KARSİNOGENEZ II Doç. Dr. Yasemin Özlük 1- Büyüme sinyallerinde kendi kendine yeterlilik Kanser hücrelerinde, hücre büyümesini otonom olarak uyaran genlere onkogen denir. Protoonkogenlerin mutasyonu sonucu ortaya çıkarlar. Ürünleri onkoproteinlerdir. Normal protoonkogen ürünlerine benzerler ancak kontrol edici mekanizmalardan yoksundurlar. Büyüme faktörü veya dış sinyallere bağlı olmaksızın yapımı gerçekleşir. Onkoproteinlerin yapısı ve fonksiyonlarını anlamak için normal hücre proliferasyonuna bakmak gereklidir. Büyüme Faktörleri ile İlgili Onkogenez Büyüme faktörleri Tüm normal hücreler, büyüme faktörlerinin uyarısı ile prolifere olurlar. Birçok büyüme faktörü bir hücre tipi tarafından yapılır ve komşu hücrede proliferatif etki gösterir. Kanser hücresi ise kendi duyarlı olduğu büyüme faktörünü kendisi salgılar. Çoğunlukla büyüme faktörü geni sağlamdır ancak diğer onkogenlerin ürünleri (ras), büyüme faktör genlerinin aşırı yapımına neden olur. Birçok glioblastom PDGF, sarkomlar TGF-alfa salgılarlar. Büyüme faktörü Protoonkogen Aktivasyon İlişkili Tümör PDGF-β SIS Aşırı ekspresyon Astrositom Osteosarkom FGF HST-1 INT-2 Aşırı ekspresyon Mide kanseri Mesane, meme ca melanom TGF-α TGF-α Aşırı ekspresyon Astrositom Hepatosellüler Ca HGF HGF Aşırı ekspresyon Tiroid Ca 1
Büyüme Faktör Reseptörleri ile İlgili Onkogenez Büyüme faktör reseptörleri Normal reseptörün aşırı yapımı söz konusu olabilir. Bazı durumlarda ise reseptör mutant karakterdedir, ortamda büyüme faktörü olmasa da, mutant reseptör proteinleri hücreye devamlı mitojenik sinyal yollar. Bir grupta da, genin kendisinde mutasyondan çok, aşırı yapım vardır. EGF reseptör ailesi en iyi bilinen grup: ERBB1, akciğerin skuamöz hücreli karsinomunda %80 aşırı yapılmakta. Benzer bir reseptör ERBB2 (HER2), meme ca %25-30, akciğer adenoca, over ca aşırı miktarda yapılmakta. Anti-HER 2 antikoru ile bu reseptör bloke edilerek, bunu salgılayan meme ca larda tedavide kullanılıyor. Büyüme faktörü res Protoonkogen Aktivasyon İlişkili Tümör EGFR ailesi ERB-B1(EGFR) ERB-B2 CSF-1 reseptörü Nörotropik Faktörlerin reseptörü Aşırı ekspresyon Akc SqCC, gliomlar Meme, over Ca FMS Nokta mutasyonu Lösemiler RET Nokta mutasyonu MEN 2A, B Familyal medüller tiroid ca PDGFR PDGF-R Aşırı ekspresyon Gliomlar Kök hücresi faktörü KIT Nokta mutasyonu GIST, yumuşak doku tm Sinyal İletimi ile İlgili Onkogenez Sinyal iletici proteinler Bu grubun en önemli iki üyesi RAS ve ABL Yaklaşık tümörlerin %30 unda RAS gen mutasyonu var. Kolon ve pankreas tümörlerinde, RAS mutasyon sıklığı daha fazla. İnsan tümörlerinde en sık rastlanan onkogen anomalisi de RAS gen mutasyonu. Normal RAS proteini aktif ve inaktif form arasında gidip gelir. GDP, GTP ye dönüşür, görevi tamamlanınca tekrar sakin haline döner. Mutasyon oluştuğunda, sürekli GTP ye bağlı kalır, devamlı proliferasyon uyarısı iletilir. Sinyal ileti Proteinleri GTP bağlayan prot Non reseptör Tirozin kinazlar RAS sinyal iletimi Protoonkogen Aktivasyon İlişkili Tümör K-RAS H-RAS N-RAS Nokta mutasyonu Nokta mutasyonu Nokta mutasyonu ABL Translokasyon KML ALL Kolon, akc, pankreas Mesane ve böbrek Melanom ve hemat. neo BRAF Nokta