Nádorová onemocnění
NÁDORY BENIGNÍ
• rostou v původním ložisku, zachovávají charakter
tkáně, ze které vznikly
NÁDORY MALIGNÍ
• invazivní růst, poškozují strukturu a funkci
tkáně, indukují vlastní angiogenezu, metastazují
- zvýšená proliferační aktivita, nereaguje na fyziologické regulační podněty
- invazivně prorůstá do okolní tkáně, indukuje vlastní angiogenezu (krevní
zásobení), metastazujeMALIGNÍ PROCES – VÍCESTUPŇOVÝ
- několik na sobě nezávislých změn v genomu jedné buňky
premaligní stadium / maligní stadium
- mutace v protoonkogenech, tumor-supresorových genech, mutátorových genech
Maligní nádory
Maligní nádorová onemocnění
FAKTORY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ
• Chemické látky – polycyklické a aromatické uhlovodíky, nitrosaminy, těžké kovy, mykotoxiny, azbest …..
• Fyzikální vlivy – ionizující záření, UV záření
• Biologické vlivy – DNA viry (adenoviry, herpes viry, hepdnaviry, papovaviry), retroviry (HIV, HTVL-1)
VROZENÉ DISPOSICE
• vrozené defekty reparace DNA
EPIGENETICKÉ FAKTORY
• genomický imprinting - souvislost s metylací bazí genů
• 10 milionů nových onemocnění ročně
• S prodlužováním lidského věku výskyt nádorových onemocnění narůstá
• V České republice – druhé nejčastější onemocnění po
kardiovaskulárních chorobách (výskyt i úmrtnost)
• Nejzávažnější nádorové choroby v naší populaci:
bronchogenní karcinom
karcinom prsu
karcinomy tlustého střeva
karcinomy rekta
karcinomy žaludku
• 40% všech vznikajících onemocnění jsou nádory, 60% všech úmrtí je na
nádorové onemocnění
Epidemiologie nádorových onemocnění
• Pravděpodobnost onemocnění nádorem ve věku 75 let – 100x vyšší než v dětském věku
• Pravděpodobnost úmrtí na nádorové onemocnění od dětství do stáří –zvýšení více než 200x
• Muži i ženy – obdobná pravděpodobnost výskytu maligního nádoru
• Vyšší úmrtnost mužů častější výskyt bronchogenního karcinomu - vyšší úmrtnost než na nejčastěji se vyskytující karcinom prsu u žen
Výskyt nádorových onemocnění – závislost na věku
Pravděpodobnost vzniku nádoru a úmrtí podle věku
Vysoký nárůst různých nádorových onemocnění u stárnoucích osob:
a) zvýšeným výskytem a kumulací mutací v somatických buňkách
b) snížením funkce imunitního systému – imunosenescence
Po osmdesátém roce stagnace výskytu s výjimkou nádoru prostaty
Věk a biologie nádorového onemocnění
Dlouhodobé působení kancerogenů ze životního prostředí
Kumulativní účinek kancerogenních faktorů
Kumulativní účinek endogenních procesů
Důsledek → tvorba aduktů DNA, hypometylace DNA, genetická nestabilita DNAAdukty DNA vznikají působením elektrofilních organických látek, které vstupují do organismu z prostředí nebo vznikají in vivo jako reaktivní metabolické intermediáty → alkylují dusíkaté base nukleotidů – ty pak nejsou schopny správného párování s příslušnými komplementárními basemi →vznik mutací
Biologické chování některých nádorů se mění s věkem
Zhoršující se prognóza s postupujícím věkem např. :
•akutní myeloidní leukemie (zvýšená resistence k terapii – vyšší exprese genu MDR-1),
•lymfom non-Hodginova typu (výšená koncentrace sérového IL-6)
•epitelové nádory vaječníků
Pomalejší vývoj nádoru:
karcinom prsu u diferencovaných karcinomů bohatých na hormonální receptory
Vznik, růst a šíření nádoru
Buňka neodpovídá na fyziologické regulační podněty
Klonální proliferace, invazivní růst, metastazování
Doba od vzniku první nádorové buňky do vzniku klinicky prokazatelného
nádoru bývá dlouhá – měsíce, roky
