Embed Size (px)
Citation preview
Vähi siirded ehk metastaasidOnkobioloogia
Taavi Päll lektor, TTÜ
2/43
Recap
Vähi mikrokeskkondKasvajarakud ümbritseb kompleksne mikrokeskkond, mis koosneb:
normaalsetest rakkudest,
sekreteeritud valkudest,
füsioloogilistest madalmolekulaarsetestühenditest (hormoonid),
veresoontest.
·
·
·
·
Pilt: Nature.com
4/43
Heterotüüpne ligand-retseptor signalisatsioonErinevate rakutüüpide vahelist signaliseerimist nimetatakse heterotüüpsekssignalisatsiooniks.
Heterotüüpne signalisatsioon soodustab või pidurdab kõrvalolevate teiste rakutüüpidejagunemist ja/või ellujäämist.
·
·
Pilt: Retsiprookne PDGF-A ja PDGFR-a ekpsressioon testistes. PDGF-A-d ekspresseerivad tubulaarse epiteeli rakud ja PDGF-R ekspresseerivad mesenhümaalsedrakud. Gnessi et al., 2000.
5/43
Epiteliaal-mesenhümaalne transformatsioon (EMT)EMT on kartsinoomirakus transientne protsess mille käigus:
Vähi metastaaside teke on seotud EMT-ga.
EMT-ga on seotud TGF- indutseeritavad transkriptsioonifaktorid Twist, Snail, Slug ja ZEB.
·
epiteelirakud kaotavad polaarsuse,
lõhustuvad rakkude vahelised adhesioonid ja
rakud omandavad amööbse liikumise ja invasiivse võime.
-
-
-
·
· β
6/43
Metastaasid
Vähi kollete levimine algsest primaarsest paikmest keha teistesse osadesse
Selliseid sekundaarseid vähikoldeid nimetatakse vähi siireteks ehk metastaasideks
Vähi siire koosneb rakkudest mis on sarnased vähirakkudele algses paikmes
·
·
·
8/43
Vähk on evolutsiooniline protsess
9/43
Metastaaside klonaalse selektsiooni mudelTegemist on nö. "Darwinliku selektsiooni" protsessiga.
Klassikalise klonaalse selektsiooni mudeli kohaselt moodustavad metastaase algses vähisasuvad minoorsed rakud.
Selline haruldane rakukloon selekteeritakse sekundaarses paikmes ja ta suudabekspandeeruda/kasvada.
Eksisteerivad spetsiifilised metastaasi mutatsioonid/geenid.
·
·
·
·
Pilt: Isaiah J. Fidler and Margaret L. Kripke, 1977
10/43
Alternatiivne mudelMetastaasi potentsiaal on suuremas osas algses vähimassis olemas
Vähi metastaseerumise ennustab algse vähimassi geeniekspressioon.·
Rinnavähi halva prognoosi geenimuster'poor prognosis' signature.
Halva prognoosi geenimuster sisaldabgeene mis reguleerivad rakutsüklit,invasiooni ja angiogeneesi.
Metastaseerumise põhjustavad samadonkogeensed stiimulid/geenid, mispõhjustasid ka algse vähi tekke.
·
·
·
Pilt: Gene expression profiling predicts clinical outcome of breast cancer. van 't Veer et al., 2002.
11/43
Metastaseerumise protsessKliiniliselt detekteeritava metastaasi tekkeks peab toimuma terve ridajuhuslikke sündmusi
Metastaseerumise käigus peavad vähirakud kõigepealt organismis laiali kanduma ja uutesasukohtades ellu jääma ning hiljem suutma jaguneda et moodustuks sekundaarne vähk.
Protsess sisaldab
Koloniseerumine omakorda eeldab mitmeid samme, nagu vähirakkude ellujäämist,mikrometastaaside moodustumist, pikaajalise latentsusperioodi üleelamine ja kasvureaktiveerimine.
·
·
vähirakkude migreerumist,
lokaalset ivasiooni,
sisenemist vereringesse,
arresteerumist sekundaarses koes ja veresoonest väljumist ning
lõpuks uue koloonia moodustamist.
-
-
-
-
-
·
12/43
Metastaasi etapid
Pilt: Metastasis Steps and Bottlenecks. Sakari Vanharanta, Joan Massagué, 2013
13/43
Tsütokeratiin positiivsed rinnavähi mikrometastaasid regionaalseslümfisõlmes.
Pilt: Ouellette et al., 2004.
14/43
Metastaaside organotropismi määravad faktorid
Organ-spetsiifilist levikut määravadfaktorid.
·
Vereringe muster.
Endoteeli omadused.
Ellujäämis niššid.
-
-
-
Organ-spetsiifilist kolonisatsioonimääravad faktorid.
·
Latentsus ja reaktivatsioonisignaalid.
