutazione (non senso, di senso, frameshift)● Epigenetica (es metilazione) (ipermetilazione del promotore di MLH1 impedisce il mismatch repair, del promotore di PTEN, fosfatasi che contrasta PI3K degradandone il prodotto, porta ad aumento del segnale di PI3K)● Prodotti virali

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La perdita del secondo allele può avvenire per nuovo evento (mutazione, delezione/perdita intero cromosoma) duplicazione dell’allele inattivato (non disgiunzione porta a duplicazione,

ricombinazione mitotica

Inattivazione dei principali geni oncosoppressorio RB Funz prev Gatekeeper – Inattiv. in retinoblastoma, osteosarcoma,

carcinoma polmonare, mammella, prostata, vescica. Delezione/mutazione non senso anche forma ereditaria (retinoblastoma)

In G1 la proteina prodotta da RB ipofosforilata si lega a fattori di trascrizione E2F/DP e il complesso RB-E2F/DP si lega a promotori e reprime la trascrizione di geni di replicazione del DNA cellulare. La proteina RB viene iperfosforilata dalle chinasi ciclina-dipendenti di fase G1 ( ciclina D-CDK 4 o 6) e si dissocia dal complesso E2F/DP e quest’ultimo può espletare la sua funzione transattivante.Può essere inattivato da proteine virali come E1A (adenovirus), T grande (SV40), E7 (HPV) che legano RB e lo staccano da E2F con trascrizione di geni virali e di fase S. mutazioni del gene provocano alterazioni della proteina che non è più in grado di legare E₂F ↑trascrizione

o APC Funzione gatekeeper: – Promuove degradazione di β catenina (βcatenina + Tcf4= coattivatore

trascrizionale - β catenina è un oncogène, la migrazione nucleare dei complessi di catenina è possibile se la sua concentrazione citoplasmatica è sufficientemente elevata. In condizioni normali, APC è legata a CKI (caseina chinasi 1) e GSK3 (glicogeno sintetasi 3 β-chinasi); questo grande complesso enzimatico è in grado di fosforilare la β-catenina che, così marcata, viene ubiquitinata e destinata dunque alla degradazione attraverso il proteasoma. Se il fattore wnt si lega al suo complesso recettoriale, si ha inattivazione delle proprietà chinasiche correlate con l'APC, con accumulo di β-catenina che

non viene destinata al proteasoma. Questo provoca crescita cellulare. APC è uno dei pochi veri “antioncogèni”); Mutazioni di APC permettono la traslocazione al nucleo di b-catenina anche in assenza di Wnt (In assenza di Wnt b-catenina rimane nel citoplasma ed è avviata alla degradazione, In presenza di Wnt b-catenina va al nucleo ed il complesso b-catenina-TCF avvia la trascrizione di MYC, ciclina D1, MDR1, ecc.). Adesione cellulare (migrazione, apoptosi): la β catenina è componente essenziale delle giunzioni aderenti collegamento tra caderine e α catenina che lega actina (citoscheletro)

– Funzione caretaker: Regola assemblaggio dei microtubuli nel fuso mitotico

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È Inattivata per mutazione con formazione di proteina troncata. Mancata distruzione della β catenina e conseguente trascrizione di geni. Difetti nella segregazione dei cromosomi porta a instabilità cromosomica. Instabilità cromosomica, dovuta anche ad altre cause, è presente nell’85% dei ca colon mentre nel 15% c’è difetto nella riparazione del DNA.

o PTEN Funz prev Gatekeeper - Inattivato in glioblastoma, carcinomi prostata, tiroide, mammella, endometrio - Mutazione frameshift

o VHL Funz prev Gatekeeper - Inattivato in carcinoma renale, emangioblastoma - Delezione/mutazione missenso anche forma ereditaria (sd Von Hippel-Lindau)

o p53 Funz prev Caretaker - Inattivato in carcinomi e sarcomi - Mutazione missenso - anche forma ereditaria (sindrome Li-Fraumeni). È un fattore di trascrizione, attivata solo se c’è danno al DNA (attivazione trascrizionale, fosforilazione) - La fosforilazione di certi residui serinici o la defosforilazione di altri determina maggiore affinità di p53 per le sequenze di legame dei bersagli di p53 o minore affinità per inibitori come MDM2. Se viene rilevato un danno per prima cosa deve essere bloccata la proliferazione (p53 stimola inibiori del ciclo), poi riparazione (stimola fattori di riparazione) e se

il danno permane, stimola fattori di apoptosi. In caso di danno al DNA

– arresto in fase G1 di cellule con DNA alterato, mediante transattivazione del gene CIP-1/WAF-1 (p21) inibitore di chinasi ciclina-dipendente