Vývoj od primárního ložiska do diseminovaného maligního procesu – týdny,
maximálně několik měsíců
Klinická detekce
Subklinický růst
Generalizace 1012
109
106
103
1měsíce
Kancerogenní faktory
• fyzikální: ionizující záření (gama, rtg, částice)
- 82% ionizujícího záření – přírodní zdroje: radon, kosmické záření a záření z
půdního podloží, záření uvnitř organismu vznikající při metabolických procesech
- člověkem tvořené záření – rtg přístroje, isotopy v lékařské diagnostice, minimální
dopad - radiační spad (0.3%), recyklace jaderného odpadu (0.1%)
• chemické: polycyklické aromatické uhlovodíky, nitrosaminy a aromatické aminy,
chlorované uhlovodíky, mykotoxiny, těžké kovy (kadmium, chrom, nikl, arsen, rtuť)
chemické kancerogeny
- významný podíl přirozených chemických kancerogenů z metabolických procesů
(nitrosoaminy, nitrosoamidy), kouření, nevhodná skladba a příprava stravy
-ze znečištěného životního prostředí – menší než z metabolitů
• virové: RNA a DNA transformující viry
• spontánní mutace: frekvence spontánních mutací nízká, ale stálá, nezávislá na
změnách vnějšího prostředí
- reparační mechanismy
- schopnost reparovat mutace s věkem klesá – vzrůstající výskyt nádorů ve stáří
- vrozená neschopnost reparovat mutace
Protoonkogeny
PROTOONKOGENY – geny se skrytým onkogenním
potenciálem
• REGULACE BUNĚČNÉHO MNOŽENÍ NA VŠECH ÚROVNÍCH
SIGNÁLNÍCH DRAH
• většinou somatické mutace – dominantní charakter
MUTACE
• bodové – substituce, delece, adice
• chromosomální přestavby – translokace, amplifikace
• inserce virového genomu
Protoonkogeny
PROTOONKOGENY – úloha v regulaci buněčného dělení
• Růstové faktory: sis (virus opičího sarkomu) - PDGF, hst
(heparin-binding secretory transforming gene) – FGF
• Receptory růstových faktorů: proteiny s
tyrosinkinázovou aktivitou - erb-B (virus ptačí
erytroblastózy) – receptor pro EGF
• Proteiny vázající GTP (G-proteiny): genová rodina ras
• Tyrosinkinázy plasmatické membrány: fosforylace
tyrosinu – abl (virus Abelsonovy myší leukemie), src (virus
Rousova sarkomu)
• Cytoplasmatické proteiny: MAP-kinázy Raf, MEK,
MAP (signál cytoplasma jádro)
• Transkripční faktory: protoonkogen fos, jun, erb-A
• Kontrola buněčného cyklu: protoonkogen myc, cykliny,
cdk → stimulují přechod z G1 do S fáze
Protoonkogeny – příklad G-protein ras
Protoonkogen ras
•Produkt je protein, který váže nukleotid nesoucí guanin (GDP/GTP)
•Vazba s aktivovanými membránovými receptory (mnoha různých růstových
faktorů) v cytosolu
•Po aktivaci receptoru je uvolněn GDP vázaný k ras proteinu a naváže se GTP
•GTP aktivuje protein ras, ten předá signál fosforylací první v kaskádě MAP-kináz
•Tato signální dráha vede v jádře k aktivaci transkripčních faktorů nebo genů časné odpovědi jako např. myc
Protein ras se normálně inaktivuje hydrolýzou GTP na GDP
Některé mutace v genu ras znemožní inaktivaci nebo vedou k aktivitě proteinu ras bez vazby k GTP
Protoonkogeny
Ras/GDP GDP
GTP
Ras /GTP
Aktivní Raf-kinasa
Neaktivní Raf-kinasa
MAP-kinasa 2
MAP-kinasa 3
Regulace transkripce genů:
cyklin D1, jun,c- myc, fos a dalších
ATP
ADP
ADP
ATP
P
P
P
proteinkinasa C
proteinkinasa A
Src-proteinkinasa
Neaktivní receptor s tyrosinkinasovou aktivitou Aktivní receptor s tyrosinkinasovou aktivitou
buněčná
membrána
jaderná membrána
Fosforylace
Výskyt nádorových onemocnění v populaci / v rodině
• Výskyt sporadický
• mutace v somatických
buňkách
• výskyt v rodokmenu
odpovídá frekvenci
