Genetica dei Tumori

1. Genetica dei Tumori • Il cancro è una malattia genetica a livello cellulare • mutazioni in uno o più geni (uno o entrambi gli alleli) • mutazioni sporadiche e in alcuni casi ereditate • ipotesi multifattoriale • Ereditarietà • Più evidente nelle rare forme familiari (ereditarietà mendeliana-penetranza incompleta) • Rischio superiore alla media in alcune famiglie anche in assenza di un chiaro pattern di ereditarietà Genetica Di Leonardo 2012

2. Genetica del cancro Normal cells Ignorare i segnali d’arresto Aggirare la necessità di fattori di crescita Ignorare i segnali di inibizione da contatto Acquisire Instabilità genetica/genomica Bypassare Apoptosi Sfuggire al sistema immunitario Rompere le barriere tissutali Colonizzare tessuti distanti Tumour cells Genetica Di Leonardo 2012

3. Cancro e associazione con l’età Incidenza della comparsa di tumori in funzione dell’età. il rapporto tra i casi di cancro metastatico ed età rivela incremento esponenziale nel range di 40-80 anni Genetica Di Leonardo 2012

4. Retrovirus e cancro Ciclo vitale Retrovirus Genetica Di Leonardo 2012

5. Genetica Di Leonardo 2012

6. Genetica Di Leonardo 2012

7. Scoperta degli oncogeni: Trasformazione cellule in coltura Cells in culture and in vivo exhibit contact-inhibition Cancer cells lack contact inhibition feedback mechanisms. Clumps or foci develop. Genetica Di Leonardo 2012

8. ISOLARE NUOVI ONCOGENI Genetica Di Leonardo 2012

9. proteine codificate da Oncogeni e associazione con tumori umani 1-Increased numbers in 20 % of breast cancers 2- RAS Activated by mutations in 20-30 % of cancers 3. Abl Kinase Activated by chromosomes translocation 4. Src Kinase Activated by mutations in 2-5% of cancers 6. Checkpoint Protein 5. p53 Protein Mutated or deleted in 50 % of cancers Genetica Di Leonardo 2012

10. Meccanismi di attivazione degli oncogeni Genetica Di Leonardo 2012

11. Amplificazione di c-myc e N-myc Genetica Di Leonardo 2012

12. Traslocazione cromosomica 9 / 22: Formazione del cromosoma “Philadelphia” cromosoma Philadelphia Genetica Di Leonardo 2012

13. Traslocazione 8 / 14 e analoghe: spostamenti di c-Myc Genetica Di Leonardo 2012

14. Mutazione puntiforma del protoncogene RAS Genetica Di Leonardo 2012

15. Progressione neoplastica Genetica Di Leonardo 2012

16. Genetica Di Leonardo 2012

17. Genetica Di Leonardo 2012

18. Modello multi hit e cancerogenesi Gene APC: Familial Adenomatous Poli APC codifica per una proteina di 240 kD espressa in molti tessuti; Mutazioni di APC producono proteine troncate. • La mancanza di APC causa accumulo di b-catenina • b-catenina attiva la trascrizione della cyclin D1 Genetica Di Leonardo 2012

19. ‘2-hit” Ipotesi di Knudson Genetica Di Leonardo 2012

20. pRB tiene “bloccata” la fase S del ciclo Genetica Di Leonardo 2012

21. pRB Genetica Di Leonardo 2012

22. ‘DNA repair genes’ Geni codificanti proteine coinvolte nella riparazione del DNA: Base excision, nucleotide excision, mismatch repair, riparazione post-replicativa Mutazioni di questi geni nella linea germinale sono responsabili di parecchie Sindromi a carattere ereditario: Sindrome di Bloom, ataxia telangiectasia, sindrome di Cockayne, HNPCC, cancro mammario Genetica Di Leonardo 2012