mutasyonu Melanomlar WNT Β-Katenin Nokta mutasyonu Aşırı ekspresyon Hepatoblastom Hepatosellüler Ca RAS a ek olarak, sinyal ileten proteinler grubunda ABL vardır ABL protoonkogeni, tirozin kinaz aktivitesine sahiptir. Myeloid lösemide ABL geni 9. kromozomdan 22. ye taşınır. BCR-ABL hibrid geni kuvvetli tirozin kinaz aktivitesine sahip; ABL kinaz inhibitörü ile tedaviye iyi cevap alınır. Normal ABL proteini çekirdekte yer almaktadır ve DNA hasarına uğrayan hücrelerin apoptoza gidişini uyarmakla görevlidir. BCR-ABL geni bu fonksiyonu sağlayamaz, çünkü stp.da kalır. Hem apoptoz mekanizması, hem de tirozin kinaz aktivitesi bozuktur (büyüme otonom). 2
ABL ABL kinaz inhibitörü: Kinaz aktivasyonunu nötralize ederek kontrolsüz büyümeyi inhibe eder. ABL nin nükleer lokalizasyonu ile apoptozu sağlar Nükleer Regülatör Proteinler İlgili Onkogenez Nükleer transkripsiyon faktörleri Birçok tümör gelişiminde rol oynayan MYC geni bu gruptadır. MYC protoonkogeni tüm hücrelerde vardır. Hücre bölünme sinyali aldığında MYC proteini oluşur Bu protein DNA ya bağlanır, sikline bağlı bazı kinazlar da dahil olmak üzere büyüme ile ilişkili çeşitli genlerin aktivasyonu sağlanır. Normal hücrede, siklüs başlayınca MYC düzeyi bazal değerlere iner. Onkojenik versiyon ise devamlı proliferasyonu uyarır. MYC geni Burkitt lenfomada t(8;14)transl. sonucu aktive olur Nöroblastom, küçük hc. akc ca da ise çok sayıda kromozom partikülü şeklinde çoğalarak aktivitesini arttırır (N-myc) Nükleer Regülatör Proteinler Transkripsiyon aktivitörleri Protoonkogen Aktivasyon İlişkili Tümör C-MYC N-MYC L-MYC Translokasyon Burkitt lenfoma Nöroblastom,Akc KHC Akc KHC 3
Hücre siklus düzenleyicileri ile ilgili onkogenez Siklin ve sikline bağlı kinazlar Hücrenin, siklüsün çeşitli aşamalarından geçmesi sikline bağlı kinaz (CDK) ve siklinler aracılığıyla olur. Siklüsün her aşaması dikkatle kontrol edilse de, en önemli kontrol noktasının G1-S arası geçiş olduğu düşünülmekte. Siklin D birçok kanserde fazla yapılmakta; meme, özofagus, karaciğer tm, lenfoma; CDK4 amplifikasyonu melanom, sarkom ve glioblastomda görülebilir. Hücre siklus düzenleyicileri Cyclin ler Cycline bağımlı kinazlar Protoonkogen Aktivasyon Cyclin D Cycline E CDK4 Translokasyon Aşırı ekspresyon veya nokta mutasyonu İlişkili Tümör Mantle hücreli lenfoma Meme ve ösefagus ca Meme Ca Glioblastoma, melenom sarkomlar 2- Büyümeyi inhibe edici sinyallere duyarsızlık Tümör baskılayıcı (süpresör) genler, onkogenlerin aksine hücre proliferasyonunu bloke eder (fren görevi görür). Hücre siklusunu düzenleyerek bunu gerçekleştirirler. Bu genlerin doğru fonksiyon göstermemesi, hücrelerde kontrolsüz çoğalma ile sonuçlanır. RB (retinoblastom) geni {Hücre siklusu patronu} TP53 geni {Genlerin bekçisi} TGF- yolu Kontakt inhibisyon, NF2, APC Tümör gelişimi için iki allel de etkilenmeli. Büyümeyi inhibe edici sinyallere duyarsızlık Onkogenler hücre çoğalmasına yönelik çalışırken, tümör süpresör gen ürünleri de bunu frenlemeye çalışırlar. Bu genlerdeki bozukluklar da, onkogenlerin büyümeyi uyarıcı etkisi gibi davranırlar ve inhibitör etki ortadan kalkar. Retinoblastom geni (RB), ilk bulunan prototip kanser süpresör geni. Retinoblastom hastalığını araştırırken bulunmuştur. Retinoblastom%60 sporadik, %40 familial otozomal dominant bir hastalık. Aynı tümörün familyal ve sporadik tiplerini, Knudson çift vuruş hipotezi ile açıklamıştır. 4
