Tümör büyümesi, invazyon ve metastaz mekanizmaları

Transkript

1 Tümör büyümesi, invazyon ve metastaz mekanizmaları Değerli arkadaşlar hoca slaytın aynısını okudu genel olarak.. Doç. Dr. A. Hakan Çermik Patoloji AD.

2 Tümörün büyümesi Tümörlerin Gelişim Hızı Tümörlerin gelişim hızı genellikle diferansiasyon dereceleri ile ilişkilidir. Hormonal faktörler Kan akımı Benign tümörler genellikle yavaş, Malign tümörler genellikle hızlı büyürler

3 Tümörlerin Gelişim Hızı Tümör hücrelerinin ikilenme zamanı na Tümör hücre havuzundaki çoğalan hücre oranına (growth fraction) Büyüyen kitle içinde kaybolan, dökülen hücre oranına bağlıdır Orijinal transforme hücreler (10 μm) 30 ikilenme 10 9 ( 1gm) 10 ikilenme (1 kg) Vücut 1 kg den fazla tümörleri kaldırmakta zorlanır

4 Tümörlerin Gelişim Hızı Proliferative pool Ölüm Transforme hücreler Farklılaşma Nonprolifeative pool Tümör Gelişmesi şematik : Transforme hücreler devamlı çoğalıyor : Bir kısmı ölüyor, çoğalma devam ederken bir kısmı farklılaşıyor

5 Tümörlerin Gelişim Hızı Klinik olarak tanımlanabilen tümör ; tek bir hücrenin klonal gelişmesiyle oluşmuş heterojen hücre popülasyonunu temsil eder. Kanser stem cell = Tumor-initiating cells (T-ICs) : tanımlamak zor Meme tümöründe > % 2 Akut myeloid lösemide % 0,1-1 T-ICs normale benzer ancak replikasyon oranı yavaştır.

6 KANSERİN MOLEKÜLER TEMELİ Büyüme sinyallerinde kendine yeterlilik Büyümeyi inhibe eden sinyallere duyarsızlık Apopitozis mekanizmasından kaçış DNA tamirinde bozukluk Sonsuz çoğalma kapasitesi Anjiogenez desteğinin gelişmesi İnvazyon ve metastaz yeteneği Anjiogenik switch Damarlanma artışı demek

7 in situ tümör TÜMÖR ANJİOGENEZİ 1-2 mm Tümörler vaskülarize olmadıkları sürece 1-2 mm çapın ya da kalınlığın üzerine çıkamaz. Neovaskülarizasyonun tümör büyümesinde çift yönlü etkisi: Perfüzyon besi ve oksijen gereksinimini sağlar. Yeni oluşan endotel hücreleri polipeptid büyüme faktörleri salgılar komşu tümör hücrelerinin büyümesini uyarır. VEGF bfgf ILGF PDGF anjiogenez invaziv tümör NCI

8 TÜMÖR ANJİOGENEZİ ANJİOGENİK FAKTÖRLER VEGF (vascular endothelial growth factor) bfgf (basic fibroblast growth factor) Anjiogenezis endotel hücre prekürsörlerinin uyarımı ile de novo damar oluşumu = vaskülogenezis + mevcut kapillerlerin dallanması = anjiogenezis NCI

9 Stabil Lokalizasyona uygun yapı ve fonksiyon NORMAL TÜMÖR İnstabil Lokalizasyona uygun olmayan anormal yapı ve fonksiyon Arterioller Kapillerler Venülller Sürekli büyüme halinde Kıvrımlı Düzensiz Geçirgen Perfüzyon bozukluğu Metastaza uygun Robbins