– promozione dell’attività riparativa del sistema NER (mediante transattivazione del gene GADD-45 e interazione con le proteine del complesso TFIIH)

– promozione dell’apoptosi di cellule con

DNA alterato (mediante attivazione della trascrizione del gene BAX e inibizione della trascrizione del gene BCL2)

– Regolazione dell’angiogenesiInattivazione: p53 mutante inattiva forma tetrameri con la p53 normale determinando scarsa affinità del tetramero per il DNA, emivita di circa 20 minuti, p53 mutata emivita di circa 3-7 ore. Degradazione, colorabilità. Quindi p53 normale si comporta da oncosoppressore recessivo, mentre il gene mutato da oncogène dominante. p53 mutato in circa il 60% di tutti i tumori umani. Inattivata da: proteine E6 del papilloma (det degradazione p53), T grande dell’SV40 (stabilizza p53 inattiva), E1B dell’adenovirus (arresta attività trascrizionale di p53), prodotto del gene MDM2.

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o BRCA-1 e BRCA-2 mutati nell’80% carcinoma della mammella ereditari, in quelli sporadici non presentano mutazioni. Sono rispettivamente localizzati sul cromosoma 17 e sul 13; rispettivamente subiscono mutazione non senso/missenso/delezione anche forma ereditaria e Delezione/mutazione non senso anche forma ereditaria.Mutazioni di questi geni provocano aumento di possibilità di sviluppare cancri ovarici.

o NER (sistema) Funz prev Caretaker - Inattivato in tumori cutanei - Mutazione anche forma ereditaria (sindrome Xeroderma pigmentoso)

o MMR (sistema) (MSH2, MLH1) Funz prev Caretaker - Inattivato in carcinomi – Mutazione. Instabilità dei micro satelliti e accumulo appaiamenti non corretti.Metilazione dei promotori anche forma ereditaria (sindrome HNPCC – sd di Lynch)

o ATM Funz prev Caretaker - Inattivato in leucemie, carcinoma mammario Mutazione anche forma ereditaria (sindrome Atassia telangectasia)

o p16 fa parte del complesso INK4, che è uno dei pochi loci genici umani cha ha un doppio modulo di lettura (dallo stesso tratto di DNA si ottengono 2 proteine diverse), è deleta in molti melanomi ereditari, carcinomi del pancreas ed esofago. La proteina pl6 inibisce il complesso ciclinaD-CDK4/6, quindi è un oncosoppressore. ll complesso ciclinaK-CDK4/6, infatti, fa staccare Rb (fosforilandolo) da E₂F, quest’ultimo consente l’entrata della cellula in fase S. p16 si trova mutata in molti tumori sporadici, se è mutata ereditariamente causa il melanoma familiare. La proteina pl9/pl4ARF inibisce MDM2, la cui funzione (se non inibita) e quella di inibire a sua volta p53. Quindi questa proteina attiva indirettamente p53(inibendo l’inibitore di p53). La sua trascrizione è favorita da E₂F, quindi un eccesso di stimolazione della via Rb-E2F può portare all’attivazione di p53 e quindi all’apoptosi. Se Rb è mutato, nonostante la fosforilazione non si stacca da E₂F, che non può agire su p53, quindi la cellula non va in apoptosi causando retinoblastoma. Se è mutato solo un Rb (eterozigosi) si sviluppano solo retinoblastomi ed osteosarcomi, ma non altri tumori.