onemocnění v populaci
• Hereditární výskyt (5-10%) –
• děděná predisposice
• časnější vznik nádoru, multifokální / bilaterální výskyt, více členů v rodokmenu postiženo shodným typem nádoru
• Mendelovský typ dědičnosti – (50% pravděpodobnost)
• 1. mutace zárodečná (recesivní) (marker-geny: APC, BRCA1, BRCA2, WT, Rb1)
• 2. mutace postnatální (somatická, recesivní)
Tumor-supresorové geny
MUTACE V TUMOR-SUPRESOROVÝCH GENECH - RECESIVNÍ CHARAKTER
JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA s 50% pravděpodobností (AUTOSOMÁLNĚ DOMINATNÍ TYP DĚDIČNOSTI)
DĚDÍ SE DISPOSICE
• Sporadický výskyt nádorového onemocnění: dvě somatické mutace, výskyt odpovídá frekvenci onemocnění v populaci
• Hereditární výskyt: 1. mutace zárodečná, 2. somatická
• predisposice, časný vznik nádorů, multifokální nebo bilaterální výskyt, více členů rodiny má stejný typ nádoru
Lokalizace nádoru Gen ChromosomMechanismus
působení
oči (retinoblastom), kosti, prsa,
plíce, močový měchýř, prostataRb 13q14
Regulace buněčného
cyklu
ledviny a další orgány
(WAGR syndrom)
WT1/WT
211p13
Regulace buněčného
cyklu
různé typy nádorů (cca 50%
všech mutace TP53)TP53 17p13
Pozastavení cyklu v G1
fázi, transkripční faktor
tlusté střevo (familiární adenoma-
tózní polypóza, sporadické
kolorektální karcinomy) a nádory
dalších orgánů
APC 5q21
Regulace hladiny beta
kateninu (složka
cytoskeletu), buněčné
proliferace a adheze
prsa, ovaria, prostata, larynx,
zažívací trakt, pankreas
BRCA1
BRCA2
17p21
13q12-q13
Chybný repair
dvouvláknových zlomů
DNA
Tumor-supresorové geny – vybrané příklady
Tumor-supresorové geny – příčiny ztráty funkce
• Delece – mohou postihnout různé části genu
• Mitotická nondisjunkce
• Mitotická rekombinace
• Uniparentální disomie (oba chromosomy jsou původem od jednoho z
rodičů)
• Bodová mutace
• Inaktivace produktu (např. vyvázání virovým antigenem)
Tumor-supresorové geny –příklad Rb1 (nejčastěji mikrodelece)
MUTACE V SUPRESOROVÝCH GENECH MAJÍ RECESIVNÍ CHARAKTER
JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA
Rb gen reguluje buněčnou proliferaci
• Produkt – jaderný protein p105
• Fosforylovaná / defosforylovaná forma
• Defosforylovaná forma Rb proteinu se váže k transkripčnímu faktoru E2F
• Inaktivace E2F ovlivní expresi DNA-polymerázy alfa a PCNA, který interaguje s DNA-polymerázou delta blokáda přechodu z G1 do S fáze
• Fosforylovaný Rb je neaktivní, komplex E2F - Rb se oddělí a uvolní E2F nastane přechod z G1 do S fáze
TUMOR-SUPRESOROVÝ GEN Rb
Tumor-supresorové geny – vybrané příklady:
RB1
Retinoblastom – nádor očí
Většinou výskyt u dětí
Výskyt sporadický – unilaterální, 60% pacientů
Hereditární výskyt – 40% pacientů -zárodečná mutace, bilaterální onemocnění
Mutace v obou genech jsou nezbytné pro iniciaci a manifestaci nádoru
• WT1 kóduje zink-finger protein - transkripční aktivátor nebo represor mnoha genů (EGR1, PDGFA, CSF-1, TGF-ß, Pax2 …)
• Formace genitourinárního systému a mesenchymálních tkání
• Ztráta funkce genu WT nádory vznikají již během embryonálního vývoje
• Wilmsův tumor (1 : 10 000), komplex nádorů (Wilmsův tumor – aniridia –genitourinární anomálie – mentální retardace)
• Wilmsův tumor sporadicky – 95 % případů
• Hereditární onemocnění dětí - 5% případů
• Ztráta funkce genu rychlý vývoj tubulů ledvin, v ledvinách dítěte zůstávají shluky buněk, které se dělí stejně rychle jako během embryogeneze vznik nádoru
Tumor-supresorový gen WT1 a WT2 (chromosom 11)