10 ANJİOGENİK BÜYÜME FAKTÖRLERİ Angiogenin Angiopoietin-1 Del-1 Fibroblast growth factors: acidic (afgf) and basic (bfgf) Follistatin Granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) Hepatocyte growth factor (HGF) /scatter factor (SF) Interleukin-8 (IL-8) Leptin Midkine Placental growth factor Platelet-derived endothelial cell growth factor (PD- ECGF) Platelet-derived growth factor-bb (PDGF-BB) Pleiotrophin (PTN) Progranulin Proliferin Transforming growth factor-alpha (TGF-alpha) Transforming growth factor-beta (TGF-beta) Tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) Vascular endothelial growth factor (VEGF)/vascular permeability factor (VPF) ANJİOGENEZ İNHİBİTÖRLERİ Angioarrestin Angiostatin (plasminogen fragment) Antiangiogenic antithrombin III Cartilage-derived inhibitor (CDI) CD59 complement fragment Endostatin (collagen XVIII fragment) Fibronectin fragment Gro-beta Heparinases Heparin hexasaccharide fragment Human chorionic gonadotropin (hcg) Interferon alpha/beta/gamma Interferon inducible protein (IP-10) Interleukin-12 Kringle 5 (plasminogen fragment) Metalloproteinase inhibitors (TIMPs) 2-Methoxyestradiol Placental ribonuclease inhibitor Plasminogen activator inhibitor Platelet factor-4 (PF4) Prolactin 16kD fragment Proliferin-related protein (PRP) Retinoids Tetrahydrocortisol-S Thrombospondin-1 (TSP-1) Transforming growth factor-beta (TGF-b) Tumstatin Vasculostatin Vasostatin (calreticulin fragment)

11 TÜMÖR ANJİOGENEZİ Anjiogenik faktörler: Tümör hücresi ve/veya tümörü infiltre eden inflamatuvar hücreler tarafından yapılırlar VEGF ve bfgf Anjiogenez inhibitörleri: Tümör hücresi tarafından yapılanlar: trombospondin 1 Tümör hücresi tarafından yapımı uyarılanlar: anjiostatin plazminojen endostatin tumstatin kollagen

12 TÜMÖR ANJİOGENEZİ Anjiogenezis Anjogenezis kapasitesi olmadan tümör 1-2 mm. fazla büyüyemez Yeni damarlar Oksijen besin artımı Yeni endotel için salınan IGF, PDGF tümörü büyütür Düzensiz anjiogenez metastazı kolaylaştırır

13 TÜMÖR ANJİOGENEZİ Anjiogenezis Anjiojenik switch; Tümör hücreleri, infilamatuvar veya stromal hücreler Anjojenik faktörler üretiminde artma, anjojenik inhibitörlerde azalma Proteaz; bfgf ECM depolanır PDGF tümörü büyütür Plazminojen, kollajen Anjiogen. inhibitörü anjiostatin ve endostatin salar

14 TÜMÖR ANJİOGENEZİ Anjiogenezis Anjiojenezisi arttıranlar Hipoksi VEGF/FGF HIF-1α RAS, MYC ve MAPK sinyal yolu Anjiogenez inhibitörleri Thombospondin-1 p53 Endostatin Anjiostatin Tumstatin Kanser tedavisinde VEGF inhibitörleri kullanılır

15 TÜMÖR ANJİOGENEZİ Anjiogenik switch = anjiogenik fenotipe dönüşüm moleküler mekanizmaları henüz bilinmiyor. wild tip p53 geni hipoksi apopitozis trombospondin 1 in sentezi HIF-I ve VEGF mutant p53 geni hipoksi rezistans trombospondin 1 düzeyi HIF-I ve VEGF anjiogenezis

16 TÜMÖR ANJİOGENEZİ NCI İnhibitörler Aktivatörler İnhibitörler Aktivatörler Kan damarı Hücre bölünmesi nadir Hücre bölünmesi sık Anjiogenez invazyon ve metastaz için şarttır. Kanser mortalitesinin >%85 inden sorumludur! Anjiogenezin yaygınlığı ile metastaz olasılığı ~ (+) korelasyon

17 ANJİOGENEZ İNHİBİTÖRLERİNİN TEDAVİDE KULLANIMI Tümörde anjiogenez: düzensiz kan akımı + interstisyel sıvı basıncı O 2 ve besi maddelerinin tümöre ulaşımında güçlük Bu durum radyoterapi + kemoterapiyi nasıl etkiler? Tümörlerde antianjiogenik tedavi: anjiostatin, endostatin ve tumstatin VEGF ve VEGF-R2 ye karşı antikorlar veya VEGF-R2 yoluyla sinyal iletimini inhibe eden küçük moleküller

18 ANJİOGENEZ İNHİBİTÖRLERİNİN TEDAVİDE KULLANIMI Farelerde, Endostatin enjeksiyonları primer tümör regresyonu Zamanla primer tümörde rekürrens Enjeksiyonun tekrarlanması regresyon Birkaç kez rekürrens, tedavi ve regresyon ardından primer tümör küçük bir boyutta kalır ve büyümez. Her rekürrenste tümörün tedaviye aynı hassasiyeti koruduğu görülmektedir. Klasik kemoterapiden farkı? İnsanlarda, Endostatin in faz II klinik denemeleri başlatılmış, ancak geliştirilmesi için yatırım yapan bir firma yok.