Riassumendo geni oncosoppressoriperdita di funzione (loss of function)Inattivazione di entrambi gli alleli (in alcuni casi aploinsufficienza)Effetto recessivo (salvo i casi con prodotto alterato che funge da dominante negativo)

L’individuazione di oncogèni e oncosoppressori è importante per:• unificazione dei meccanismi molecolari della cancerogenesi• implicazioni terapeutiche• forme ereditarie

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Teoria del doppio colpoÈ stata formulata per la prima volta da KNUDSON sul retino blastoma.Il 60% di questo tumore è sporadico, il 40% è familiare, ma cos’è ereditato?Ciò che viene ereditato è la copia del gene Rb mutata dal genitore; questa mutazione è presente in tutte le cellule, ma su un solo gene per Rb l’altro funziona normalmente non c’è tumore.Il tumore insorge quando si ha una mutazione o delezione che danneggia anche l’altro gene per Rb. La maggior predisposizione degli individui con un Rb mutato è dovuta al fatto che per nascita hanno già “avuto il primo colpo”. Il discorso è uguale per p53: gli individui con una allele mutato hanno maggior predisposizione all’insorgenza di diversi tumori.Per i geni caretaker, la teoria è del “quadruplo colpo”: è necessaria l’inattivazione di tutti e due gli alleli del caretaker più entrambi gli alleli di un gatekeeper.

microRNAmicroRNA (miRNA) possono favorire o inibire l’insorgenza e lo sviluppo neoplastico, avere una funzione simile a oncogèni e oncosoppressori. Una loro aumentata attività può infatti silenziare dei geni oncosoppressori, mentre una loro diminuita attività può causare un aumento dell’attività di oncogèni. Alterazioni di specifici miRNA osservate frequentemente nelle neoplasie. Delezioni o downregolazione di miRNA specifici inducono overespressione di BCL2 osservata in leucemie e linfomi. In tumori del polmone ed in leucemie è frequente la sovraespressione di RAS e MYC mediata da alterazioni di specifici miRNA.

Implicazioni cliniche degli oncogeni e dei geni oncosoppressori: • Implicazioni per la terapia• Implicazioni per la diagnosi• Implicazioni per la prognosi• Implicazioni per la predittività della risposta terapeutica

Implicazioni terapeutiche di gèni oncosoppressori: Ripristinare funzioni native, diagnosi, prognosi, predittività della risposta terapeutica

SINDROMI NEOPLASTICHE EREDITARIE(ALTERAZIONI GENI

GATEKEEPER)

RETINOBLASTOMA

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ll capostipite dei Gatekeeper e il gene RB. In alcuni casi il fenotipo neoplastico,

a livello cellulare, si comportava in maniera recessiva (si è notato in cellule

ibride eterozigoti Normale—Mutato): tali cellule mostravano un fenotipo

normale. La spiegazione sta nel fatto che il gene mutato era un

oncosoppressore: l’altro oncosoppressore, sano, bloccava la proliferazione

salvando la cellula. Nel caso invece in cui un eterozigote abbia un ras

(oncogene) mutato, si ha un ibride tumorale perché ras sovraespresso domina

inducendo la neoplasia.

La proliferazione, comunque, nella maggior parte dei casi è dovuta alla perdita

di entrambe le copie di oncosoppressore.

Knudson studiava il Retinoblastema (Rb) fenotipicamente. Si tratta di una

neoplasia ereditaria che può anche manifestarsi in maniera sporadica. La prima

ipotesi di Knudson fu che nelle famiglie in cui il retinoblastema è presente vi è

in une dei due genitori (eterozigote per Rb mutate) una mutazione del Rb nella

linea germinale. In conseguenza meta dei figli hanno una copia del gene mutate

(eterozigosi). Lo stato di eterozigosi impone una altissima probabilità di

sviluppare Rb spontaneamente in una cellula della retina. Con tutti e due gli

alleli malati si sviluppa il retinoblastema. È molto mene frequente, ma possibile,

che si sviluppino due mutazioni di 2 Rb contemporaneamente nella stessa

cellula (forma sporadica). Per l’eterozigosi Rb sano-Rb malato si ha una

probabilità di sviluppare il tumore di l/X persone (abbastanza probabile). Per

l’omozigosi Rb sano-Rb sano si ha una probabilità di l/X² persone (molto meno

probabile). Le mutazioni di Rb sano sono mutazioni inattivanti (loss of function).

Rb produce una proteina che può esistere in 2 forme: iperfosforilata e

ipofosforilata.