Tumor-supresorový gen TP53
• Regulace průběhu interfáze
• Protein p53 transkripční faktor mnoha genů
• Kontrolní bod mezi G1/S (velký repair), S/G2 (post-replikační kontrolní bod)
• Pozastavení buněčného cyklu; koordinace apoptózy
• Mutovaný TP53 u více než 50% lidských nádorů (jak sporadických, tak hereditárních); bodové mutace v kritických oblastech genu
Tumor-supresorový gen TP53
Poškození DNA → exprese genu TP53
• p53 se váže k místu poškození
• tetramer p53 působí jako transkripční
faktor
• aktivuje geny brzdící replikaci (produkt
p21 inhibuje cdk);
• při nemožnosti reparace mutací →
zahájení apoptózy
V buňkách s mutovaným genem TP53 se akumuluje vyšší počet mutací v
dalších genech, mutace nejsou reparovány, v průběhu doby může nastat
maligní transformace buňky
• Nádory tlustého střeva, kdy maligní transformaci předchází stadium adenomatosní polyposy (FAP)
• Sporadický výskyt nebo děděná dispozice onemocnění
• 1 / 5000 – 7000 lidí; prekancerosní polypy
• FAP začíná v časném mládí, během let nádor tlustého střeva
• Několikastupňový proces, na kterém se účastní několik genů
• Tumor-supresorový gen APC – chromosom 5q21
Mutace v APC startují vznik nádoru tlustého střeva – marker gen
Např. bodová mutace záměna tyminu za adenin vede k posunu čtecího rámečku a ke zkrácení proteinu, to destabilizuje replikační enzymy
Mutace v genu APC narušují integritu cytoskeletu a adhesi epiteliálních buněk
Mutovaný APC + další proteiny zvyšují migraci buněk, navyšují mitotickou aktivitu a neschopnost zániku buněk apoptózou
Tumor-supresorový gen APC (adenomatous polyposis coli)
FAP – geny asociované s progresí onemocnění
• APC (5q21) - hyperplastický střevní epitel
• Hypometylace DNA – časné adenomy
• Mutace onkogenu K-ras (12p) –střední adenomatozní stadium
• DCC gen (18q) – pozdní stadium polypů
• Gen TP53 (17p) - karcinom
• Další změny - metastázování
Při hereditárnímárním výskytu nádoru prsu nebo prsu a ovarií jsou v genetickém poradenství využívány dva tumor-supresorové geny BRCA1 (breast cancer 1) a BRCA2 (breast cancer 2)
• Produkty obou genů BRCA tvoří komplexy s produkty dalších genů (polygenní model nádorového onemocnění)
• Podíl na regulaci průběhu buněčného cyklu a při repairu DNA
• Děděná mutace BRCA1 v rodinách s hereditárním výskytem nádoru prsu, ovarií anebo prsu a ovarií žen
• Zárodečná mutace genu BRCA2 je asociována s výskytem nádoru prsu žen i mužů nádoru prostaty, pankreatu a s Fanconiho anemií
Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2
Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2
• Gen BRCA1 (17q21) inhibuje růst buněk mléčných žláz (reguluje
buněčný cyklus)
• Uplatňuje se při reparaci poškozené DNA, interakce s produktem
genu RAD51 (15q15.1)
• Oprava zlomů v DNA (zlomy po záření nebo výměně genetického
materiálu při meióze)
• Gen BRCA2 (13q12.3) – obdobná funkce jako gen BRCA1 →
interakce s genem RAD51
• Protein BRCA2 transportuje protein RAD51 do místa poškození
DNA
• Gen RAD51 kóduje protein nezbytný pro opravu poškozené DNA
• Mutace BRCA1 / BRCA2 genů– nefunkční, velmi krátký, protein
• Mutace v genu RAD51
Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2
Sporadický a hereditární výskyt nádoru prsu - ženy
20 40 60 65 70 75 8045 50 5525 30 35
100
80
60
40
20
Kumulativní riziko (%) - ženy
Věk
Dispozice (hereditární)
Populace
(sporadický výskyt)
Hereditární výskyt nádoru prsu
Br
+ 50
Br
42
45Br
50
L
+ 55
Br
+ 35
Br
Br
+ 70
+ 65
I.
III.
II.