Retinoblastomun gelişimi için iki mutasyon (vuruş) gereklidir. Bunlar 13. kromozom kısa kolu 14.lokusta bulunan RB genindedir. Retinoblastomun gelişmesi için her iki alelin de inaktive olması gerekmektedir. Ailevi vakalarda, çocuklar 1 defektif gen kopyasını kalıtsal olarak taşırlar, diğer kopya normaldir. Retina hücrelerindeki RB geni somatik bir mutasyona daha uğrarsa, RB gelişir. Sporadik vakalarda, her iki allel doğuştan normal; ancak retina hücrelerinde somatik mutasyonlar sonucu RB gelişir. Retinoblastom dışında, diğer bazı tm. lerde de RB gen mutasyonu vardır: meme, küçük hc. li akc ca, mesane tm. Ailevi RB olan kişilerde, osteosarkom ve bazı sarkom tiplerinin görülme oranı da yüksektir. Retinoblastom geninin her iki allelin de mutant olması gerekiyor; neoplastik transformasyon her iki normal RB gen alleli kaybolursa( homozigot) gerçekleşir. Süpresör genlere bu nedenle, resesif kanser genleri de denir. Retinoblastom, G1-S aşamasında kontrolü sağlar. Transforming growth factor-beta yolu İlk bulunan tm süpresör geni, RB geni. RB gen ürünü, DNA bağlayıcı bir protein. Aktif hipofosforilli ve inaktif hiperfosforilli tipleri var Hücrenin, G1 den S fazına geçmesini frenler RB inaktif ise, fren kalkar. Hücre S fazına girerse, ek bir uyarıya gerek kalmaz, bölünmeye geçer. Hipofosforile RB Hücre siklüsündeki frenleme mekanizmaları hakkında birçok şey bilinmekle birlikte, antiproliferatif sinyalleri hücreye ileten moleküller çok iyi tanımlanmamış. En iyi bilineni TGF-beta; BMP ve aktivinleri de içine alan bir grup. Normal epitel, endotel ve hematopoetik hücrelerin birçoğunda TGF-beta, proliferasyon inhibitörü. Bu etki, önemli ölçüde RB geni üzerinden gerçekleşir. TGF-beta hc. siklüsünü G1 de durdurur, RB fosforilasyonu azalır ve siklüs durur. Birçok kanser tipinde, TGF-beta inhibitör etkisi mutasyonlarla bozulur. Bu mutasyonlar, TGF-beta tip II reseptörlerini veya SMAD moleküllerini (antiproliferatif sinyali reseptörden çekirdeğe taşır) etkiler. Tip II res. mutasyonları kolon, mide ve endometrium ca da, SMAD4 mutasyonu da pankreas ca da sık görülür. Pankreas karsinomunun tamamında, kolon karsinomunun %83 ünde TGF-beta mekanizmasında en az bir komponent mutasyona uğramıştır. Adenomatöz polipozis koli-beta katenin yolu Kaybı kolon ca da sık olan APC geninin, antiproliferatif etkisi değişik bir şekilde ortaya çıkar. Sitoplazmik bir proteindir. En önemli görevlerinden biri, beta kateninin hücre içi seviyesini düzenlemektir. Beta katenin bir taraftan, E-kadherin in (hücrelerarası tutunmayı korur) sitoplazmik parçasına bağlanır; diğer taraftan çekirdeğe ulaşır ve proliferasyonu aktive eder. 5