Se è ipofosforilata sequestra E₂F (un TF). E₂F consente di produrre enzimi

indispensabili alla replicazione di DNA: senza E₂F il DNA non si duplica. La ferma

iperfosforilata invece permette la trascrizione di enzimi per la duplicazione del

DNA. Il passaggio dalla ferma ipofosforilata alla ferma iperfosforilata è regolata

dal complesso cicD+CDK4/CDK6 grazie al quale la cellula va in fase S

(proliferazione).

Una eterozigosi per Rb induce una certa probabilità di sviluppare il

retinoblastoma e osteosarcomi ma non altre forme tumorali. Il retinoblastoma

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insorge solo entro i primi 5 anni di vita. Se non compare entro questa età non si

manifesta più.

Il gene per la ciclina D é un oncogene. p16, p19, p21 sono complessi inibitori

delle cicline. Le cicline sono prodotte in maniera ciclica, si accoppiano con le

CDK (chinasi ciclina dipendenti) e fosforilano diversi substrati. p16 é un

oncosoppressore che si trova inattivato in molti tumori.

IL CANCRO DEL COLON EREDITARIO POLIPOSICO: RUOLO

DELLA PROTEINA APC NEL CONTROLLO DEL CICLO

CELLULARE E NELLA MITOSI

APC (Adenomatous Polyposis Coli) è un oncosoppressore che, negli affetti, è

ereditato in una forma inattivata. Gli eterozigoti (APC sano — APC mutato)

hanno una certa probabilità che in qualche cellula, del colon intervenga una

mutazione dell`allele sano: ciò accade perché nel colon vi è un alto tasso di

proliferazione cellulare.

Questa sequenza di eventi e uno schema generale che illustra la cancerogenesi

sia ereditaria che sporadica:

1. Inattivazione di entrambi APC

- Adenoma I

2. Attivazione di RAS

- Adenoma ll

3. Inattivazione di entrambi i DCC (Deleted in Colon Cancer,

oncosoppressore)

- Adenoma III

4. Inattivazione di entrambi i p53 (oncosoppressore)

- Cancro

Per 10 anni non si é compresa l’utilità di DCC che è stato identificato con studi

sulla perdita di eterozigosi (si notava la perdita della regione con DCC sul

cromosoma 18).

DCC codifica per un recettore di membrana che, se non stimolato dal proprio

ligando (GF), manda le cellule in apoptosi (senza DCC la cellula non può andare

incontro ad apoptosi).

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APC codifica per una proteina che regola la degradazione della β-catenina.

Questa ha il ruolo di stimolare la trascrizione di geni che inducono la

proliferazione cellulare.

Quindi se vi è APC, esso degrada la β—catenina e non vi e proliferazione,

mentre se non è presente APC, la β—catenina è presente e la cellula epiteliale

del colon prolifera, con conseguente Adenoma I. Da un adenoma I (benigno) si

puo arrivare agli stadi successivi (II, III e tumorale).

Un’eterozigosi produce comunque sufficiente APC da bloccare la β-catenina.

Sono possibili anche delle mutazioni sporadiche nei soggetti sani.

β-catenina è un oncogene, APC deve avere altre funzioni di oncosoppressore=

interagisce con i microtubuli partecipa all’organizzazione del cinetocore

instabilità cromosomica, associato alle membrane plasmatiche migrazione e

adesione cellulare

CARCINOMA DEL COLON-RETTO

La frequenza è molto alta in tutto il mondo occidentale, specialmente negli USA; è più

bassa nei Paesi poveri di Asia e Africa. Colpisce specialmente gli uomini con un

rapporto di 1,5 tra uomini e donne. È al secondo posto come mortalità per cancro,

dopo il carcinoma polmonare negli uomini e quello mammario nelle donne, dagli anni

50 è aumentato a causa del cambiamento della dieta. La frequenza è più bassa in

Paesi con una dieta ipocalorica e molte fibre, mentre è più alta in Paesi con una dieta

ipercalorica data specialmente da lipidi (che possono essere considerati un fattore di

rischio). Le fibre sono un fattore protettivo: accelerando il transito intestinale,

diminuiscono il tempo di contatto di eventuali agenti cancerogeni con l’epitelio

intestinale; inoltre hanno effetto diluente e fermentano dando acido butinico che

rallenta la proliferazione dei colono citi (gli acidi biliari invece la stimolano).

