Rakulised onkogeenidOnkobioloogia

Taavi Päll lektor, Tallinna Tehnikaülikool

2/34

Recap

Mehhanism: insertsiooniline mutagenees

Lihtsad retroviirused transformeerivad kana ja hiirerakke

4/34

Inimese vähid kus esineb kõrge viirusekspressioon

Pilt: The landscape of viral expression and host gene fusion and adaptation in human cancer

5/34

Viiruse integratsioon on seotud märklaudgeenideekspressiooni muutustega

Pilt: The landscape of viral expression and host gene fusion and adaptation in human cancer

6/34

HPV16/18 põhjustab emakakaela kasvajaid

Bosch FX, Lorincz A, Muñoz N, et al. The causal relation between human papillomavirus and cervical cancer. J Clin Path 2002; 55(4):244-265.

7/34

Kuidas seletada vähi teket inimesel

Hüpotees: endogeensed proviirusedLähtudes retroviiruste elutsüklist, integreeruvad genoomi endogeensete retroviirustena,

satuvad idutee rakkudesse ja muutuvad pärilikuks,

enamasti vaikeolekus, ei transkribeeri oma geene,

juhuslik ning harv aktiveerumine.

·

·

·

·

9/34

Endogeensed proviirused hiirtelBrdU aktiveerib Akr liini hiirtel endogeensed retroviirused (MLV, murine leukemia virus)

Akr liini hiirtel on kaks lookust kuhu on integreerunud replikatsiooni-kompetentne MLV

MLV produktsioon viib leukeemia tekkele.

·

DNA metülatsioon eemaldatakse lookusest ja vaigistamine kaob-

·

·

Pilt: ~5% hiire genoomist sisaldab endogeenseid retroviirus järjestusi. Endogenous Retroviruses and the Development of Cancer

10/34

Inimese ERV-d... FUBAR8% inimese genoomist pärineb retroviirustest, kuid

inimese kasvajatest pole leitud retroviiruseid ega jälgigi nendest (pöörd-transkriptaas),

inimese LTR-i sisaldavad järjestused on pärit vähemalt >5M aasta tagusest ajast,

HERV-K alamperekonnas on lookuseid millel on kõik ORF-id intaktsed, kuid viirust neilt eitoodeta ja neid pole ka vähkides leitud.

·

·

·

tugevasti muteerunud,

mittefunktsionaalsed,

läbinud geenitriivi ja fikseerunud (populatsioonis on kõigil identne lookus).

-

-

-

·

11/34

Kui mitte viirused, siis mis tekitab vähki?Kartsinogeenid!

Kartsinogeenid toimivad mutageenidena ja nende toime-mehhanismiks on rakukasvukontrolli geenide muteerimine.

Sellisteks kasvukontrolli geenideks võivad olla normaalsed raku geenid, sarnaseltretroviirustest leitud proto-onkogeenidega.

·

·

12/34

Katsusaburō Yamagiwa

Keemilised kartsinogeenid kutsuvad esile kasvajaid1915. aastal demonstreeris pigikartsinogeense toime

pintseldas küüliku kõrvu igapäevaseltpigiga,

mitu kuud hiljem moodustus lamerakulinekartsinoom.

·

·

·

13/34

Kartsinogeenid toimivad mutageenidenaTugevalt mutageensed ühendid on ka tugevalt kartsinogeensed (nt. aflatoksiin B1,benso(a)püreen).

Füüsilise või keemilise kartsinogeeni poolt transformeerunud rakud kannavad muteerunudgeene e. onkogeene, mis rikuvad normaalse kasvukontrolli.

·

·

14/34

DNA transfektsioon võimaldas isoleerida mitte-viraalsed onkogeenid

Hiire C3HT1/2 rakke transformeeriti 3-metüülkolantreeni (3-ME, MCA) abil,

transformeerunud rakkudest isoleeritigenoomne DNA,

eraldatud DNA transformeeriti mitte-tumorigeensetesse NIH3T3 rakkudesse,

isoleeriti kolooniad mis olidtransformeerunud ja tumorigeensed.

Sama loogika toimib ka inimesevähirakkudest eraldatud DNA korral.

·

·

·

·

·

Pilt: Sue Weil, Memorial Sloan-Kettering Cancer Center

15/34

1 onkogeen = 1 transformeerunud rakk/koloonia

Kokkuvõte: onkogeenid tekivad kaviirustest sõltumatult.

Transformeerunud rakkude genoomse DNA fragmentide transfekteerimisel läheb rakkusisse 0.1% doonor DNA-d.

