TumoriTumore o neoplasia: popolazione cellulare di nuova formazione che, quasi sempre, ha preso origine da una sola cellula somatica dell'organismo, colpita da una serie di alterazioni genomiche trasmesse alle cellule figlie

Tumore = tumefazioneNeoplasia = neoformazioneCancro = dal latino cancer (granchio) per le propaggini che hanno le masse tumoraliOncologia = studio della 'massa' tumorale

Alterazioni genomiche cancerogene

strutturali: mutazioni

funzionali: alterazioni del controllo sulla trascrizione genica

Il cancro è una malattia genetica non ereditaria:

Diagnosi precoce

I tumori hanno un periodo di latenza, generalmente molto lungo, che precede la comparsa della sintomatologia

Perchè da una unica cellula cancerosa si formi un tumore clinicamente evidenziabile è necessaria la formazione di una massa neoplastica costituita da almeno 109-1010 cellule tumorali (1-10 g di peso)

Il tempo necessario perchè un tumore duplichi il proprio volume è tanto più breve quanto più numerose sono le cellule che lo costituiscono

Figure 7-12 Biologia della crescita tumorale. Il panello a sinistra illustra lo sviluppo preclinico di un tumore. E' evidente che quando viene rilevato il tumore questo ha già svolto numerosi cicli di raddoppiamento cellulare. Il pannello a sinistra illustra l'evoluzione clonale dei tumori e la generazione dell'eterogeneità delle cellule tumorali. Nuovi sottocloni hanno origine dai

discendenti della cellula che ha avuto la trasforamzione iniziale e con il procedere della massa tumorale questa si viene ad arricchire di varianti che hanno maggiori capacità di evadere le difese dell'ospite ed invadere altri tessuti.

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Eziologia e patogenesi

Cause esogene o ambientali:

Agenti chimici Agenti fisici Agenti biologici

Cause endogene:

Mutazioni ereditarie Mutazioni casuali Squilibri ormonali Agenti mutageni

Alla base della patogenesi del tumore ci sono le mutazioni di determinati geni che controllano la proliferazione e la morte cellulare programmata. Le cause di mutazioni possono essere:

Principali tappe evolutive Iniziazione: mutazioni che trasformano una cellula

somatica in una cellula neoplastica latente Promozione: altri danni genomici causano la

moltiplicazione della cellula neoplastica Progressione: ulteriori mutazioni conferiscono invasività e

metastatizzazione ad alcune cellule della massa neoplastica

FRAGILITA' GENOMICA: quando le mutazioni genetiche vanno a colpire enzimi coinvolti nel processo di riparazione del DNA

Figure 7-27 Simplified scheme of the molecular basis of cancer.

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Tumori benigni Le cellule sono caratterizzate da autonomia

moltiplicativa ma hanno caratteristiche morfologiche e funzionali inalterate

Hanno una crescita più lenta e localizzata nel sito di insorgenza

Sintomatologia: Compressione degli organi adiacenti Eccesso di funzione (produzione di ormoni da parte

di ghiandole endocrine per esempio)

Tumori maligni Le cellule sono atipiche dal punto di vista morfologico e

funzionale Accrescimento rapido Presentano invasività neoplastica Sono in grado di formare tumori secondari a distanza

(metastasi) Sono soggetti a recidiva Danno luogo a cachessia neoplastica (rilasciano TNF una

citochina che causa progressivo e rapido decadimento)

Metodi di diagnosi Diagnostica per immagini (radiografia, tomografia assiale

computerizzata, risonanza magnetica, mammografia)

Esame istologico (prelievo chirurgico o agoaspirazione)

Analisi immunologiche Analisi di biologia molecolare Tecniche endoscopiche Esame citologico (PAP test, esame urine, espettorato etc.)

Classificazione Tumori epiteliali

Benigni: polipo, papilloma, verruca

Maligni: epiteliomi o carcinomi

Tumori dell'epitelio ghiandolare

Benigni: adenomi

Maligni: adenocarcinomi

Tumori connettivali

Benigni: tumori mesenchimali, suffisso -oma (fibroma)

Maligni: sarcomi

Tumori del sistema melanoforo

Benigni: nevi

Maligni: melanomi

Tumori del tessuto emopoietico:

Leucemie: tumori del midollo osseo

Linfomi: tumori dei linfociti maturi

Gradazione Grado di differenziazione Attività proliferativa Aspetto morfologico

Stadiazione

Dimensioni (T1-T4) Stato dei linfonodi regionali e juxtaregionali (N) Presenza di metastasi (M)

I geni colpevoli

Geni che se mutati possono portare a formazione di tumori sono:

gli oncogèni, i geni oncosoppressori e i geni coinvolti nella riparazione del DNA.