Celoživotní riziko vzniku nádoru prsu u žen v naší populaci
Hereditární: 80% (jedna mutovaná alela zděděna)
Populační (sporadický výskyt): cca 10%
Mutátorové geny (geny mismatch repairu)
• hMSH2, hMLH1, hPMS1, hPMS2, hMSH6, hMSH3
• Kontrola stability buněčného genomu
• Opravy chybného párování basí (při replikaci)
• Mutace MMR genů se ve fenotypu projevují nestabilitou délky mikrosatelitních lokusů (př. CAn)
• Mutace MMR zvyšují frekvenci mutací v genomu 100 –1000x
• Mutace MMR mají recesivní charakter
• Lynchův syndrom I –nádory tlustého střeva a rekta
• Lynchův syndrom II - kolorektální karcinomy, a u 30% pacientů nádory endometria, žaludku, slinivky, močového traktu
MMR geny rozpoznají
původní vlákno DNA,
(má metylované některé
báze)
Oprava na novém vláknu
Osobní anamnéza –rizikové faktory
• Vrozené malformace (např. Downův syndrom)
• Poruchy imunity, dlouhodobá imunosupresivní léčba (leukemie, lymfomy)
• Chronická nenádorová onemocnění (ulcerózní kolitida, polycystóza ledvin,
chronická hepatitida B …)
• Dlouhodobé podávání některých léků – např. estrogenů, steroidních
anabolik, imunosupresiv …
• Rodinná anamnéza - rodinný výskyt nádorů stejného typu
• kouření
• alkohol
• skladba stravy, příjem tekutin, stolice
• profesionální exposice kancerogenům
• gynekologická anamnéza u žen – riziko karcinomu prsu, endometria, ovarií
Diagnostika a prevence nádorových onemocnění
Léčba nádorových onemocnění
• chirurgická léčba
– nejčastější základní přístup při léčbě solidních nádorů
- uzlinových metastáz
- léčba není systémová
• radioterapie
-určována citlivostí, velikostí a lokalizací nádoru
-zevní záření / brachyterapie (zavedení zářiče přímo do nádorového ložiska)
-celotělové ozáření – u pacientů s hematologickými malignitami (paliativní účel
nebo imunosuprese před transplantací)
-léčba není systémová
• hormonální léčba
-nádorové buňky neničí, zastavuje jen proliferaci
-dlouhodobá
-závislá na přítomnosti hormonálních receptorů (nádory prsu, endometria, prostaty)
-u hematologických malignit kortikosteroidy
-složitost vzájemných vztahů – nežádoucí účinky
Léčba nádorových onemocnění
Cytostatika
Hormonální léčba
-nádorové buňky neničí, zastavuje jen proliferaci
-dlouhodobá
-závislá na přítomnosti hormonálních receptorů (nádory prsu, endometria, prostaty)
-u hematologických malignit kortikosteroidy
-složitost vzájemných vztahů – nežádoucí účinky
Imunoterapie
Posílení imunitního systému jedince při léčbě nádorových onemocnění je jednou
z podpůrných složek terapie
Jedním z rozdílů fenotypu normálních a nádorových buněk je přítomnost
membránových antigenů
Změny
1) kvalitativní - vznik neoantigenů - specifických nádorových transplantačních
antigenů (TSTA - pro tumor specifické transplantační antigeny)
2) kvantitativní změny v expresi antigenů vyskytujících se i v normálních buňkách
– zvýšení exprese určitých antigenů, podmíněné například multiplikací příslušného
genu
- snížená exprese až úplná ztráta exprese antigenů (například antigenů I. nebo II.
třídy MHC).
Imunitní systém a nádorová onemocnění
Imunitní odpověď jedince má vliv při vzniku a progresi maligního procesu
Imunitní systém jedince může v počátečním stadiu nádorového onemocnění rozpoznat a eliminovat transformované buňky
V protinádorové imunitě se zejména uplatňuje imunita transplantačního typuzprostředkovaná T lymfocyty
Významá úloha cytokinů: interleukin IL-2, interferony, tumor nekrosis faktory(TNF alfa, TNF beta)
NK buňky (přirození zabíječi) a LAK buňky - aktivita NK i LAK buněk není vázána na přítomnost molekul MHC
Vybraná nádorová onemocnění - aplikace IL, interferonu alfa, beta
Imunoterapie