Tõenäosus, et kaks lingitud geeni satuvad ühte rakku on

·

·

× =10−3 10−3 10−6

“”

16/34

Southern bloti põhimõte

Retroviiruste poolt aktiveeritud onkogeenid onsamad mis mitte-viraalsete kartsinogeenideaktiveeritud

Harvey roti sarkoomiviiruse H-ras proov hübridiseerub inimese kusepõie kartsinoomi DNA-ga transfekteeritud NIH3T3 rakkude genoomsele DNA-le (Parada et al., 1982: paremal).

·

17/34

Inimese vähkide retroviraalsed onkogeenidVIIRUS LIIK ONKOGEEN ONKOVALK INIMESE KASVAJA

Rousi sarkoom kana src mitte­retseptor TK käärsoole vähk

Abelsoni leukeemia hiir abl mitte­retseptor TK CML

Lindude erütroblastoos hiir erbB retseptor TK mao­, kopsu­ ja rinnavähk

McDonough' kassi sarkoom kass fms retseptor TK AML

Hardy­Zuckerman kassi viirus kass kit retseptor TK GI strooma vähk

Hiire sarkoom 3611 hiir raf Ser/Thr kinaas kusepõie kartsinoom

Simian sarcoma ahv sis kasvufaktor (PDGF) erinevad vähid

Harvey' sarkoom hiir/rott H­ras väike G­valk kusepõie kartsinoom

Kirsten'i sarkoom hiir/rott K­ras väike G­valk erinevad vähid

Lindude erütroblastoos E26 kana ets transkriptsioonifaktor leukeemia

Lindude müelotsütoom kana myc transkriptsioonifaktor erinevad vähid

Retikuloendotelioos kalkun rel transkriptsioonifaktor lümfoom

18/34

erbB2/neu onkogeeni amplikatsioonrinnakasvajates

1987. a. kirjeldati, seos erbB2/neu geeni amplifikatsiooni ja rinnavähi elulemuse ning relapsivahel.

·

Slamon DJ, Clark GM, Wong SG, Levin WJ, Ullrich A, McGuire WLHuman breast cancer: correlation of relapse and survival with amplification of the HER-2/neuoncogene. Science 235: 177-182.

19/34

Proto-onkogeenide aktivatsioonProto-onkogeenide aktivatsioon toimub läbi kahte tüüpi geneetiliste muutuste:

valguekspressiooni mõjutavad muutused

valgu struktuuri mõjutavad muutused

·

·

20/34

Valguekspressiooni mõjutavad muutusedNormaalsetes rakkudes on proto-onkogeeni ekspressioon kas alla või ülesse reguleeritudomaenda promootori poolt vastusena füsioloogilistele signaalidele

Retroviirusega seotud onkogeenide puhul läheb geen raku kontrolli alt viiruse kontrolli alla

·

·

c-myc ekspressioon on füsioloogilistes tingimustes kasvufaktorite kontrolli all

AMV (Avian Myeoloblastosis Virus) genoomis hakatakse aga v-myc järjestustkonstitutiivselt kõrgelt ekspresseerima, sõltumata füsioloogilistest signaalidest mis sedageeni varem reguleerisid.

-

-

21/34

Valgu struktuuri mõjutavad muutusedH-ras isoleeriti inimese kusepõiekartsinoomist,

H-ras ei olnud amplifitseerunud!,

sekveneerimine näitas somaatilist G->Tpunktmutatsiooni, mis oli täiesti piisav etH-ras onkogeeniks muuta

Vähides esinev mutatsioon koodonites 12või 61 (G12V) muudab Ras-i konstitutiivseltaktiivseks rikkudes Ras-i GTPasseaktiivsuse

·

·

·

·

CLIFFORD J. TABIN, SCOTT M. BRADLEY, CORNELIA I. BARGMANN, ROBERT A. WEINBERG, ALEX G. PAPAGEORGE, EDWARD M. SCOLNICK, RAVI DHAR, DOUGLASR. LOWY & ESTHER H. CHANG. Mechanism of activation of a human oncogene. Nature 300, 143 - 149 (11 November 1982); doi:10.1038/300143a0

22/34

Ras perekonna geenid on vähkides ühed sagedaminimuteerunudVÄHIPAIGE/TÜÜP % MUTEERUNUD RAS GEENIGA (HOMOLOOG)

kõhunääre 90 (K)

kilpnääre (papillaarne) 60 (H,K,N)

kilpnääre (follikulaarne) 55 (H,K,N)

käärsool 45 (K)

seminoom 45 (K,N)

müelodüsplaasia 40 (N,K)

kops (mitte­väikserakuline) 35 (K)