Stroomarakkude signalisatsioon.
Teraapia vastus.
-
-
-
Pilt: Metastasis Steps and Bottlenecks. Sakari Vanharanta, Joan Massagué, 2013
15/43
Metastaasi ebaefektiivsusTuumorist lahkub vereringesseigapäevaselt tuhandeid vähirakke.
Kliinilise metastaasi moodustavad ainultväga väikene osa vereringesse sisenenudvähirakke.
·
·
Pildi andmed: Danila et al., 2007.
16/43
Kolonisatsioon on metastaseeruvate vähirakkudepeamine pudelikael
Suur osa sekundaarsesse koesse jõudnudvähirakkudest ei jagune ja jäävaddormantsesse seisundisse.
·
Pilt: Luzzi et al., 1998.
17/43
Seed and soil hüpoteesKomplementaarne kahe eelneva mudeliga
1889. a. pakkus Inglise kirurg StephenPaget välja nn. seed and soil hüpoteesi, mistänapäevaselt tähendab, et vähirakudannavad metastaasi kui nad satuvadsobivasse koe mikrokeskkonda.
·
18/43
MetastaasigeenidPrimaarses kasvajas ekspresseeritavad metastaasigeenid annavad vähile
lokaalse kasvueelise: EREG (epiregulin) ja COX2/PTGS2 ekspressioon stimuleeribangiogeneesi. Kollageeni krosslinkivat aktiivsust omav LOX (lüsüül oksüdaas) indutseeribvähirakkude migratsiooni ja angiogeneesi;
distaalse eelise mingisse kindlasse organisse infiltreerumiseks: hüpoksia ja TGF-indutseeritud ANGPL4 indutseerib veresoonte läbilaskvuse ja võimaldab sisenedadistaalsesse koesse.
·
· β
Pilt: Metastasis: From dissemination to organ-specific colonization. Don X. Nguyen, Paula D. Bos and Joan Massagué, 2009. .
19/43
EMT ja metastaasid: normaalses arengus toimivadgeenid
EMT reguleerivad TF: E47/E2A ja Twist (bHLH), Snail ja Slug (C2H2 zf), FOXC2 (winged helix,forkhead), Goosegoid (paired homeodomain), etc.
·
Pilt: dynamic pattern of Lvsnail mRNA expression during sea urchin development. The Snail repressor is required for PMC ingression in the sea urchin embryo
20/43
EMT ja metastaasid: Snail, Slug
Pilt: Snail genes are a convergence point in EMT induction. The Snail genes as inducers of cell movement and survival: implications in development and cancer
21/43
Snaili märklaudgeenid
Pilt: Downstream targets of Snail. The Snail genes as inducers of cell movement and survival: implications in development and cancer
22/43
Vähirakkude sisenemist vereringesse vahendavadmakrofaagid
Perivaskulaarsed makrofaagid loovad vähis metastaatilise mikrokeskonna (tumormicroenvironment of metastasis).
Vähirakkude ja makrofaagide vahel toimub EGF/CSF-1 parakriinne signalisatsioon.
Vähirakkude poolt sekreteeritav CSF-1 indutseerib vähi makrofaagidel EGF-i ekspressiooni,mis positiivse tagasisidena omakorda indutseerib vähirakkudel veelgi CSF-1 ekspressiooni.
·
·
·
Pilt: Hernandez et al., 2009 .
23/43
Metastaasi mustrid: organidKasvajad mis annavad metastaasepeamiselt ühte organisse:
Erinevatesse organitessemetastaseeruvad:
·
eesnäärmevähid luudesse;
silma melanoom maksa;
sarkoomid kopsu.
-
-
-
·
kolmik-negatiivsed rinnavähid;
naha melanoomid;
kopsuvähid;
neeruvähid.
-
-
-
-
Pilt: wikipedia
25/43
Tüüpilised tahkete kasvajate metastaasikohadVÄHITÜÜP PÕHILISED METASTAASI KOHAD
Rind luu, kopsud, maks ja aju
Kopsu adenokartsinoom aju, luud, neerupealsed ja maks
Naha melanoom kopsud, aju, nahk, maks
Käärsool maks ja kopsud
Kõhunääre maks ja kopsud
Eesnääre luud
Sarkoom kopsud
Silma melanoom maks
Tabel: Metastasis: From dissemination to organ-specific colonization. Don X. Nguyen, Paula D. Bos and Joan Massagué, 2009. .
26/43
Metastaasi muster: vereringeKõige esimene organ kuhu südamest väljapumbatav veri jõuab on kopsud.
Luuüdis ja maksas olev fenestreeritudendoteel on vähirakkudele vereringestväljumiseks permissiivsem kui muudesorganites.
Kopsu endoteel on suhteliselt raskeminiläbitav ja
kesknärvisüsteemis olev BBB on kõigetugevam barjäär.