I grassi totali costituiscono un fattore di rischio anche per i carcinomi ella prostata,

mammella ed endometrio. Vanno incontro a per ossidazione formando radicali liberi

(mutageni endogeni) e stimolano inoltre la secrezione di acidi biliari.

Fra i fattori di rischio, quindi, vanno ricordati:

- Abitudini alimentari

- Stati predisponenti

- Colite ulcerosa, polipi intestinali

- Condizioni ereditarie: FAP (poliposi adenomaosa familiare) si sviluppa in seguito a

un danno sul gene APC del cromosoma 5, che codifica per una proteina che ha siti

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di legame per la β-catenina, HNPCC (sindrome di Lynch) è una malattia

autosomica dominante che è responsabile che è responsabile del 2-4% di questi

tumori. Inoltre, alterazioni ereditarie sui geni per la riparazione del DNA

costituiscono un fattore di rischio.

I fattori protettivi, quindi, sono solo le fibre vegetali.

La prevenzione primaria si attua evitando l’esposizione a fattori di rischio.

La prevenzione secondaria si attua asportando i polipi intestinali. Il rischio infatti, è

che da un polipo si passi a un tumore maligno in situ, e quindi ad un tumore di tipo

invasivo. È estremamente importante la diagnosi precoce che si compie ricercando

tracce di sangue con le feci, con tecniche radiologiche, colonscopia, ecografia e con

marcatori tumorali.

LA VON HIPPEL LINDAU E I MECCANISMI DI RILEVAZIONE

DELL’IPOSSIA

Sindrome neplastica ereditaria, 1su 30mila – 4000nati, classica 2hit,

autosomica, penetranza completa, espressività variabile, emangioblastomi

retina, cervelletto, midollo spinale, carcinomi renali, feocrmocitoma, cisti

viscerali + altri tumori, 4tipi (1, 2°, 2B, 2C) con proporzioni diverse dei vari

tumori.

VHL: gene in 3p25: codifica componente (pVHL) di un complesso molecolare

ubiquitina-ligasico. Il fattore di trascrizione HIF, che promuove la trascrizione

di geni legati all’ipossia come VEGF ed eritropoietina, è costituito da due

subunità: α e β. In condizione di normossia, la subunità α viene continuamente

degradata perché una prolil-idrossilasi (PH) attivata da O2 e Fe idrossila uno

specifico residuo di prolina che viene riconosciuto dalla proteina della Von

Hippel Lindau (VHL) che media l’aggiunta di ubiquitina ad opera di ubiquitin-

ligasi (UL) e quindi la degradazione della subunità α nel proteasoma. In

condizioni di ipossia o in mancanza di VHL ciò non avviene; entrambe le

subunità di HIF sono presenti e i geni dell’ipossia vengono trascritti.

È spesso mutato/deleto nel carcinoma renale sporadico – delezione anche per il

gene FHIT (il gene funziona come un soppressore di tumore; inoltre è stata

dimostrata l’azione sinergica con VHL, un oncosoppressore, nella protezione

contro il cancro ai polmoni chimicamente-indotto). Ha più funzioni:

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degradazione HIF-α, controllo assemblaggio fibronectina in ECM, legame e

stabilizzazione microtubuli. Espressione ubiquitaria.

SINDROMI NEOPLASTICHE EREDITARIE

(ALTERAZIONI DEI GENI CARETAKER)

Xeroderma pigmento sum

Autosomica recessiva , prevalenza 1/10⁵-1/10^6, lesioni cutanee ed oculari da

UV, tumori cutanei (50% pazienti), degenerazione neurologica (<20% pazienti),

10 gruppi complementari, geni della riparazione DNA (NER).

Vedi NER.

Atassia telangectasia

Autosomica recessiva, 1/40mila nati, atassia cerebellare, cioè la progressiva

perdita della coordinazione muscolare (degenerazione postnatale di Purkinje),

telangectasia (dilatazione piccoli vasi dapprima a livello congiuntive, poi naso,

orecchie), aberrazioni cromosomiche, immunodeficienze combinate, tumori per

il 40% omozigoti A-T, soprattutto leucemie o linfomi, aumenta l’incidenza di

tumori pure per eterozigoti aploinsufficienza.