AML 30 (N)

maks 30 (N)

melanoom 15 (K)

kusepõis 10 (K)

neer 10 (H)

23/34

Onkogeenide aktivatsioonimehhanismidRegulatoorsed (protoonkogeeni amplifikatsioon, tuumorsupressorgeeni deletsioon)

Struktuursed (mutatsioonid)

Regulatoorsed Struktuursed

·

·

· ×

Emerging landscape of oncogenic signatures across human cancers

24/34

c-MYC aktivatsiooni mehhanismidKolm mehhanismi, kõik regulatoorsed:

proviiruse integratsioon (linnud)

geeni amplifikatsioon (inimene)

kromosomaalsed translokatsioonid

·

·

·

25/34

Kahte tüüpi amplifikatsioone HSR ja double minutes (nooled)

N-MYC amplikatsioon pärilikes neuroblastoomides

HSR, homogeenselt värvuvad piirkonnad

DM, double minutes: kromosoomi välisedpartiklid

amplifikatsioonid on bimodaalsed 10-30koopiat ja 100-150 koopiat

lisaks neuroblastoomidele ka teistesneuroektodermaal kasvajates,astrotsütoomid, glioomid, ka väikse-rakulises kopsukasvajas.

·

·

·

·

26/34

Top 10 korduvad koopiaarvu muutused(SCNA):

GEEN FUNKTSIOON

CCND1 G1 tsükliin

EGFR TK retseptor

MYC transkripts. faktor

ERBB2 TK retseptor

CCNE1 G1 tsükliin

MCL1 anti­apoptootiline valk

MDM2 p53 E3 ubikvitiini ligaas

Sagedamini amplitseerunud genoomipiirkonnad

Pan-cancer patterns of somatic copy number alteration. Travis I Zack, Steven E Schumacher, Scott L Carter, Andrew D Cherniack, Gordon Saksena, BarbaraTabak, Michael S Lawrence, Cheng-Zhong Zhang, Jeremiah Wala, Craig H Mermel, Carrie Sougnez, Stacey B Gabriel, Bryan Hernandez, Hui Shen, Peter W Laird,Gad Getz, Matthew Meyerson & Rameen Beroukhim Nature Genetics 45, 1134–1140 (2013) doi:10.1038/ng.2760

27/34

TRANSLOKATSIOON FUUSION SAGEDUS

t(8;14)(q24;q32) IGH/MYC 80%

t(2;8)(p12;q24) IGK/MYC 10%

t(8;22)(q24;q11) IGL/MYC 10 %

MYC translokatsioon Burkitti lümfoomidesMYC aktivatsioon translokatsioonilise mehhanismi teel

c-myc geene translokeeritakseimmunoglobuliini lookusesse kõigis BL.

Immunoglobulin raske ahel IgH 80%, või kerge ahel, kumbagi 10%.

·

· κλ

28/34

EGFR ligand-sõltumatu signalisatsioonMao- ja rinna kartsinoomides, glioblastoomides

29/34

BCR-ABL translokatsioonLeukeemiates ja lümfoomides

30/34

KokkuvõteOnkogeen on geen mis võib potentsiaalselt vähki tekitada ja vähkides on nad muteerunudvõi ekspresseeritud ebanormaalselt kõrgel tasemel.

Proto-onkogeen on normaalne geen mis võib muutuda onkogeeniks.

·

·

31/34

RefsNatalie Teich, Douglas R. Lowy, Janet W. Hartley, Wallace P. Rowe, Studies of the mechanismof induction of infectious murine leukemia virus from AKR mouse embryo cell lines by 5-iododeoxyuridine and 5-bromodeoxyuridine, Virology, Volume 51, Issue 1, January 1973,Pages 163-173, ISSN 0042-6822, http://dx.doi.org/10.1016/0042-6822(73)90376-0.

·

32/34

Lingid teistele loengutele

Sissejuhatav loeng

Vähitüübid

Onkoviirused

Onkogeenid

Retseptorid

Signaalirajad

Tuumorsupressorgeenid

Rakutsüklikontroll

·

·

·

·

·

·

·

·

p53 ja apoptoos

Immortalisatsioon

Tumorigenees

Genoomiterviklikkus

Mikrokeskkond

Metastaasid

Immuunsus

Vähiravimid

·

·

·

·

·

·

·

·

34/34