Ometigi umbes 30% metastaatilistestrinnavähkidest annavad ajumetastaase.
·
·
·
·
·
Pilt: http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/lect20.htm
27/43
Metastaasi muster: vereringe
Pilt: liver sinusoidal endothelial cell fenestrations. Cogger et al., 2010. .
Vereringe määrab soolekasvajatepeamise metastaaside sihtpaiganamaksa,
Maksametastaasid on eelkõige tingitudsellest, et soolestikust lähtuv portaalveensuubub maksa ja maksa endoteel onfenestreeritud.
·
80% soolevähi korduv patsentidest onmaksametastaasid.
-
·
28/43
Metastaatiline latentsusKliiniliselt on see periood, mis jääb vähi avastamise ja detekteeritavatemetastaaside tekke vahele
Raku tasemel väljendub latentsus·
vähiraku jagunemise arrestis ja vaikeolekus (dormantsus);
mitteproduktiivses jagunemises, kus jagunemine on balanseeritud apoptoosi poolt;
tüvirakuliste omaduste kadumine (loss of stem cell �tness/stemness).
-
-
-
29/43
Metastaatilise latentsuse kadu: VCAM-1 vahendatud osteoklastide värbamineRinnavähi mudelis on leitud, et sellisest dormantsusest väljunud luu mikrometastaasid onhakanud ekspresseerima enda pinnal VCAM-1 molekuli Lu et al., 2011.
VCAM-1 ekspressioon värbab dormantse vähiraku juurde integriine ekspresseerivadmonotsüüdid, mis diferentseeruvad luud lagundavateks osteoklastideks. VCAM-1 on integriini ligand mille kaudu lümfotsüüdid arresteeruvad veresoone pinnal.
Osteoklastide aktiveerumisega vabaneb luu maatriksist rohkelt kasvufaktoreid tekib nö.nõiaring (vicious cycle).
·
· α4β1α4β1
·
30/43
Metastaatilise latentsuse kadu: sekundaarse koe strooma rakudsekreteerivad tüvirakulisust supresseerivat faktorit
Rinnavähi kopsumetastaasid hakkavad sekreteerima tüvirakulisust pärssiva TGF-perekonna ligandi BMP4 blokeerivat faktorit Coco Gao et al., 2012.
Coco ekspressioon neutraliseerib parakriinse BMP ja võimaldab vähirakkude reaktivatsiooni.
· β
·
31/43
Kliiniline metastaasi muster on eri patsientidel javähitüüpidel erinev
Glioblastoomid metastaseeruvad harva.
Medulloblastoomid metastaseeruvad sagedasti.
Kopsu- ja kühunäärme kartsinoomid on sagedasti metastaseerunud juba esmasdiagnoosil.
Rinna- ja eesnäärmevähid reeglina diagnoosimisel metastaseerunud ei ole.
Umbes 10% patsentidel esineb vähke mille algne paige on määramatu (cancer of unknownprimary origin, CUP).
·
·
·
·
·
32/43
T1: aeg mis kulub pankrease intraepiteliaalseneoplaasia tekkeks (PanIN). PanIN onivasiivse vähi eellane. Tavaline vanemaealisespopulatsioonis.
Metastaaside temporaalne musterKliiniliselt on raske määrata, kui kiiresti konkreetne vähk progresseerub primaarsest kasvajastlatentsete siirete tekkeni ja sealt nähtavate metastaasideni.
Kõhunäärmekasvajad arvatimetastaseeruvat progressiooni varasesstaadiumis, kuid eksoomi sekveneerimineja matemaatiline modelleerimine viitabpigem, et kõhunäärmekasvajad pigemavastatakse liiga hilja.
Rinna ja eesnäärmevähkide puhul tekivadmetastaasid vähi arengus vara ja püsivadkaua latentsed.
·
·
Pilt: Distant metastasis occurs late during the genetic evolution of pancreatic cancer. Yachida et al., 2010. .
33/43
Veresoontest väljumineVeresoontest väljumist soodustavate geenide ekspressioon suurendabvähirakkude laiali kandumist kudedesse ja seega koloniseerimise tõenäosust.
Rinnavähi aju metastaase näiteks vahendavad COX2, HB-EGF ja ST6GALNAC5 (α2,6-sialyltransferase) (Bos et al., 2009).
COX2 ja HB-EGF-EGFR ekspressioon annab vähirakule "võimenduse" mitte fenestreeritudendoteeli läbimiseks ja ajukoe koloniseerimiseks.
2,6-sialüültransferaasi ekspressioon põhjustab sialüül-epitoopide ekspressiooni vähirakupinnal ja võimaldab aju-spetsiifilist infiltratsiooni.