Oncogèni

Geni recanti mutazioni attivanti che concorrono alla genesi e sviluppo di tumori

Si comportano da geni dominanti

Sono stati scoperti inizialmente in retrovirus oncògeni

Vengono indicati con acronimi di tre lettere (es. ras, src, bcl, myc) mentre il loro prodotto genico o proteina con la lettera p seguita da un numero corrispondente al peso in kDa della proteina (p60, p98)

o dalle stesse tre lettere con la prima maiuscola (Ras, Src, Bcl, Myc)

Figure 7-32 Modello d'azione dell'oncogene RAS. RAS è una proteina ancorata alla membrana plasmatica (da un gruppo farnesile) dal lato del citosol. Quando una cellula normale viene stimolata

a proliferare attraverso un recettore di crescita, la proteina RAS inattiva (legata a GDP) viene attivata (e si lega a GTP). RAS attiva complessa la proteina RAF e stimola la via delle chinasi a

trasmettere segnali al nucleo. SI inattiva da sola idrolizzando la molecola di GTP a GDP. La proteina RAS mutante è permanentemente attiva perchè ha una mutazione che la rende incapace

di idrolizzare GTP.Downloaded from: Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease (on 16 April 2007 05:23 PM)

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Geni oncosoppressori

Geni recanti mutazioni inattivanti che concorrono alla genesi e sviluppo di tumori

Si comportano da geni recessivi (ecc. nel caso siano attivi in forma multimerica per es.

l'oncosoppressore Tp53 presente nel 75% dei tumori umani)

Figure 7-37 Ruolo della proteina p53 nel mantenimento

dell'integrità del genoma. L'attivazione della p53 normale da danni al DNA o da ipossia

porta all'arresto del ciclo cellulare in fase G1 e induzione degli enzimi che riparano il DNA. Se il DNA viene riparato la

cellula procede con il suo ciclo cellulare, se invece l'operazione

di riparo fallisce allora p53 induce l'attivazione di BAX un gene che promuove l'apoptosi. In cellule

con perdite o mutazioni della p53 il danno al DNA non induce

arresto cellulare e riparo del DNA e perciò le cellule con danni

genetici possono proliverare e dar luogo, nel peggiore dei casi,

a neoplasmi maligni.

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Dopo la fase G1 il ciclo cellulare può venire

bloccato dalla proteina p53, codificata dal gene oncosoppressore Tp53.

p53 viene attivata in presenza di danni al DNA, quindi a sua volta attiva la trascrizione di proteine che arrestano la proliferazione cellulare. Tra queste la p21

che inibisce le CDK proteine che controllano le varie fasi del ciclo cellulare.

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BRCA1, BRCA2 e RAD51 riparano il DNA attraverso una

ricombinazione priva di errori.

Mutazioni presenti in questi geni indicano una propensione al cancro al

seno precoce.

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Geni coinvolti nella riparazione del DNA

Figure 7-31 Localizzazione subcellulare e funzione delle maggiori classi di geni associati al cancro. Gli oncogeni sono colorati in rosso, gli

oncosoppressori in blu, i geni della riparazione del DNA in verde, i geni che regolano l'apoptosi in arancio.

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Perchè da una cellula si sviluppi un tumore si devono accumulare mutazioni che conferiscono le seguenti caratteristiche, comuni a tutti i tipi di cancro:

1. acquisizione dell'autonomia moltiplicativa per sopravvenuta incapacità a sottostare ai meccanismi regolatori della proliferazione cellulare;

2. riduzione o perdita della possibilità di andare incontro a morte cellulare programmata (apoptosi) (es.: perdita della proteina p53);

3. acquisizione della capacità di replicazione illimitata per effetto dell'espressione della telomerasi;

4. angiogenesi: vengono prodotte delle citochine mitogenetiche che provocano la formazione di nuovi vasi sanguigni per fornire ossigeno e fattori nutritivi alle cellule tumorali;

5. riduzione o perdita della capacità differenziativa con conseguente perdita delle proteine di adesione alle altre cellule; adesione alla membrana basale; rilascio di enzimi che degradano la matrice extracellulare.

6.A questo punto le cellule tumorali sono in grado di entrare in circolo sanguigno/lifatico e a seconda delle loro proteine di superficie possono aderire ad altri tessuti e dare luogo a tumori secondari (metastasi)

Tappe evolutive di un tumore

1 Alterazioni della proliferazione cellulare

Può essere dovuta a

- protooncogèni che codificano per proteine coinvolte nell'avanzamento del ciclo (fattori di crescita e loro recettori, fattori di trascrizione, cicline, CDK...)