Beta-katenin, APC geninin de bir parçası olduğu komplekste yer alır. APC normal değilse, beta-katenin parçalanmaz ve WNT sinyaline cevap olarak devamlı aktive olur, büyümeyi uyaran genlerin transkripsiyonu artar (siklin, MYC) Adenomatöz polipozis geni (APC), tipik bir tm süpresör gen gibi davranır. Bir mutant alel ile doğan kişilerde, 15-20 yaşlarında kolonda yüzlerce adenomatöz polip gelişir Bir veya birden fazla polip malign transformasyona uğrar. Diğer süpresör genlerde olduğu gibi genin her iki kopyası da bozuk olmalıdır. Bu durumda adenom, ek mutasyonlar olursa ca gelişir. Sporadik kolon ca da da %70-80 APC mutasyonu görülür. APC geni normal olan kolon ca da, beta katenin mutasyonu vardır. Bu mutasyon beta-katenin i APC nin parçalayıcı etkisine duyarsız kılar. TP53 genlerin bekçisi İnsanlarda görülen kanserlerde en sık mutasyona uğrayan genlerden birisidir. TP53, kısaca tümör süprese edici gen dense de, tümör dışı birçok durumda uyarılır: anoksi, radyasyon, DNA bütünlüğünün bozulması. İki önemli görevi antiproliferatif etki ve apoptozu uyarıcı etkisidir. Normalde TP53 ün yarılanma süresi kısadır. MDM2 ile birleşir, inaktive olur. Stres durumunda MDM2 den ayrılır ve aktive olur. TP53, MDM2 den ayrılırken siklüsü durduran ve apoptozu uyaran birçok genin de transkripsiyonu için tetiği çeker. DNA hasarına ilk cevap, TP53 ün kontrol ettiği siklüsün durmasıdır. Bu p21 aracılığıyla, geç G1 fazında gerçekleşir. Bu duraklama hücreye nefes alma şansı- DNA tamir şansı verir. TP53 GADD45 i aktive eder. Tamir gerçekleşirse, MDM2 transkripsiyonu ile TP53 inaktive olur. DNA tamir olmazsa, apoptozu uyaran BAX geni aktive olur. 6
Akciğer, kolon ve meme kanseri ve daha birçok kanser tipine TP53 mutasyonu var. Çoğunlukla, inaktive edici mutasyonlar her iki alleli etkileyecek şekilde somatik hücrelerde görülür. Seyrek olarak da kalıtsal TP53 defekti söz konusudur= Li-Fraumeni sendromu. Kanser oluşumu normal popülasyona göre 25 kat artmıştır; 50 li yaşlarda multipl tm görülür. 3- Apoptozdan kaçış Apoptoz uyarıcı ve inhibe edici mekanizmalar tarafından denetlenir. Pro-apoptotik düzenleyiciler: BAX, BAK Anti-apoptotik düzenleyiciler: BCL-2, BCL-X L Foliküler lenfomalarda BCL-2 molekülü t(14;18) translokasyonu ile aktif haldedir. Bazı DNA virusları TP53 ü etkisiz hale getirir: HPV, hep B, EBV; RB genini SV40, adenovirüs EIA proteini, HPV E7 proteini etkisizleştirir. 4- Çoğalma potansiyelinde sınırsızlık Normal hücreler 60-70 kere bölünebilirler ve zamanla bölünme özelliğinin ortadan kalkması ile yaşlanırlar. Hücrelerin bölünme yeteneği kromozomların son kısımlarında bulunan, herhangi bir gen kodlamayan telomer denilen DNA protein komplekslerine bağlıdır. Telomerler tekrarlayan TTAGGG dizilerinden oluşur. Telomerlerin varlığı, kromozomların uçlarının rastgele çift zincir DNA kırılmalarından koruyarak istenmeyen kromozom uçlarının birleşmesinden ya da kromozomu nükleolitik parçalanmadan korur. DNA replikasyonu sırasında sayıları giderek azalır. Bu telomer kısalması sonuçta, hücre bölünme sayısını kısıtlar. Telomeraz enzimi kanser hücrelerinde bulunan telomerlerin her bölünmede yeniden yerine konmasını sağlayarak hücrenin sınırsız bölünmesini sağlar. 