Μηχανισμός απόκριση στις βλάβες του DNA στην καρκινογένεση ΒΑΣΙΛΗΣ ΓΟΡΓΟΥΛΗΣ Επικ Καθηγητής Εργ. Ιστολογίας-Εμβρυολογίας Ομάδα Μοριακής Καρκινογένεσης

ΤΡΕΧΟΥΣΑ ΑΠΟΨΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ Πολυσταδιακή διαδικασία ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: ΚΑΡΚΙΝΟΣ ΤΟΥ ΠΝΕΥΜΟΝΑ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΜΟΡΙΑΚΗ ΑΛΛΟΙΩΣΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΟ ΕΠΙΘΗΛΙΟ 3pLOH ΥΠΕΡΠΛΑΣΙΑ 3p LOH + 9p21 LOH + τελομεράση ΔΥΣΠΛΑΣΙΑ 3p LOH + 9p21 LOH + τελομεράση + p53 mt IN SITU ΚΑΡΚΙΝΩΜΑ 3p LOH + 9p21 LOH + τελομεράση + p53 mt + 5q LOH ΔΙΗΘΗΤΙΚΟ ΚΑΡΚΙΝΩΜΑ 3p LOH + 9p21 LOH + τελομεράση + p53 mt + 5q LOH + ras mt

ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΣΤΑΔΙΑ ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗΣ γH2AX CHk2-pT68 Normal Hyperplasia Dysplasia Tumour p14 N H D T N of samples = 16 p53 p21

ΜΟΡΙΑΚΕΣ ΑΛΛΟΙΩΣΕΙΣ ΠΡΟΣΔΙΔΟΥΝ ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Αυτάρκεια σε μιτογόνα σήματα Επαγωγή αγγειογένεσης Αντοχή έναντι αντι-αυξητικών σημάτων Διήθηση ιστών - Μετάσταση Παράκαμψη απόπτωσης Ανεξάντλητο αντιγραφικό δυναμικό

Εν αρχεί ήν η βλάβη του DNA… ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ Εν αρχεί ήν η βλάβη του DNA…

To DNA αποτελεί στόχο ενδογενών-εξωγενών παραγόντων Η επίδραση εξωγενών παραγόντων (π.χ. UV) αυξάνει ακόμα περισσότερο το ρυθμό βλαβών. 6

Εξωγενή Ενδογενή ΒΛΑΒΗ ΤΟΥ DNA - ΑΙΤΙΑ Οξειδωτικό stress Χημικές ουσίες Ακτινοβολίες Ογκογόνοι ιοί Ενδογενή Οξειδωτικό stress Αντιγραφικό stress

ΤΟ ΜΟΝΟΠΑΤΙ ΠΟΥ ΑΝΤΑΠΟΚΡΙΝΕΤΑΙ ΣΤΗΝ ΒΛΑΒΗ ΤΟΥ DNA DNA DAMAGE RESPONSE (DDR) PATHWAY – ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΟΡΙΩΝ Εξωγενή αίτια Ενδογενή αίτια Αισθητήρες Μεταγωγείς Τελεστές Πρώιμη γήρανση

ΤΥΠΟΙ ΒΛΑΒΩΝ ΤΟΥ DNA Διακρίνουμε 2 κύριους τύπους βλαβών στο DNA: 9

Χημικές Τροποποιήσεις του DNA: Απαμίνωση ΙR ΙR ΙR 10

Χημικές Τροποποιήσεις του DNA: Διμερή Θυμίνης 11

Χημικές Τροποποιήσεις του DNA: Οξείδωση/Μεθυλίωση methylation IR 12

Θραύσεις στην έλικα του DNA 13

Αναγνώριση της βλάβης της δικλωνικής θραύσης του DNA Genotoxic stress ATM P 53BP1 53BP1 MRN Complex P γH2AX foci 14

