Kreft II: Oncogen/tumor suppressor mekanisme, og genomstabilitet

Mutasjoner som forårsaker tap av cellesykluskontroll Onkogener:

Cyclin D1 Tumor suppressorer:

p16Rb

TGF-signalisering og cellevekst Mutasjoner som påvirker genom stabilitet

p53DNA reparasjonsmekanismer

Kromosomabnormaliteter i humane tumorer Telomerase og immortalisering av celler

Mutasjoner som forårsaker tap av cellesykluskontroll

cellers overgang fra ikke-delende til delende og progresjon gjennom syklus er nøye kontrollert for å sikre DNA replikasjon og koordinering av cellesyklus

cellesyklus består av : G1, S, G2 og M, og reguleres av cycliner og cyclin-avhengige kinaser (Cdks) og Rb protein

viktig kontrollpunkt overgang G1 til S: restriksjonspunkt

extracellulære stimuli regulerer uttrykk av cyclin D1,D2,D3 som assosierer med Cdk4/6 som resulterer i katalytisk aktive kinaser

fravær av mitogener fører til akkumulering av p27 eller p16 som hemmer Cdk-aktivitet og fører til G1 arrest

Cellesyklus

Rb binder E2F transkripsjonsfaktorer og hindrer derved E2F-mediert transkripsjonsaktivering nødvendig for DNA syntese

Cdk4-cyclinD fosforylering av Rb frigjør aktiv E2F tap/endring av uttrykk av enten cyclin D1, p16

eller Rb er nok for uhindret progresjon gjennom cellesyklus

24.4 Passage from G1 to S phase is controlled by proto-oncogenes and tumor-

suppressor genes

Figure 24-19

Onkogener: Cyclin D1

overuttrykk av cyclin D1 enten som genamplifikasjon eller kromosomal translokasjon fører til cellesyklus progresjon uavhengig av extracellulære stimuli

observeres i forskjellige kreftformer, bl.a. brystkreft

Tumor suppressorer: p16 og Rb

tap av p16 vil etterligne overuttrykk av cyclin D1 og føre til hyperfosforylering av Rb og frigiving av transkripsjonsfaktoren E2F

tap av Rb fører til transformert cellevekst grunnet konstant aktivering av E2F

observeres i mange kreftfromer, bl.a. i retinoblastoma hos barn

TGF-signalisering og cellevekst

Tumor derivert vekstfaktor, TGF skilles ut av de fleste celletyper og har mange biologiske funksjoner

TGFhemmer vekst av bl.a. epitel- og immunsystem-celler tap av TGF mediert veksthemming karakteriserer mange

kreftformer TGF har to reseptorer, typeI og typeII som dimeriserer

ved ligand binding, har intern ser/thr-kinase aktivitet ligand aktivert typeI reseptor fosforylerer ser i Smad

proteiner som entrer kjernen og aktiverer transkripsjon av forskjellige protein, inkludert p15

p15 erstatter p27 i Cdk4-cyclin D komplekset, som igjen binder til og hemmer Cdk2-cyclin E komplekset som er nødvendig for inngang i S fasen

TGFindusert uttrykk av p15 arresterer derfor celler i G1

overuttrykk av protooncogenet cyclin D1 eller tap av tumorsuppressorgenene p16 eller Rb kan føre til uregulert passage gjennom cellesyklus restriksjonspunktet seint i G1

TGF induserer uttrykk av p15 som fører til arrest i G1 og dessuten syntese av extracellulære matrix proteiner

tap av TGF reseptorer eller Smad4 ødelegger TGF regulert vekstkontroll

24.4 Loss of TGF signaling contributes to abnormal cell proliferation and

malignancy

Figure 24-20

Mutasjoner som påvirker genom stabilitet:

p53 og DNA reparasjonsmekanismer

DNA i kreftceller inneholder insersjoner, delesjoner og punktmutasjoner i sentrale vekst- og cellesyklus-kontrollerende gener

de fleste kreftceller mangler dessuten ett eller flere DNA-reparasjonssystemer, noe som tillater mutasjonsakkumulering

kreftceller er ofte defekte i sentrale kontrollmekanismer for deteksjon av ødelagt DNA, som normalt hindrer deling av celler eller induserer apoptose

p53-proteinet er essensielt for kontroll og cellesyklus arrest av celler med ødelagt DNA i G1

mutasjon i p53 sees i mer enn 50 % av humane krefttilfeller

p53-proteinet er uttrykt i lave konsentrasjoner i celler fordi det er ekstremt ustabilt og hurtig nedbrytbart

mus som mangler p53 utvikles normalt, men er predisponert for å utvikle flere former tumorer

p53 aktiveres under stressede betingelser (varme, UV-lys etc) ved fosforylering

p53 har mange funksjoner, hvor transkripsjonsaktivering er mest relevant som tumor suppressor