ATM: A-T mutated, una Ser-Thr protrin chinasi che viene reclutato da rotture

del DNA a doppio filamento, fosforila diverse proteine chiave che avviano

l'attivazione dei checkpoint per danni al DNA, portando a ciclo di riparazione del

DNA cellulare arresto, o apoptosi. Molti di questi obiettivi, tra cui p53, Chk2 e

H2AX sono soppressori tumorali.

Forme ereditarie di cancro mammario

Si sviluppa dall’epitelio che riveste i lobuli e i dotti della ghiandola mammaria.

La frequenza è molto alta in tutto il mondo occidentale, più alta nel nord Europa

e nel nord America mentre è più bassa nell’area del Mediterraneo, specialmente

Spagna e Grecia, decisamente bassa nella popolazione asiatica e africana. Per

verificare l’ipotesi di fattori di rischio genetico—razziali sono stati compiuti studi

su popolazioni emigrate da zone a bassa incidenza a zone ad alta incidenza (da

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Giappone a USA). Nelle generazioni successive la frequenza aumentava ma non

raggiungeva comunque quella statunitense. Un’ipotesi è che vi sia un fattore

genetico protettivo, ma che il carcinoma mammario risenta comunque di fattori

ambientali e di stili di vita. La mortalità è aumentata dagli anni 50 alla fine degli

anni 80. L’andamento con l’età ha un plateau e un flesso in corrispondenza

della menopausa per poi riprendere in età avanzata: la frequenza sale in modo

brusco dai 40 anni in su, poi tra i 45 ei 55 anni si ferma. Ciò ha dato supporto

epidemiologico alle ipotesi che il carcinoma mammario avesse importanza nel

quadro endocrino della donna. Del resto, era già stato notato nel 600,

riscontrando che nelle suore e donne nubili la frequenza era più alta.

I fattori di rischio quindi sono:

Età

Nulliparità

Menarca precoce (<12 anni): che causa un anticipo della stimolazione

estrogenica e una proliferazione della ghiandola mammaria.

Menopausa tardiva (>55 anni): causa un eccesso di stimolazione estrogenica

Dieta ricca di grassi: i grassi stimolano la perossidazione lipidica. L’OMS ha

consigliato una dieta in cui i grassi non superino il 30% delle calorie

necessarie. I grassi più a rischio sono quelli saturi, di provenienza animale;

tra quelli di origine vegetale l’acido oleico non è un fattore di rischio, è anzi

un antiossidante (questo spiega la bassa insorgenza in aree mediterranee

dove il consumo di olio d’oliva é più alto)

Obesità: gli androgeni delle surrenali vengono convertiti in estrogeni dalle

aromatasi del tessuto adiposo.

Familiarità: nel 5% dei casi vi è base ereditaria nei parenti di I grado dovuta

ad alterazioni dei geni BCRA1 e BCRA2 che aumentano le probabilità di

contrarre il carcinoma (l’alterazione di BRCA2 coinvolge anche gli uomini)

Terapia estrogenica sostitutiva: presenta come vantaggi la diminuita

insorgenza di osteoporosi, dei disturbi relativi alla menopausa, delle malattie

cardiovascolari (basse LDL), oltre a vantaggi di tipo estetico. Gli svantaggi

sono legati all’aumentato rischio di carcinoma mammario, all’endometrio, e

di tromboembolia venosa.

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Inquinanti ambientali: alterano il quadro endocrino. Sono estrogeni

ambientali, distruttori endocrini o xenoestrogeni. Si tratta di insetticidi,

erbicidi, pesticidi

(DDT, PCB...) Questi composti hanno una emivita particolarmente lunga e si

accumulano nell’ambiente per scarsa biodegradabilità. Agiscono forse

alterando il metabolismo degli estrogeni.