19 ANJİOGENEZ İNHİBİTÖRLERİNİN TEDAVİDE KULLANIMI 1999 ABD de National Cancer Institute direktörü Dr. Richard Klausner, kansere karşı antianjiogenik tedavilerin geliştirilmesinin öncelikli hedef olduğunu belirtmiştir VEGF nin bir izoformuna karşı geliştirilen bir monoclonal antikor ilacı olan Avastin (Bevacizumab), kanser hastalarında tümör anjiogenezini inhibe ederek survivi uzantan ilk antianjiogenik ilaç olarak geniş tabanlı klinik çalışmalara sunulmuştur Avastin, hedefe yönelik tedavi ajanı olarak FDA onayı alan ilk anjiogenez inhibitörü olarak ABD de piyasaya sürülmüştür. Ticari adı ve kolorektal kanserlerde kemoterapi ile birlikte kullanımı onaylanmıştır.

20 Tümör büyümesi, invazyon ve metastaz mekanizmaları İnvazyon-infiltrasyon: Tümörün çevre dokulara yayılımıdır. Metastaz: Lenfatik, kan damarları, vücut kaviteleri yoluyla, tümörün diğer organlara ulaşmasıdır. Metastaz yunanca da farklı bir bölgeye yerleşme anlamına gelir. Bu özellik malign tümörleri benign tümörlerden ayıran en önemli özelliktir.

21 Tümör büyümesi, invazyon ve metastaz mekanizmaları Malign tümörlerin en önemli biyolojik özellikleri invazyon ve metastaz yapabilme yetenekleridir. Gerçekleşmesi için bazı basamakların geçilmesi gerekli.

22 Tümör büyümesi, invazyon ve metastaz mekanizmaları Prensip olarak; Tümör hücreleri ana kitleden ayrılacak. Kan damarı ya da lenfatiklere girecekler. Başka bir yerde ikincil olarak büyümeye devam edecekler. Bu aşamalardan birinde olacak aksamada tümör hücresi yaşamını yitirebilir.

23 Tümör büyümesi, invazyon ve metastaz mekanizmaları Fare çalışmaları primer tümörden hergün milyonlarca hücrenin sirkülasyona salındığını göstermiştir. Buna karşın sadece birkaç metastaz ortaya çıkmaktadır. Tümör içindeki hücreler metastatik potansiyel yönünden heterojendir. Sadece belli bazı subklonlar bu basamakları geçebilecek doğru gen ürünlerine sahiptir.

24 METASTAZ GELİŞİMİ

25 Tümör büyümesi, invazyon ve metastaz mekanizmaları Metastatik süreçte; İlk olarak bazal membran aşılmalıdır. İnterstisyel bağ dokuya geçip, ilerlemelidir. Vasküler yapılara penetre olmalıdır. Tümör embolisi olup damar duvarına yapışmalıdır. Ekstravaze olmalıdır. Bu uzak bölgede büyümeye devam etmelidir.

26 İNVAZYON VE METASTAZ KASKADI 1. Ekstrasellüler matriks invazyonu bazal membranlar interstisyel bağ dokusu Kollagen Glikoprotein Proteoglikan 2. Vasküler yayılım ve tümör hücrelerinin yeni odaklara yerleşimi (+ ekstrasellüler matriks invazyonu)

27 Tümör büyümesi, invazyon ve metastaz mekanizmaları Ekstraselüler matrikse invazyon Dört aşamada gerçekleşir: 1-) Tümör hücrelerinin birbirinden ayrışması 2-) Matriks komponentlerine tutunma 3-) Ekstraselüler matriksi yıkma 4-) Tümör hücrelerinin migrasyonu.