23. Mutazione in geni del mismatch repaire Cancro • La perdita/mutazione di entrambi gli alleli ha come effetto la deficienza nella riparazione degli errori di replicazione (fenotipo RER+:Replication Error Repair), incrementando il livello di mutazioni in geni critici e predisponendo indirettamente alla formazione di tumori • Il fenotipo RER+ si riflette in “microsatellite instability” (MSI or MIN) • Il fenotipo MSI/RER+ è anche riscontrato in altri tumori non ereditari Genetica Di Leonardo 2012

24. 12p 5q 18q 17p K-ras p53 APC DCC DNA Hypomethylation Other Alterations Early Adenoma Late Adenoma Intermediate Normal Hyperprolif. Carcinoma Metastasis Epithelium Epithelium Adenoma A Genetic Model for Colorectal Tumorigenesis Error-Prone DNA Repair MSH2, MLH1, PMS1, PMS2 Inactivating Mutation Type II TGFß Receptor Genetica Di Leonardo 2012

25. BRCA1/BRCA2 e Cancro • I geni BRCA1/2 (familial breast Cancer) sono considerati responsabili di una parte significativa di cancro mammario ereditario. • BRCA1: rischio aumentato di 5-50 volte di contrarre tumore mammario, tumore alle ovaie nelle donne e tumore al colon e alla prostata in maschi. • BRCA2: aumentato rischio di contrarre tumore mammario, tumore alle ovaie anche nei maschi • Tumore mammario spesso bilaterale. Genetica Di Leonardo 2012

26. Geni oncosoppressori Oncogeni • Geni trasformanti di Retrovirus • Geni cellulari mutati (ras) o deregolati • (c-myc) attivanti la proliferazione • Geni di virus a DNA (HPVE6 HPVE7; • adenovirus E1A E1B che inattivano geni • (pRB, p53) cellulari - signal transduction (TGF-RII, NF-1, APC) - ciclo cellulare (CDKI’s, p53, RB, BRCA1/2*) - Trascrizione (PML. p53, WT-1) - stabilità Gen./DNA repair (hMSH2, hMLH1, BRCA1/2) Meccanismi di attivazione/inattivazione • Mutazioni punto (CDS, promoter, splice) • Micro-inserzioni/delezioni • Delezioni Genomiche (interstiziali, cromosomiche) • Traslocazioni cromosomiche • Epigenetiche (ipermetilazione (CG) promotore) Genetica Di Leonardo 2012

27. Pathways leading to cancer Genetica Di Leonardo 2012

28. P53, ARF RB, p16 NF1,2 APC BRCA1/2 MMR genes ATM NER genes Caretakers Gatekeepers and • Geni determinanti la suscettibilità • a sviluppare tumori • -enzimi riparazione DNA • - Porta a instabilità genomica • Aumenta la probabilità di • mutazione di un gene • Gatekeeper • - Causa indiretta di cancro Classici geni tumor suppressor (TS) che regolano la corretta proliferazione e divisione cellulare - La loro mutazione ha come effetto la perdita del controllo del ciclo cellulare Gatekeeper pathway Caretaker pathway CANCER G S S S HNPCC, BRCA S S S S G S APC, p53, NF-1, Rb S S Genetica Di Leonardo 2012

29. p53: “Guardian of the Genome” • Localizzato sul cromosoma 17(p13); il gene oncosoppressore più comunemente mutato (mutazioni punto, delezioni) nel cancro (>50%) che codifica per un fattore di trascrizione coinvolto nella regolazione del ciclo cellulare • Ruoli molteplici nel mantenimento della stabilità genetica mediante induzione di arresto in G1/S, DNA repair, G2/M checkpoint, Apoptosis. • P53 mutanti nulli in topo hanno una elevata suscettibilità alla formazione di tumori come gli individui affetti dalla sindrome di Li-Fraumeni. Genetica Di Leonardo 2012