- sovraregolazione di proteine coinvolte nell'avanzamento del ciclo

- oncosoppressori che codificano per proteine coinvolte nell'arresto del ciclo

- delezione o silenziamento di geni codificanti per proteine coinvolte nell'arresto del ciclo

2 Perdita della morte cellulare programmata nelle cellule neoplastiche

Il gene bcl-2 codifica per una proteina della superficie dei mitocondri che blocca il processo apoptotico. Favorendo

la sopravvivenza cellulare è coinvolto in numerose trasformazioni neoplastiche (linfomi sopratutto).

Causa anche resistenza ai farmaci chemioterapici.

Numerosi virus oncogeni umani codificano per varianti della proteina Bcl-2.

L'inattivazione della proteina p53 comporta la mancanza di repressione di Bcl-2 (antiapoptotica) e di attivazione di

BAX (proapoptotica).

La morte indotta da TNF e può risultare inibita per la mancanza nella cellula neoplastica di recettori di tali

fattori.

3. L'immortalizzazione

Nelle cellule normali ciascuna divisione mitotica comporta un accorciamento dei telomeri, sequenze nucleotidiche presenti alle estremità dei cromosomi e

necessarie per la loro duplicazione.

L'enzima telomerasi che catalizza la formazione delle sequenze nucleotidiche telomeriche normalmente poco o per nulla espresso nelle cellule viene

sovraespresso nelle cellule tumorali. Grazie all'enzima telomerasi dopo ogni divisione mitotica i telomeri vengono

ricostruiti e la cellula può continuare a dividersi.

TELOMERASI (terminal nucleotidil transferasi)

La telomerasi fornisce un “primer artificiale”, grazie ad un RNA templato incorporato nell’enzima, responsabile della sequenza ripetuta dei telomeri. Questo ribonucleoenzima presenta regioni di similarità con le trascrittasi inverse dei retrovirus.

Figure 7-40 Risposte della cellula all'accorciamento dei telomeri.

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4. Angiogenesi tumoraleQuando il tumore supera una certa dimensione la fornitura di ossigeno e nutrienti diventa insufficiente.Il tumore continua ad espandersi se compare e viene selezionato un fenotipo angiogenetico ossia delle cellule che producono e secernono citochine mitogeniche (es. VEGF, fattore di crescita endoteliale vascolare).

IPOSSIA PROTEINE CHINASI SAPKStress Activated Protein Kinases

TRASCRIZIONE DI FATTORI ANGIOGENETICI

Sono stati studiati diversi farmaci antitumorali che inibiscono l'azione dei fattori angiogenetici (es anti-VEGF) o che hanno attività antivascolare (provocano la distruzione dei piccoli vasi sanguigni).

Oltre alla formazione di nuovi vasi sanguigni si ha il rimodellamento del tessuto connettivo, e si possono avere fenomeni di DESMOPLASIA (iperformazione di tessuto fibroso). La crescita del tessuto connettivo è indotta da fattori di crescita tra i quali il TGF.

La riduzione della differenziazione porta a perdita delle proteine di adesione intercell.

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5. Sequenze di eventi nel processo di invasione

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Quindi le cellule si attaccano alla membrana basale tramite recettori per la laminina

6. Sequenze di eventi nel processo di invasione

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Secernono enzimi proteolitici (collagenasi, attivatori del plasminogeno)

6. Sequenze di eventi nel processo di invasione

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Segue la degradazione della membrana basale e la migrazione della cellula tumorale.

6. Sequenze di eventi nel processo di invasione

In figura: la cascata metastatica. Illustrazione schematica dei passaggi che

portano alla diffuzione di un tumore.

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6.

MetastatizzazioneIl fenotipo metastatico non è attribuibile a

un singolo gene ma a più geni che conferiscono alle cellule tumorali entrate in circolo la capacità di arrestarsi in un

determinato sito, grazie all'espressione di determinate molecole di adesione, e di

sopravvivere resistendo alle difese immunitarie dell'ospite.

Ogni tipo di tumore ha un organotropismo caratteristico.

Figure 7-27 Schem semplificato delle basi molecolari del cancro.