24.5 Mutations in p53 abolish G1 checkpoint control

Figure 24-21

Some human carcinogens cause inactivating mutations in the p53 gene andp53 activity is also inhibited by certain proteins encoded by DNA tumor viruses

alle p53-mutasjoner hindrer proteinets DNA-binding p53 induserer cyclin kinase-hemmeren p21 som

binder og og hemmer mammalske G1Cdk-cyclin-komplekser, noe som fører til at celler med ødelagt DNA blir arrestert i G1 inntil skadene er reparert

hvis p53 akkumulerer, dvs at skaden ikke repareres, induseres proteiner som fører til apoptose

p53 er også viktig for overgangen G2 til M, men detaljert mekanisme enda uviss

den aktive formen av p53 er tetramer og mutasjon i ett allel nok til å ødelegge all p53-aktivitet, dvs. dominant negativ mutasjon

Proteiner kodet i DNA virus kan hemme p53 aktivitet

HPV er istand til å indusere stabil transformasjon og forbigående vekststimulering av kultiverte celler

HPV protein E7 binder og hemmer Rb, mens E6 hemmer p53

HPV E6/7 er tilstrekkelig for å transformere en celle i fravær av mutasjon i regulatoriske proteiner

SV40, lite transformerende papovavirus fra ape danner to tidlige protein, Large T og small t antigen, som translokerer til kjernen og binder p53 og Rb, noe som fører til funksjonshemming

Defekter i DNA reparasjonssystemer forsterker mutasjoner og er assosiert med visse

kreftformer

kobling mellom carcinogenese og mangel av DNA-reparasjon er foreslått da individ med nedarvede defekter i spesielle reparasjonssystemer har en dramatisk økt risiko for utvikling av visse krefttyper

Xeroderma pigmentosum er en autosomal recessiv sykdom og individ med denne sykdommen utvikler hudkreft av typen melanom og squamos cell carcinomas ved eksponering til UV-stråler i sollys

årsaken er mangel på reparasjon av UV-skader (bl.a.TT-dimer) eller mangel til å fjerne store substituerende grupper på DNA-baser

andre eksempler på mangel på DNA reparasjon og kreft i mennesket, se tabell 24-1.

24.5 Defects in DNA-repair systems perpetuate mutations and are associated

with certain cancers

Kromosomabnormaliteter i humane tumorer

kromosom antall og struktur er ofte endret i humane tumorer

tumorceller ofte aneuploide (abnormt kromosomantall) ofte fler enn normalt, dannes ved feil i S-fase (hindrer inngang til mitose) eller mitotiske sjekkpunkt (stopper i anafase)

inneholder ofte translokasjoner, ekstra elementer fra andre kromosomer

Lokalisert reduplisering av DNA: HSR regioner, “Double minute” kromosom Begge tilfeller av polymere former av lange

strekninger med DNA, kan inneholde oncogener, f.eks. N-myc, funnet i tumorer i nervesystemet

24.5 Cancer cells may contain localized regions containing multiple copies of a given

DNA sequence

Figure 24-23

Telomerase og immortalisering av celler

telomere sekvenser er fysiske endestykker i lineære kromosom og består av multiple repetisjoner av TTAGGG

funksjon av telomere sekvenser er å hindre ufullstendig replikasjon av endestykket i ”lagging” tråd i DNA

kjønnsceller og normalt hurtig delende somatiske celler, så som stamceller har egen telomerase som forlenger DNA-tråden, mens mesteparten av humane somatiske celler ikke har telomeraseaktivitet

normale telomere sekvenser tillater et visst antall celledelinger 30-40, mens tap fører til kromosomfusjoner og celledød

tumorceller har overkommet telomerproblemet ved å uttrykke egen telomerase

aktuell cancerterapi er hemmere mot telomerase

Telomerase virkemåte

DNA mikroarray i lymphom klassifisering og overlevelsesanalyser

Genuttrykksanalyser ved hjelp av DNA mikroarray kan skjelne mellom patologisk like tumorer

systematiske analyser av genuttrykk i ”diffuse large B-cell lymphomas” (DLBCLs) den mest vanlige typen av non-Hodgkins Lymphoma indikerer at disse tumortypene kan deles inn i to subtyper

-germinalt senterlike B celler-in vitro aktiverte B celler

klassifisering av tumorer inn i de enkelte grupper kan utnyttes prognostisk, til å forutsi høyere/lavere risk for spredning

Konklusjoner

p53 proteinet er nødvendig for kontroll og arrest av celler med skadet DNA i G1

p53 virker som transkripsjonsfaktor og regulerer uttrykk av p21, en hemmer av G1 cdk-cyclin komplekser

mutasjoner i p53 forekommer i mer enn 50% humane kreftformer

p53 er tetramer, og mutasjon i ett allel kan være nok til å hemme all aktivitet

MDM2, et protein som normalt hemmer p53 evne til å motvirke cellesyklus eller drepe cellen, er overuttrykt i flere kreftformer

defekter i DNA reparasjonsprosesser er ofte forbundet med økt kreftrisiko

kromosomabnormiteter, inkludert aneuploidi og translokasjoner resulterer ofte i dublisering av oncogener, f.eks. myc

kreftceller, kjønnsceller og stamceller, men sjelden differensierte celler, uttrykker telomerase som medvirker ved immortalisering