28 EKSTRASELLÜLER MATRİKS İNVAZYONU 1. Tümör hücrelerinin birbirinden ayrılması (kopması, gevşemesi ) Adhezyon molekülleri: E-kadherin Kateninler

29 İNVAZYON VE METASTAZ Adhezyon molekülleri E-kadherin = Epitelyal kadherin transmembran glikoprotein epitel hücrelerini bir arada tutulması + hücreler arası sinyallerin yayılması kolon ve meme adenokarsinomlarında ekspresyonu Katenin protein grubu E-kadherinlerin hücre iskeletine bağlanması + normal fonksiyonunun sağlanması bazı tm.lerde geni mutasyonlu

30 EKSTRASELLÜLER MATRİKS İNVAZYONU 2. Tümör hücrelerinin matriks komponentlerine yapışmaları Yüzey reseptörleri: laminin reseptörü fibronektin reseptörü integrinler (fibronektin, laminin, kollagen ve vitronektin reseptörü)

31 EKSTRASELLÜLER MATRİKS İNVAZYONU Tümör hücrelerinde yüzey reseptörleri: Karsinomlarda reseptör sayısı ve reseptörler hücre membranının her tarafına dağılmış Örn. meme ve kolon karsinomlarında laminin reseptörlerinin yoğunluğu ~ invazyon potansiyeli Karsinom hücreleri fazla miktarda ve köken aldıkları normal dokularda bulunmayan integrinleri yapabilirler Örn. melanomda α 4 β 1 integrin (VLA-4) ekspresyonu ~ metastaz potansiyeli

32 TÜMÖR HÜCRE YÜZEY RESEPTÖRLERİNİN TEDAVİDE KULLANIMI Tümörlerde oluşan yeni kan damarlarında bulunan αvβ3 integrin olarak adlandırılan bir vasküler integrin, normal dokuların eski damarlarında yoktur. αvβ3 vasküler integrine karşı geliştirilmiş bir monoklonal antikor olan Vitaxin, farelere zarar vermeden tümörlerini küçültmektedir. İnsanlarda faz I ve II çalışmaları tamamlanmıştır. Solid tümörlerde minör yan etkiler ile birlikte umut verici sonuçlar alınmıştır.

33 EKSTRASELLÜLER MATRİKS İNVAZYONU 3. Ekstrasellüler matriksin parçalanması Proteazlar: Serin proteinaz: plazminojen aktivatörü Sistein proteinaz: katepsin D Matriks metalloproteinazlar (MMP): tip IV kollajenaz (MMP9 ve MMP2) Antiproteazlar

34 EKSTRASELLÜLER MATRİKS İNVAZYONU Tümör hücrelerinde MMP: Bazı karsinomlar, melanomlar ve sarkomlarda bu kollajenazlar Meme ve kolonun in situ lezyonları ile adenomlarında tip IV kollagenaz içeriği, invaziv lezyonlardan daha az Deneysel hayvanlarda metalloproteinazın doku inhibitörlerini (TIMP) oluşturan gen transfeksiyonu kollajenaz aktivitesi metastaz Metalloproteinaz inhibitörlerinin kanser tedavisinde önemli bir rolü olabilir mi?

35 EKSTRASELLÜLER MATRİKS İNVAZYONU Matriks yıkım ürünlerinin tümör hücreleri üzerinde etkisi: invazyon için pasaj büyümeyi destekleyici (PDGF, TGFβ ve b-fgf) anjiogenezi uyarıcı kemotaktik aktivite MMP9 + MMP2 tip IV kollagen parçalanma ürünleri VEGF gibi anjiogenik faktörler + endostatin ve tumstatin gibi antianjiogenik faktörler MMP2 laminin-5 i parçalar kanser hücrelerinde motilite sağlayan bir proteolitik fragman

36 EKSTRASELLÜLER MATRİKS İNVAZYONU 1. Tümör hücrelerinin birbirinden ayrılması (kopması, gevşemesi ) 2. Matriks komponentlerine yapışmaları 3. Ekstrasellüler matriksin parçalanması 4. Tümör hücrelerinin göçü (lokomosyon)

37 METASTAZ KASKADI 2. Vasküler yayılım ve tümör hücrelerinin yeni odaklara yerleşimi (+ ekstrasellüler matriks invazyonu) Organ tropizmi nedenleri? Tümör hücrelerinin ligandları hedeflenen organın endotel hücrelerinde bulunan adhezyon moleküllerini eksprese edebilirler. Bazı hedef organlar tümör hücrelerini çeken maddeler (ILGF I ve II) salgılayabilir. NK hücreleri Hedef doku, tümör tomurcuklarının gelişmesi için elverişli olmayabilir.

38 YIKIM Proteolitik enzimler sekrete ederler ya da konakçıda stromal fibroblast veya infiltre makrofajları indüklerler. Serin (ürokinaz tip plazminojen aktivatör) Sistein (katepsin-d) Matriks metalloproteinazlar (MMP) olarak üç gruptur. Tip IV kollajenaz epitel veya vasküler bazal membranın tip IV kollajenini yıkan bir matriks metalloproteinazdır (MMP-2).

39 YIKIM Kanserler, lenfatik yayılım daha sık Sarkomlar, hematojen yayılım (en sık Akciğer) Skip metastaz Yakındaki lenf düğümüne değil başka bir lenf düğümüne yapılan metastaz Pek çok karsinom, melanom ve sarkomlar yüksek düzeyde tip IV kollajenaz içerir. Doku metalloproteinaz inhibitörleri (TIMP) kanser tedavisinde değerli olabilir. Katepsin-D (sistein proteaz) meme kanserinde prognostik öneme sahiptir. Yüksek düzeyde saptandığında daha invazivdir.

40 MİGRASYON-I Motilite faktörleri (otokrin) Timosin ß15 normal ve benign prostat hiperplazisinde eksprese olmazken, kanserde up-regüle olarak izlenir. Hepatosit growth faktör met protoonkogeni HGF için reseptör proteini kodlar.

41 MİGRASYON-II Matriks komponentlerinin yıkım ürünleri (kollajen, laminin) Tümör hücrelerinin çoğalmasını indükler. Anjiojeniktir. Kemotaktiktir.

42 Vasküler yayılım ve tümör hücrelerinin uzak dokulara yerleşmesi Sirkülasyondaki hücreler doğal ve adaptif immun savunma mekanizmalarıyla yok edilmeye çalışılırlar (Tümör immünitesi). Sirkülasyondaki tümör hücreleri agregatlar oluşturma eğilimindedir. Bu homotipik (tümör-tümör) veya heterotipik (tümör-kan hücresi, özelliklede trombosit) şekilde olur. Bu agregatların oluşması hem tümör hücre sağ kalımını, hem de bir dokuya tutunabilme yeteneklerini (implantasyon) arttırır. Tümör embolilerinin ekstravazasyonu; Endotele bu hücrelerin adezyonu ve Daha sonra bazal membrana ilerlemesi ile mümkün olur. Adezyon molekülleri (integrin, laminin reseptörleri) ve proteolitik enzimler önemli rol oynar.

43

44 Vasküler yayılım ve tümör hücrelerinin uzak dokulara yerleşmesi CD44 T lenfositler tarafından eksprese olan bir adezyon molekülüdür. Normalde T lenfositlerin lenfoid dokularda selektif yerlere migrasyonu için yol göstericidir. Başta kolon karsinomu olmak üzere prostat, larinks, serviks ve endometriyal kanserlerde artarak (upregüle olarak) metastazı kolaylaştırlığı gösterilmiştir. Prognostik önemi vardır.

45 Vasküler yayılım ve tümör hücrelerinin uzak dokulara yerleşmesi Metastazın dağılımı her zaman doğal drenaj yolları ile paralel gitmez. Prostatik adenokarsinom Kemik Bronkojenik karsinom Adrenal gland ve beyin Meme kanseri Karaciğer, kemik ve over, Nöroblastom Karaciğer, kemik öncelikle metastaz yapar.

46 Vasküler yayılım ve tümör hücrelerinin uzak dokulara yerleşmesi Organ tropizmi üç mekanizma ile ilişkili olabilir: Tümör hücreleri hedef organ endotel hücrelerinde var olan liganda uygun adezyon moleküllerini eksprese ediyor olabilir. Bazı hedef organlar kemoatraktif maddeler salarak tümör hücrelerini çekiyor olabilir. Hedef doku tümör hücresi için uygun olmayan bir ortam yaratıyor olabilir. Proteaz inhibitörü eksprese etmek gibi.

47 Metastazın Moleküler Genetiği Tek bir metastaz geni saptanmış değil. Multifaktorial Adezyon molekülü ekspresyonu, kollajenaz yapımı, motilite faktör salınımı gibi. Metastaz baskılayıcı genlerde değişiklik olabilir. E-kaderin, TIMP aktivitesinde azalma gibi Karşılaştırmalı genetik analiz çalışmaları sonucunda NM23 gen ürününde artışın metastazı azalttığı bulunmuştur. (Tümör supresör gen?).

48 Metastazın Moleküler Genetiği Aday metastaz supresör genler: NM23 geni; Meme, kolon, larinks, serviks kanseri, malign melanoma PTEN geni; Prostat, glioma, meme kanseri KAI-1 geni; Prostat kanseri KiSS-1 geni; Meme kanseri ve malign melanomda metastazı suprese edici etkileri gösterilmiştir.