30. p53: domini proteici e hot spots mutazionali Genetica Di Leonardo 2012

31. La proteina p53 • deregolata (incremento) da stimoli cellulari e proteine “sensor” (ATM, Chks, p14); inattivato da proteine virali (HPV E6) • Degradata dalla protein HDM2 (Mdm2) • Induttore tracrizionale tra gli altri di: p21, MDM2, GADD45, BAX, Puma etc. • Scoperta di omologhi di p53: p73 (1p36) - mostra attività p53-like; p63 - coinvolto in sviluppo di specifici tessuti Genetica Di Leonardo 2012

32. Carcinogenesi indotta da instabilità genomica per mancato funzionamento del pathway controllato da p53 Genetica Di Leonardo 2012

33. Più del 50% dei tumori possiedono una proteina p53 anormale o mancante: - colon, breast, bladder, lung, liver, blood, brain, esophagus and skin il gene p53 sembra essere molto incline a mutazioni geniche ed è stato suggerito che p53 possa essere un mediatore tra insulti ambientali e lo sviluppo del cancro Cancro del fegato Le popolazioni residenti in SUD-Africa e nellla regione di Qidong in Cina hanno in comune il rischio dell’esposizione a 2 fattori ambientali con attività mutagena: Aflatossina B1 e virus dll’epatite B. le mutazioni indotte sul gene p53 sono specifiche transversioni T>G nello stesso codone Genetica Di Leonardo 2012

34. Genetica Di Leonardo 2012

35. Sindrome familiare Li-Fraumeni • - Gli individui affetti da questa sindrome sviluppano tumori in età giovanile e in molteplici organi • - 50% sviluppano tumori dall’età di 30 anni • - 90% mostrano un cancro a 70 anni • Gli individui affetti da questa sindrome hanno il gene p53 mutato nella linea germinale e tutte le cellule mostrano un allele di p53 mutante, è sufficiente la mutazione/perdita dell’allele wild-type in una cellula di qualsiasi tessuto per l’eventuale sviluppo di tumori in quel tessuto. Genetica Di Leonardo 2012 GEN MOL Di Leonardo 2009

36. p53 Pathway TP53 Danno al DNA Cell “stressors” (hypoxia, riduzione pool nucleotidico) segnali iperproliferativi ATM, ATR p14 ARF ? p21/PCNA, GADD45 Bax Apoptosis arresto del ciclo cellulare, DNA repair Genetica Di Leonardo 2012

37. Cdk Inhibitors (CDKI) Regolazione del ciclocellulareeucariotico Go Cicline Le Cicline sono subunità regolative che oscillano durante il ciclo cellulare Cyclin-dependent kinases (CDK) Le chinasi ciclina dipendenti (CDK) sono regolatori cruciali del ciclo cellulare. Le CDK sono proteine che fosforilano proteine proprie del ciclo cellulare solo quando sono associate a specifiche cicline. Cyclins and CDK proteins L’interazione tra CDK e cicline è responsabile della corretta regolazione della progressione nel ciclo cellulare. Stop Inibitori che a loro volta regolano l’attività catalitica dei complessi Cyc-CDK. Genetica Di Leonardo 2012

38. Genetica Di Leonardo 2012

39. Overview of cell cycle controls Genetica Di Leonardo 2012

40. DNA replication checkpoint Spindle assembly checkpoint Replication structures Unattached kinetochores Misaligned chromosomes S G1 anaphase cytokinesis G2 prophase metaphase DNA damage checkpoint Checkpoints e il controllo del ciclo cellulare “Checkpoints” sono distribuiti lungo il ciclo cellulare e sono costituiti da sistemi di sorveglianza per mezzo dei quali la cellula discrimina se procedere alla fase successiva o ARRESTARE la progressione cellulare. Genetica Di Leonardo 2012

41. G1/ S checkpoint p53 cyclin D1 Cdk4 P P p27 P P pRB p21 P P P P P pRB pRB pRB Inhibited E2F E2F E2F p21 p27 E2F S, G2, and M phase genes cyclin E Cyclin E Cyclin A Cyclin B DHFR TK Cdk2 P Genetica Di Leonardo 2012

42. THE END Genetica Di Leonardo 2012