DNA double strand breaks response Ionizing radiation Chemotherapeutics Double strand breaks DNA double strand breaks response P ATM P γ-Η2ΑΧ γ-Η2ΑΧ 53BP1 MDC1 ATM Mre11 Nbs1 Rad50 T68 Chk2 P p53 P P G1 arrest Cyclin A/E p21 P Cdk2 15

DNA Single strand break response Replication stress Chemotherapeutics Single strand breaks DNA Single strand break response RPA RPA RPA RPA RPA ATRIP Rad1 Rad9 Rfc2 ATR Hus1 Rfc3 Rad17 Rfc4 Rfc5 S317 S345 Chk1 P cdc25c P P P P cdc25a Proteolysis P Cyclin B G2/M arrest P Cdk2 S phase arrest 16

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΤΩΝ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΙΚΩΝ ΜΟΝΟΠΑΤΙΩΝ ATR P ATM Mre11 Nbs1 Rad50 Chk2 T68 p53 p21 Cyclin A/E G1 arrest Cdk2 Cyclin B G2/M arrest cdc25a cdc25c Chk1 S317 S345 S phase arrest Proteolysis ATRIP Rfc2 Rfc3 Rfc4 Rfc5 Rad17 RPA Hus1 DNA damage Ionizing radiation Chemotherapeutics Double strand breaks Replication stress Single strand breaks Rad9 Rad1 γ-Η2ΑΧ 17

Μηχανισμοί επιδιόρθωσης βλαβών του DNA 18

Πότε λειτουργούν οι μηχανισμοί επιδιόρθωσης βλαβών του DNA; φάσης Πότε λειτουργούν οι μηχανισμοί επιδιόρθωσης βλαβών του DNA; Μηχανισμός/Φάση G1 S G2/M NHEJ + HR - BER NER MMR TSP   TS NHEJ: Non Homologous End Joining, HR: Homologous Recombination, BER: Base Excision Repair, NER: Nucleotide Excision Repair, MMR: Mismatch Repair, TLS: Translesion Synthesis Polymerases, TS: Template Switch 19

Homologous Recombination (HR) & Non-Homologous End Joining (NHEJ) Οι δικλωνικές θραύσεις του DΝΑ είναι θανατηφόρες για το κύτταρο. Αποκαθίστανται μέσω είτε του μηχανισμού HR (διασφαλίζει την ορθή επιδιόρθωση της βλάβης), είτε του ΝΗΕJ (είναι επιδεκτικός σε λάθη) 20

Base Excision Repair (BER) Χημικά τροποποιημένες (π.χ. οξειδωμένη γουανίνη) και εναλλακτικές (π.χ. υποξανθίνη) βάσεις καθώς και μονόκλωνες θραύσεις στο DNA ενεργοποιούν το μηχανισμό επιδιόρθωσης BER 21

Nucleotide Excision Repair (NER) Περιβαλλοντικοί παράγοντες (UV) και συγκεκριμένα χημειοθεραπευτικά φάρμακα (π.χ. Cisplatin) προκαλούν βλάβες στο DNA οι οποίες διαταράσσουν τη δίκλωνη έλικα (π.χ. διμερή θυμίνης), με αποτέλεσμα την ενεργοποίηση του μηχανισμού επιδιόρθωσης NER 22

Mismatch Repair (MMR) Το λάθος ζευγάρωμα των νουκλεοτιδίων μεταξύ τους λόγω λαθών κατά την αντιγραφή του DNA καθώς και η επίδραση γενοτοξικών παραγόντων ενεργοποιεί το μηχανισμό επιδιόρθωσης MMR 23

Translesion Synthesis (TLS) & Template Switch (TS) Οι μηχανισμοί TLS και TS λειτουργούν κατά τη φάση S και επιτρέπουν την πρόοδο της αντιγραφής του DNA παρακάμπτωντας την βλάβες στο DNA. 24

Οι επιδιορθωτικοί μηχανισμοί αλληλοεπικαλύπτονται 25

Η ΓΕΝΩΜΙΚΗ ΑΣΤΑΘΕΙΑ (GENOMIC INSTABILITY) EINAI ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟ ΤΩΝ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΩