Prof Dr Türkan Patıroğlu Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi Pediatrik Hematoloji-Onkoloji BD Kayseri

Transkript

1 Prof Dr Türkan Patıroğlu Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi Pediatrik Hematoloji-Onkoloji BD Kayseri

2 Kök hücre nedir? Tipleri? HKH ve Niş Hatalı HKH ve lökomogenez HKH ve LKH? Benzerlik ve farklıları? 4 LKH ve ilaç direnci LKH ve Tedavi

3 KÖK HÜCRE NEDİR? TİPLERİ?

4 Kök Hücre Vücudumuzda bütün doku ve organları oluşturan ana hücrelerdir. Henüz farklılaşmamış olan bu hücreler sınırsız bölünebilme kendini yenileme organ ve dokulara dönüşebilme yeteneğine sahiptir. 4

5 Kök Hücreyi Diğer Hücrelerden Ayıran Özellikler Normal Vücut Hücresi Sınırlı sayıda çoğalma ya da hiç çoğalmama Bir görevi yapmak üzere farklılaşma Bir başka hücre tipine dönüşememe Kök Hücre Sonsuz bölünme ve çoğalma yeteneği Farklılaşmamış olma, Farklılaşmış hücrelere dönüşebilme 5

6 KÖK HÜCRE ÇEŞİTLERİ Farklılaşma Özelliklerine Göre Elde Edildikleri Yere Göre Totipotent Hücre Pluripotent Hücre Multipotent Hücre Embriyonel Kök Hücresi Erişkin Kök Hücresi Fetus Kök Hücresi 6

7 Embriyonel Kök Hücre Blastosist adı verilen hücre kümesinden alınan hücrelerin her biri embriyonel kök hücredir Kültürlerde çoğaltılan EKH, bilimsel araştırmalarda kullanılmaktadır. 7

8 Erişkin Kök Hücreler Farklılaşmış dokularda bulunan ancak farklılaşmamış hücrelerdir. İhtiyaç duyulduğunda bulundukları dokudaki değişik hücre türlerine dönüşürler. Hayat boyu kendi kopyalarını üreterek çoğalırlar. Bulundukları dokularda eskiyen, hastalanan veya ölen hücrelerin yerine yenilerini üreten yedek parça kaynaklarıdır. 8

9 Fetüs kök hücresi Düşük yapan kadınlardan elde edilen ve sınırsız sayıda bölünebilme ve kendini yenileme özelliğine sahiptirler. Pluripotent yapıda olup gerekli koşullar sağlandığında çeşitli hücre türlerine dönüşebilirler. Bu hücreler, farklılaşarak kromozom sayısını yarıya indirip yumurta ya da sperm hücresine dönüşebilirler ama tek başına bir organizmayı oluşturma özelliğinde değildirler. 9

10 Tutipotent Hücre Zigot tek başına tüm organizmayı meydana getirebilecek genetik bilgiye ve güce sahiptir. Bu hücrelere her şeyi yapabilen anlamına gelen tutipotent hücre denir. Döllenmeden sonra ilk 4 gün içinde oluşan hücrelerin her biri tutipotent hücredir ve her bir hücre ayrı bir organizmayı oluşturabilecek güce sahiptir. 10

11 Pluripotent Hücre Döllenmeden sonraki 5. günden itibaren hücreler blastosist denilen küresel bir şekil alır. Bu kürenin içindeki hücreler vücuttaki tüm hücrelere dönüşebilecek potansiyele sahip olmalarına rağmen tek başlarına tüm organizmayı oluşturacak güce sahip değillerdir. 11

12 Pluripotent hücreler, gerekli ortam hazırlandığında bilinen 200 hücre türüne dönüşebilecek güce sahiptirler. 12

13 Multipotent Hücre İntrauterin dönemde sonraki gelişim aşamalarında hücreler biraz daha özel görevlere sahip olurlar ve erişkin kök hücrelerine dönüşürler. 13

14 HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE (HKH) ve NİŞ

15 HKH HKH ler, kemik iliğinde bulunurlar ve gerektiğinde lökosit, eritrosit ve trombositlere dönüşürler. HKH lerin bir kısmı da progenitör hücrelere dönüşür. 15

16 HKH nin Kaderi Kendi kendini yenileme ve farklılaşma arasında denge olmalı Kendi kendini yenileme sayesinde Kİ de devamlı hücre depolanması olur. 16

17 HKH ve Niş Huang X et al. Cell Death Differentiation 2007;14 Kök hücreler kemik iliğinde uygun bir yuva içinde (niş) bulunurlar. Osteoblastik niş (trabeküler kemik kavitesi): Uyku halinin devamı için gereklidir. Bu durum HKH leri enfeksiyon, x-ray ve ilaçların Sitotoksisitesinden korur. Vasküler niş: Proliferasyon, Diferansiasyon Migrasyonu için gereklidir 17

18 HKH Sessizliği, Yenilenme ve Farklılığı Niş içinde yerleşmiş olan kök hücreler çoğalma sinyali almadığı sürece sessiz formdadır. İntrensek mekanizmalar: Niş bağımsızdır. HKH nin genetik/epigenetik durumu Kromatin remodelleri transkripsiyon faktörleri) ile kontrol edilir. Ekstrensek mekanizmalar: Niş tarafından kontrol edilir. Sitokin ve büyüme faktörlerinin salımı 18

19 HKH Sessizliği ve Çoğalması Periferik kanda hücrelerin eksilmesi hücre siklusunun G0 fazında bulunan sessiz konumdaki hücrelere uyarı olarak gelir Çoğalma sinyali alan HKH öncelikle kendi kendini yeniler (self renewal) 19

20 HKH nin Kaderi HKH nin kaderi osteoslastlar ve stromal hücrelerden salınan büyüme faktörleri ve sitokinlere bağlıdır. TGF-b: Hücre büyümesi için negatif düzenleyici Ang-1: HKH nin sessizliğinden sorumlu Wnt : HKH nin çoğalma sından sorumlu 20

21 HKH çoğalması Wnt sistemi, reseptörlerinin bağlanması ile aktif hale gelir, kateninin yıkılım kompleksinden ayrılmasını sağlar, nükleusa geçer ve Cyclin D1 ve C-MYC gibi genlerin tarnskipsiyonunu düzenleyerek kök hücrelerin kendi-kendini yenilemesini ve farklılaşmasını sağlar. Sinyal ileti sistemlerinde bir aksilik olursa tümör gelişir, progenitör bölgeyi kaplar ve iyileşmeyi takiben tekrar nişlerine geri döner ve uyku dönemine geçerler. 21

22 HKH ve Mutasyon Niş içinde yerleşmiş olan sessiz HKH ler mutasyona karşı iyi korunur Çoğalma evresinde ise en fazla mutasyona maruziyet olur. Ortamdaki O2 azlığı veya PH değişiklikleri mutasyon olasılığını arttırır. Metabolik nedenler veya çevresel faktörlerle hücre çoğalmasını, farklılaşmasını kontrol eden genler ve gen kontrol mekanizmalarında ortaya çıkan her mutasyon kanser nedeni olabilir.

23 Hatalı kök hücre ve lösemi patogenezi

24 Kendi kendini yenileme işlevi ve lösemi kök hücre oluşumu Çevresel faktörler mutasyon Nature Review Cancer 2005;5:

25 25

26 Lösemik Kök Hücre (LKH)nin Kökeni Lösemi, HKH ve kök hücreden oluşan progenitör hücrelerde ortaya çıkan mutasyonlar sonucunda transformasyon oluşması ile görülen bir hastalıktır. LKH için ilk tanımlama Lapidot ve ark. tarafından AML li hastalarda yapılmıştır. Nature 1994;367:

27 Hiyerarşik Model Lösemi hücreleri heterojen yapıya sahiptir. Hastalık tek bir hücreden kaynaklanmasına rağmen klonal özellik göstermektedir. LKH ile ilgili araştırmalarda; Bağışıklık sistemi baskılanmış NOD /SCID farelere insan lösemi kök hücreleri verilir. 27

28 İnsan Akut Myeloid Lösemi (AML) Hücrelerinden Lösemi Gelişmesi CD34+/ CD38- LÖSEMİ GELİŞMEKTE AML HASTASINDAN ALINMIŞ BLASTLAR NOD/ SCID fare CD34+/ CD38+ LÖSEMİ YOK Bonnett D, Dick JE. Nat Med 1997;3:

29 Sitogenetik anomaliler tek başına lösemi oluşturabilir mi? Ek bir başka moleküler anomali daha olmalı T(8;21) CBFB-MYH11 miyeloid farklılaşma füzyon geni blokajı CBFB-MYH11 FLT3 /RAS Lösemi 29

30 Lösemi - Mutasyonlar Kronik miyeloid lösemide (KML) olduğu gii ya tek bir mutasyonla ( Ph ) ya da farklı lösemi türlerinde olduğu gibi birbirini tamamlayan mutasyonlar ile lösemi oluşur. 30

31 AML de Mutasyonlar AML patogenezinde rolü olan mutasyonlar: 1. Sinyal ileti sistemini aktive edenler 2. Transkripsiyon faktörleri ile farklılaşmada azalma veya çoğalmada artışa neden olanlar Aynı gruptan iki mutasyonun bir arada olması (nadiren) İki gruptan ayrı mutasyonların birlikteliği (genellikle) 31

32 AML de Sinyal İleti Sistemi Anormallikleri Proliferasyondan sorumlu genler: RAS KİT FLT3 (%25 pozitif) 32

33 AML Patogezinde Sitogenegtik Bulgular ve Eşlik Eden Moleküler Anomaliler 33

34 Lösemi Oluşumunun Moleküler Temeli Lösemi kliniği çıkmadan önce, yıllarca küçük prelösemik bir klonda mutasyon olabilir. Normal lenfoid gelişim sırasında, İmmünglobulin (Ig) oluşumu ve TCR gen düzenlenmesi sırasında mutasyon riski artar. ALL de gözlenen kromozomal translokasyonlar klonal gelişimde anahtar role sahiptirler. Genellikle translokasyonlar aşırı ekspresyona sebep olan TCR veya Ig lokusundaki bir protoonkogen veya değişik onkogenik etki ile yeni bir kimerik proteinin kırılması sonucu genlerin füzyonu ile oluşur. 34

35 Lösemi Oluşumunun Moleküler Temeli Hematopoetik proliferasyon, diferansiyasyon ve apopitozu kontrol eden düzenleyici genlerdeki mutasyonlar Hücre sinyal yolağındaki spesifik kinazlar Proteinlerin ekspresyon veya aktivitesini etkileyen protoonkogenlerin aberan ekspresyonu Süpresör genlerin baskılanması Kromozomal translokasyonlar ile kodlanan kimerik transkripsiyon ekspresyonu 35

36 Lösemi oluşumu ve Antiapopitotik Normal şartlarda hücrede bir sorun varsa veya mutasyon oluşması ile hücre apopitoza yönelir. Apopitozda öncelikle kaspaz enzim sistemi aktive edilir. Hücrenin bu aşamada apopitoza girememesi genellikle kanser oluşumunu tetikler. Apopitoza giremeyen hücre istenmeyen yönde farklılaşır, ölümsüzleşir ve malign şekle döner. Lösemi oluşumu, farmakogenetik (yatkınlık) ve kimyasal mutajenler ve ionize radyasyon gibi çevresel faktörler arasındaki etkileşime bağlıdır. Etki 36

37 Lösemi Oluşumunun Moleküler Temeli Erişkin foliküler ve B-hücre lenfomasındaki t(14;18), BCL-2 proteininin apopitozu önlediği gösterilmiştir. Lösemik blastlarda BCL-2 artışı ile ALL ve AML prognozunun kötü gidişi arasında korelasyon vardır. 37

38 38

39 LKH ve Sinyal İleti Yolakları PTEN-/- Fare HKH nin kendi kendini yenileme özelliği kaybı-akut lösemiye dönüşüm PTEN inaktivasyonu ile PI3- K/Akt aktiflenir, AML dönüşüm yolağı aktiflenmiş olur AML dönüşüm yolağının en önemli aktivasyon basamağı mtor aktivasyonudur. Sean Morrison, Linheng Li, Andreas Trumpp 39

40 LKH ve Sinyal İleti Yolakları Kendini yenileme için HKH ve LKH de moleküler mekanizmalar aynıdır Fakat BCR-ABL ve AML1-ETO gibi kromozomal translokasyonlar ile RAS taki veya FLT-3 ve c-kit gibi tirozin kinaz mutasyonları ile başlatılan sinyal iletileri farklıdır 40

41 LKH ve Sinyal İleti Yolakları Chumsri S et al. Clin Cancer Res 2007; 13:

42 Notch Nöral fonksiyon ve angiogenesiste, etkili Notch 1 aktivasyonu ile B-hücre gelişiminin inhibisyonu t(7:9) taşıyan T-ALL de aktif bulunmuş <%1 T-ALL vakada bu kromozomal anormallik bulunmuş >50 T-ALL vakada somatik nokta mutasyonu tespit edilmiş Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:

43 Wnt/β-catenin Nörogenesis ve nöronal farklılaşma, Wnt proteinleri kök hücre büyüme faktörü İmmatür timositler üzerine etki ile T hücre gelişimi Wnt aktivasyonu ile ALL, KLL ve blastik faz KML ye ilerleme Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:

44 SHH (Sonic hedgehog homolog) 7q36 SSS gelişimi, kemik rejenerasyonu Medullablastoma, B- KLL, mantle cell lenfoma, pankreas ca., MM Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:

45 MikroRNA Küçük, protein kodlamayan RNA parçaları olup, gen ekspresyonunun posttranskripsiyonel regülatörüdürler. Hücre proliferasyonu, farklılaşma, apoptozis gibi fonksiyonlardan sorumludur. Xia HP. J Cancer Mol 2008; 4:

46 LKH ve Niş etkileşiminde mekanizmalar Lane S et al.blood 2009;14 46

47 47

48 HKH ve LKH? Benzerlik ve Farklıları?

49 LKH (DİĞER KÖK HÜCRELERDEN FARKLI DEĞİLDİR!) Uyku döneminde kalabilir Farklılaşabilir Kendisini yenileyebilir Apoptozise gidebilir 49

50 HKH ile LKH Arasındaki Potansiyel Biyolojik Farklılıklar Hücre yüzey belirteçlerinde farklılıklar Kendi-kendini yenilemede farklılıklar Apopitozise direnç İlaç direnci kapasitesinde artış 50

51 HKH ve LKH Yüzey Belirleyicileri Normal HKH fenotipi CD34+ CD38- CD123- (IL-3) HLADR- CD33+ CLL-1- CD90+ (Thy-1) CD117+ (c-kit) AML kök hücre fenotipi CD34+ CD38- CD123+ HLADR- CD33+ CLL-1+ CD90- CD117-?CD44+ 51

52 HKH ve LKH Yüzey Belirleyicileri CLL-1 (C-tip lektin-benzeri molekül-1) : Fonksiyonu tam olarak bilinmez. AML li hastaların %92 inde erken relapsta (+) olduğu saptanırken HKH de negatif olduğu gözlenmektedir. CD44 : Yeni belirlenen bir belirteç tir. Hyaluronik asit ve kemik iliği niş komponentine karşı reseptördür. CD44, LKH nin kana göçünü sağlar 52

53 4 LKH, İlaç Direnci ve Tedavi

54 Hedefe Yönelik Tedavi Hedef Lösemik Kök Hücre Konvansiyonel Kemoterapi Lösemik kök hücre hedefli tedavi Hastalığın nüksü Tümörün yokolması Lösemil kök hücre hedefli tedavi+konvansiyonel kemoterapi Tümörün küçülmesi Remisyon sağlanması 54 Huntly and Gilliland, Nature Reviews Cancer, 2005

55 İlaç Direnci ve Hastalık Relapsı Kanser hücrelerinde Sayısız büyüme faktörü adenosine 5 -triphosphate (ATP)- binding cassette (ABC) multidrug efflux transporters Antiapopitotik faktörlerin (MYC, BCL-2, NF-kB ve survivin) aktivasyonunun değişmesi veya aşırı sentezlenmesi Tümör baskılayıcı genlerin (P53, PTEN) aktivasyonun azalması veya sentezinin azalması 55

56 LKH-Niş Etkileşimi ve Regülatörleri

57 LKH ve İlaç Direnci HKH nin adezyon ve migrasyonundan sorumlu olan ve nişte bulunan VLA-4 (α 4β1) proteini insan AML hücrelerinin az bir kısmında sentezlenmektedir.. Hücre zarında bulunan bu protein nişte görev yapar ve fibronektin ile vasküler hücre adezyon molekülü-1 in etkileşimi için gereklidir. Çalışmalarda VLA-4 (+) AML hücrelerinin VLA-4 (-) olanlara göre kemoterapiye daha dirençli olduğu bulunmuştur. Bu durum prognoz yönünden önemli bir göstergedir. 57

58 LKH ve Nişe Yönelik Tedavi Hedefleri LKH niş etkileşimini hedefleyen tedaviler; sitokinler, kemokinler ve ekstrasellüler matriks, PI3K, MAPK, STAT3 ve NF-kB yi aktive eder. Hedefler: Antiapopitotik sinyaller Homing ve adezyonu etkileyenler Lösemik hipoksik çevre Kendi kendini yenileme yolağı Hayati sinyaller

59 LKH vetedavi ABC transporter inhibitörlerinin kullanımı NF-kB nin hedeflenmesi Kendi kendini yenileme yolağının hedeflenmesi mtor inhibisyonu İmmünoterapi LKH nin hedeflenmesi 59

60 LKH ve Tedavi Fare modellerinde CXCR4 antagonistlerinin AML de dolaşımdaki progenitör hücrelerin ve lösemik hücrelerin mobilizasyonunu ve kemoterapinin etkisini artırdığı bulundu. NF-kB antiapopitotik yolun inhibisyonunu sağlayan Partenolid veya proteasom inhibitörleri akut ve kronik lösemide tedavi seçeneği olabilir. 60

61 Parthenolide: LKH-spesifik toxin? Parthenolide (PTL) O O O Meksika-Hindistan şifalı bitkilerindendir Antienflamatuvar ve analjezik etki gösterir NF-kB nin potent inhibitorüdür (**IKK üzerinden) Anti-tumör aktiviteye sahiptir. **IKK: IκB kinase complex Craig Jordan 61

62 Parthenolide NOD/SCID farelerde LKH aktivitesini selektif olarak inhibe etmektedir! Craig Jordan 62

63 LKH üzerine Rapamisin etkisi mtor aktivasyonu Rapamisin ile inhibe edilir! Rapamisin Rapamisinin farede lösemiyi önlediği gösterilmiştir. HKH fonksiyonlarını normale döndürür Sean Morrison, Linheng Li, Andreas Trumpp 63

64 LKH ve İmmunoterapi CD44 MoAb (hyaluronik asit için ve kemik iliği niş komponentine karşı reseptör) tedavisi AML ve KML modellerinde LKH nin engraftını önleyebilir. CD47 MoAb, fagositozu artırarak konağın doğal (innate) immün cevabını tetikler. LKH nin spesifik hedefi CD123 (IL-3 R α) e karşı MoAb olmalıdır. Böylece kemik iliğine yerleşme (homing) ve sinyal yolakları baskılanır. 64

65 LKH ve İmmunoterapi HÜCRE YÜZEY BELİRTECİ (Örn:CD123) HKH Y Anti-CD123 LKH Normal klon Lösemik klon 65

66 AML Kök Hücresindeki IL-3 Belirtecine (CD 123) Karşı İmmunoterapi DT388 (G 4 S) 2 IL-3 DT388-IL3 FÜZYON PROTEİNİ (IL-3 ile füzyona uğratılmış difteri toksini) NOD/SCID model DT(388)IL3 (2 microg), DT(388)GMCSF (2 microg), DAB(389)IL2 (2 microg), cytarabine (80 microg) veya anti-cd33-calicheamicin conjugataz (5 microg) iki haftalık enjeksiyonu Black JH et al, Diphtheria toxin-interleukin-3 fusion protein (DT(388)IL3) prolongs disease-free survival of leukemic immunocompromised mice. Leukemia Jan;17(1):155-9.

67 Sonuç olarak, LKH sini tanımak önemlidir!!! Hastalıkların tanı ve sınıflandırmasının yapılması Prognozun belirlenerek tedaviye karar verilmesi Yeni biyobelirteçlerin geliştirilmesi Normal kök hücreler korunurken LKH de aktif olan moleküler yolakları özel olarak bozan yeni tedavilerin geliştirilmesi 67

68 DİKKAT VE SABRINIZ İÇİN TEŞEKKÜRLER Çalışmadan, öğrenmeden, yorulmadan rahat yaşamanın yollarını alışkanlık haline getirmiş milletler; evvela haysiyetlerini, sonra hürriyetlerini ve daha sonra da istikballerini kaybetmeye mahkumdurlar. 68