I fattori protettivi sono:

Età precoce alla I gravidanza (intorno ai 25 anni)

Pluriparita

Dieta ipocalorica, ipolipidica, ricca di frutta e verdura e soia (che secondo

alcuni è un’importante causa della bassa frequenza di carcinoma mammario

nelle donne giapponesi)

La prevenzione primaria si opera evitando i fattori di rischio, e con la chemio

prevenzione.

La prevenzione secondaria: autoesame ed esame clinico (ecografia e

mammografia dai 40 anni alla menopausa ogni 2 anni, poi ogni anno).

Li-Fraumeni

È una malattia ereditaria autosomica dominante, caratterizzata dalla

mutazione di un allele del gene p53 che provoca sarcomi della mammella,

al cervello, e un aumento della probabilità di sviluppare tumori per una

seconda mutazione dell'allele in una qualsiasi cellula dell'individuo (secondo

l'ipotesi di Knudson). In alcuni casi si è osservata una caratteristica aberrazione

cromosomica nota come isocromosoma 17q.

La sindrome è legata a mutazioni nella linea germinale del gene

oncosoppressore p53, che normalmente aiuta il controllo della crescita delle

cellule. Le mutazioni possono essere ereditate o possono sorgere de novo {ex

novo?} all'inizio embriogenesi o in una delle cellule germinali dei genitori.

Poiché il gene TP53 è responsabile dell'avvio dei meccanismi di riparazione del

DNA e / o apoptosi al rilevamento di danno al DNA, la sindrome di Li-Fraumeni,

con una delle due copie p53 già mutata, predispone una persona allo sviluppo

del cancro perché solo una mutazione supplementare (nel secondo allele p53)

è necessaria ad alterare una porzione significativa del sistema

oncosoppressore. Questo "secondo colpo", che può essere influenzato da

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fattori ambientali, può determinare lesione di entrambi gli alleli p53 (perdita di

eterozigosi: la perdita della normale funzione di un allele, di un gene nel quale

l'altro allele era già precedentemente inattivato) e quindi potenziare lo sviluppo

del cancro. Infatti, le persone con LFS hanno un rischio circa 25 volte di

sviluppare un tumore maligno a 50 anni rispetto alla media della popolazione, e

sono a rischio per una vasta gamma di tumori maligni, con alta incidenza di

cancro della mammella, tumori cerebrali, leucemia acuta, sarcomi dei tessuti

molli, sarcomi ossei, e carcinoma corticale surrenale.

Cancro ereditario del colon non poliposico – Lynch

syndrome (HNPCC)

È una condizione genetica autosomica dominante che ha un alto rischio di

tumore del colon così come altri tipi di tumore tra cui endometrio, ovaio,

stomaco, intestino tenue, tratto epatobiliare, del tratto urinario superiore,

cervello, e la pelle. L'aumento del rischio di questi tumori è dovuta a mutazioni

ereditarie che compromettono il DNA mismatch repair.

La più comune forma ereditaria di carcinoma del colon (~6% di tutti i casi)

Ereditarietà: 2-hit classica, Penetranza 85-90%, espressività variabile

Adenocarcinomi del colon scarsamente differenziati, non preceduti da poliposi,

età ~45 anni

Altri tumori, soprattutto carcinomi (eccetto polmone)

Sd collegate: Muir-Torre: adenomi sebacei, Turcot: poliposi + tumori SNC

Eterogeneità di locus: MLH1 ~50% delle mutazioni in HNPCC, MSH2 ~35%

MSH6 ~10%, Altri: PMS1, PMS2, MLH3

L’alterazione di uno di questi geni nella linea germinale si riflette in

un’aumentata velocità di accumulo di errori di replicazione, che si traduce nel

fenotipo RER (Replication Errors), particolarmente evidente a livello dei

microsatelliti. Tuttavia, essendo il tumore sporadico del colon-retto molto

frequente, è necessaria un'attenta e corretta anamnesi clinica per

l'identificazione di famiglie HNPCC.

Principale conseguenza: instabilità genomica

– Fenotipo “mutator” - RER+ (replication error)

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– Instabilità dei microsatelliti

Alterazioni di geni del mismatch repair sono state osservate in tumori umani

sporadici, ad es. metilazione del promotore MLH1 e MSH2 in carcinoma del

polmone non a piccole cellule

Fenotipo RER e instabilità dei micro satelliti

L'aggiunta di nuovi alleli microsatellitari è riferita alla instabilità degli stessi (MIN) o ad un

errore di replicazione (RER), indicando possibili mutazioni nel meccanismo di riparazione

cellulare del DNA.