·
·
· α
34/43
Heterotroopsetel interaktsioonidel on oluline roll metastaatiliselkoloniseerimisel
Rinnavähi osteolüütilised metastaasid, kus toimub luukude lagundavate osteoklastideaktivatsioon. Vabaneb terve rida maatriksisse deponeeritud kasvufaktoreid.
Rinnavähi ajumetastaasid ekspresseerivad IL1 , mis aktiveerib astrotsüüdid. Aktiveeritudastrotsüüdid hakkavad ekspresseerima NOTCH ligandi JAGGED, mis stimuleerib omakordavähirakke (Xing, 2013).
·
Vähirakud sekreteerivad paratüroidhormoon peptiidi (PTHrP) ja mõjutavad seeläbiosteoblaste (luukude ülesehitavad rakud) sekreteerima RANKL ja mitte sekreteerimaRANKL decoy retseptorit OPG (osteoprotegerin), mis stimuleerib osteoblaste.
-
· β
Pilt: IL1b ja rinnavähi ajumetastaaside elulemus. Xing et al., 2013. .
35/43
Metastaasi mutatsioonid on samad mis primaarsevähiga seotud mutatsioonid
Pankrease vähi metastaatilised kloonid sisaldavad KRASG12V, MYC ja CCNE1geenimutatsioone.
Neeruvähi metastaasides on muteerunud TP53, SETD2, KDM5C.
ER-positiivse rinnavähi patsiendil 9 a. peale primaarse vähi eemaldamist tekkinudmetastaasides oli peamine mutatsioon ERBB2 amplifikatsioon.
Basaalset tüüpi rinnavähi primaarse paikme ja metastaaside vahel erinesid ainultmutantsete alleelide sagedused.
·
·
·
·
36/43
Metastaasi signalisatsioon: pahaloomuline lisanõks.., the Bad and the Ugly
Soolevähi rakkudes on tavaline TGF- raja inaktivatsioon, samas vähirakud iseekspresseerivad TGF- mis stimuleerib stroomarakkudel makrofaage aktiveeriva IL-11ekspressiooni.
Eesnäärmevähi hiire mudelis annavad PTEN ja TP53 inaktivatsioon mitte-agressiivse vähi,kuid lisaks SMAD4 inaktiveerimine viib metastaseeruvate kasvajate tekkeni.
Nkx2.1 tuumorsupressori muteerumine muudab KRASG12D-TP53-/- rakud metastaatilisteks.
· ββ
·
·
Pilt: Nkx2-1 vaigistamine kopsuvähi mudelis suurendab KRASG12D-TP53-/- rakkude kolonisatsioonivõimet. Winslow et al., 2011. .
37/43
38/43
Onkogeense signalisatsiooni ampli�katsioonKolonisatsiooni strateegia: metastaatilist koloniseerimist soodustavadsignaaliradasid võimendavad tunnused
VCAM-1 ekspressioon rinnavähirakkudesvõimendab PI3K-AKT ellujäämis-signaalirada.
SRC-i aktivatsioon muudab rinnavähirakkudes PI3K-AKT raja tundlikkuksCXCL12 ja IGF-1 stimulatsioonile.
·
·
Pilt: Selection of Bone Metastasis Seeds by Mesenchymal Signals in the Primary Tumor Stroma. Zhang et al., 2013. .
39/43
Ekspressioonimärklaudade repertuaari laienemineKolonisatsiooni strateegia, epigeneetiline regulatsioon
Epigeneetilised muutused nagu histoonide H3K27 demetülatsioon ja DNA demetülatsioonmuudavad VHL inaktiveeritud neeruvähis HIF2 märklaudgeenide repertuaari märksalaiemaks: ülesse läheb ka kopsumetastaase soodustavate CXCR4, CYTIP (Cytohesin 1Interacting Protein), LTBP1 ja SLAMF8 geenide ekspressioon (Vanharanta, 2013).
·α
Rinnavähkides muutub mittekodeerivaRNA HOTAIR toimel H3K27me3 muster nii,et represseeritakse metastaasi-supressorgeenide ekspressioon (Gupta,2013).
·
Pilt: Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis. Gupta, 2013.
40/43
Ampli�cation and Expansion of Oncogenic Pathwaysas Metastatic Traits
Pilt: Sakari Vanharanta, Joan Massagué, 2013. .
41/43
Lingid teistele loengutele
Sissejuhatav loeng
Vähitüübid
Onkoviirused
Onkogeenid
Retseptorid
Signaalirajad
Tuumorsupressorgeenid
Rakutsüklikontroll
·
·
·
·
·
·
·
·
p53 ja apoptoos
Immortalisatsioon
Tumorigenees
Genoomiterviklikkus
Mikrokeskkond
Metastaasid
Immuunsus
Vähiravimid
·
·
·
·
·
·
·
·
43/43