5- Sürekli anjiyogenez Tümörler de normal dokular gibi yaşamak için oksijen ve besinlere gereksinim duyar. Ayrıca oluşan artıkların da atılması gereklidir. Bu gereksinimler için damarların varlığı önemlidir. Tümör hücreleri yeni damar oluşumunu uyararak bu ihtiyacını karşılar. Anjiyogenez, uyarıcı ve inhibe edici faktörler tarafından düzenlenir. Uyarıcı: VEGF (vascular endothelial growth factor) İnhibitör: Trombospondin-1 Tümörlerde karyotipik değişiklikler 6- Doku invazyonu ve metastaz İnvazyon; tümör hücrelerinin komşu dokulara yayılımıdır. Metastaz; tümör hücrelerinin asıl kitle ile bağlantısını koparıp başka bir doku/organ içinde yeniden kolonize olması demektir. Metastaz en önemli (değerli) malignite kriteridir. Solid tümör olan vakaların yaklaşık %30 unda tanı konduğu anda uzak mikrometastazlar bulunmaktadır. Onkogenleri aktive eden veya süpresör genleri inaktive eden genlerdeki genetik hasar nokta mutasyonu gibi küçük veya karyotipte saptanacak kadar büyük olabilir. RAS onkogeni, nokta mutasyonuna örnek En sık görülen karyotipik değişiklikler: Translokasyon Gen amplifikasyonu Tam bir kromozomun kaybı veya kazanılması 7
Delesyon Nonhemopoetik solid tm.lerde sıktır Retinoblastomda 13qbant14 kaybı; kolorektal karsinomda 17p, 5q, 18q kaybı(üçü de süpresör gen) Küçük hc.ca da 3p delesyonu Gen amplifikasyonu Bu değişikliğin 2 karyotipik karşılığı vardır: homojen boyanan bölgeler ve küçük kromatin çiftleri (double minute) Nöroblastom (N-MYC); meme ca (HER-2 genleri) Karsinojenik ajanlar 1) Kimyasal 2) Radyasyon 3) Canlı hastalık etkenleri-virüsler Kimyasal karsinojenler 200 yıldır bilinmekte. Skrotal deri kanseri ve baca temizleyicilerinde kuruma maruz kalınması ilk örneklerden. Bazıları doğrudan etkilidir. Metabolik dönüşüme ihtiyaç duymazlar. Genellikle zayıf etkilidir ancak önemli; bazıları kemoterapide kullanılır. Alkilleyici ajanlar: sekonder tümör oluşumu Dolaylı etkili karsinojenler, aktif olmaları için metabolik dönüşüme ihtiyaç duyarlar. Benz(a)antrasen: cilt ca, fibrosarkom Benz(a)piren: tütün ısınınca; akc ca Polisiklik hidrokarbon: tütsülenmiş et Aromatik amin, azo boyaları: besin boyası Nitrozamin: besinlerdeki koruyucu nitritler sonucu; tütün dumanında Aflatoksin: HCC Sakarin: deneysel karsinojen; mesane tm Arsenik, nikel, krom, böcek ilaçları, asbest Radyasyon karsinogenezi Prokarsinojen: metabolik değişim sonucu aktive olan indirekt etkili karsinojenlerdir. Promoter: Kendi başlarına çok az ya da hiç transforme edici aktivitesi olmayan bazı maddeler, kimyasal maddelerin karsinojenitesini arttırırlar. Birçok kimyasal karsinojenler, mutasyona neden olurlar: aflatoksin ve TP53 mut. Çocukluk çağında boyuna radyasyon-tiroid ca Röntgen ışınları-deri kanserleri UV-melanom, yassı epitel hücreli karsinom, BCC (UV TP53 geninde mutasyona neden olur) UV, x-ışını, radyoaktif maddeler, nükleer kazalar, atom bombası. Atom bombası: lösemi, tiroid, meme, kolon, akc kanseri Radyoaktif maddelerin bulunduğu maden işçilerinde, akc ca 10 kat fazla 8
Onkojenik RNA virüsleri HTLV-1(CD4 Thc sine eğilimi var) İnfekte Thcleri genital yol, anne sütü, kan ile geçer; enfekte kişilerin %1 inde 20-30 sene sonra lösemi görülür. Onkojenik DNA virüsleri HPV: serviks, orofarengeal ca(%20 si) Özellikle tip 16,18. E7 RB, E6 TP53 genini inaktive eder. EBV: B hücre çoğalmasını uyarır(cd40). Virüsün LMP-1 i BCL-2 yi aktive eder, apoptozu engeller. 9