L'aggiunta di insoliti alleli microsatellitari (MIN) è riferita alla instabilità dei microsatelliti o

ad un errore di replicazione (RER), indicando possibili mutazioni nel meccanismo di

riparazione del DNA nelle cellule. Si crede che un altro fenotipo, mostrato da delezioni

cromosomiche, spesso riferito a perdita allelica o a perdita di eterozigosi (LOH), possa

rappresentare la seconda fase di inattivazione genetica, consistente nella teoria della

carcinogenesi "two-hit".

La presenza di instabilità dei microsatelliti è stata dimostrata nei tumori del colon-retto, nel

cancro del colon "non poliposico" a carattere ereditario (il fenotipo RER è stato rinvenuto in

oltre il 90% dei casi di HNPCC)) ed in alcuni tessuti tumorali della vescica e dello stoma

Anemia di Fanconi

Autosomica recessiva, Prevalenza 1/100000 nati, Progressiva insufficienza

dell’emopoiesi con, anemia, trombocitopenia, neutropenia.

Aberrazioni cromosomiche, Mielodisplasia e leucemia mieloide acuta

Alterazioni non neoplastiche in molti organi e sistemi: scheletro, cute, cuore,

reni, intestino.

Sono state studiate le mutazioni di 13 geni che possono esserne la causa: tali

geni codificano per prodotti proteici di natura enzimatica coinvolti nelle vie di

riparazione del DNA da danni da tossine (sostanze alchilanti e così via). Di

queste tredici mutazioni almeno una sarebbe legata al cromosoma X. In tal

caso, per ricorrenza eterosomica, come ovvio, sono molto più soggetti i maschi,

non avendo l'omologo X a complementazione. La malattia è sostanzialmente

dovuta ad una fragilità cromosomica: i cromosomi vanno incontro

spontaneamente a vistose fasi cicliche distruttive (i cromosomi in mitosi si

spezzano, restando frammentati o ricombinati casualmente), tale fatto

provoca, già dalla età prenatale, gravissime anomalie strutturali e funzionali.

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8 gruppi di complementazione basati su ibridi cellulari e sensibilità al

crosslinking del DNA da diepossibutano o mitomicina C

Geni FA (o FANC) A, C, D2, E, F, G. “FANC B” e “FANC D1” identificati con

BRCA2

Gruppi di complementazione

– Complementazione: la combinazione di due alleli mutanti ripristina il fenotipo normale.

Un solo locus: Fenotipo mutante, due loci: Fenotipo normale

– Test di complementazione: Incrocio tra individui, Fusione somatica di cellule

– Il test di complementazione consente di stabilire se le mutazioni che producono lo

stesso fenotipo siano localizzate nello stesso gene o in geni differenti.

– La complementazione indica che due mutazioni si trovano in geni diversi

– L’assenza di complementazione indica che due mutazioni appartengono allo stesso

gene, cioè identificano alleli diversi dello stesso gene

– Il test di complementazione definisce gruppi di mutazioni appartenenti ad un gene

– Un gene viene definito sperimentalmente da un insieme di mutanti che NON

complementano

– La definizione di gruppi di complementazione nelle malattie ereditarie umane permette

di stimare il numero di geni coinvolti, anche prima che i geni stessi siano noti

Elicasi RecQ

Ci sono almeno cinque geni RecQ umani e mutazioni in tre di questi sono

implicate in malattie ereditabili: gene WRN nella  sindrome di Werner

(WS), gene BLM nella sindrome di Bloom  (BS), e RECQ4 nella sindrome di

Rothmund-Thomson. Queste sindromi sono caratterizzate da invecchiamento

prematuro, ingrigimento e perdita dei capelli, cancro, diabete di tipo 2,

osteoporosi e aterosclerosi, tutte malattie comuni in età avanzata. Queste

malattie sono associate ad un’alta incidenza di anomalie cromosomiche,

incluse rottura di cromosomi, delezioni e traslocazioni, mutazioni sito-specifiche.