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Sistema immunitario e tumori Il sistema immunitario può riconoscere ed eliminare le cellule tumorali I tumori che stimolano maggiomente il sistema immunitario sono quelli di

origine virale I vaccini contro i virus dell'epatite B e del papilloma sono anche vaccini anti-

tumorali (rispettivamente contro il carcinoma epatico e carcinomi ano-genitali)

Il processo flogistico è un fattore di rischio per l'insorgenza di tumori (per aumento produzione di citochine mitogeniche)

Per combattere i tumori vengono usate anche terapie immunologiche:

Vaccini Stimolazione delle autodifese con citochine (IFN, IL-2) Immunotossine: anticorpi monoclonali coniugati a tossine, contro

specifici antigeni tumorali Espansione clonale e riiniezione nel paziente di infociti T estratti da

tumori Espansione clonale e riiniezione di linfociti dal sangue periferico del

paziente trattati con IL-2 e con cellule tumorali dal materiale operatorio

Figure 7-52 Antigeni tumorali riconosciuti dalle cellule T CD8

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Figure 7-53 Meccanismi con i quali il tumore evade il sistema immunitario.

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Ereditarietà e tumori

Alcuni tipi di tumori (1-5%) hanno un SUBSTRATO EREDITARIOossia viene trasmesso dai genitori ai figli un fattore che predispone alla trasformazione neoplastica.

Generalmente viene trasmesso una mutazione ad un gene oncosopressore.

Figure 7-35 Patogenesi del neuroblastoma.

Due mutazoni del locus RB nel cromosoma 13q14 portano alla

proliferazione neoplastica delle cellule della retina.

Nella forma familiare, tutte le cellule somatiche

ereditano un gene RB mutante da un parente

portatore.

La seconda mutazione compare dopo la nascita in una delle cellule della

retina.Nella forma sporadica entrambe le mutazioni

nel locus RB compaiono dopo la nascita.

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Cancerogenesi da agenti chimici

La maggior parte dei cancerogeni chimici sono genotossici Ciascun cancerogeno chimico è caratterizzato da una dose soglia ed è però un 'tossico di sommazione' La cancerogenesi chimica è un processo multifasico (somma di mutazioni successive) Se si somministra all'animale/cellula una dose inferiore a quella soglia l'animale non sviluppa tumore Vi sono sostanze non cancerogene che sono co-cancerogeni: se somministrate insieme a cancerogeni ne abbassano la dose soglia L'azione cancerogena di un composto si somma a quella di altri: sincancerogenesi

Le sostanze cancerogene per l'uomo lo sono anche negli animali e nelle cellule in coltura. Ogni composto chimico di nuova sintesi viene perciò sottoposto a prove di cancerogenesi sperimentale.Dati ottenuti da analisi di carcenogenesi chimica:

Figure 7-49 Schema generale di eventi nella carcinogenesi

chimica. Nota che i promotori causano un espansione clonale della cellula mutata portando ad

un clone preneoplastico. L'ulteriore proliferazione indotta da promotori o altri fattori causa

un accumulo di ulteriori mutazioni e l'emergere di un tumore

maligno.

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Cancerogenesi da agenti biologici

Virus OncoDNA virus Retrovirus

Batteri che causano infezioni persistenti Helicobacter pylori causa cancro allo stomaco

Parassiti La Fascicola epatica causa carcinomi alla vescica e

al colon

Figure 7-23 Cancer incidence and mortality by site and sex. Excludes basal cell and squamous cell skin cancers and in situ carcinomas, except urinary bladder. (Adapted from

Jemal A, et al: Cancer statistics, 2003. CA Cancer J Clin 53:5, 2003.)

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Figure 7-23 Cancer incidence and mortality by site and sex. Excludes basal cell and squamous cell skin cancers and in situ carcinomas, except urinary bladder. (Adapted from

Jemal A, et al: Cancer statistics, 2003. CA Cancer J Clin 53:5, 2003.)

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Figure 7-24 Age-adjusted cancer death rates for selected sites in the United States, adjusted for the 2000 U.S. population. (Adapted from Jemal A, et al: Cancer statistics, 2003. CA

Cancer J Clin 53:5, 2003.)

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FEMALE MALE

Figure 7-25 The change in incidence of various cancers with

migration from Japan to the United States provides evidence that the occurrence of cancers is related to

components of the environment that differ in the two countries. The incidence of each kind of cancer is expressed as the ratio of the death

rate in the population being considered to that in a hypothetical population of California whites with

the same age distribution; the death rates for whites are thus defined as 1. The death rates

among immigrants and immigrants' sons tend consistently toward

California norms. (From Cairns J: The cancer problem. In Readings from Scientific American-Cancer Biology. New York, WH

Freeman, 1986, p. 13.)

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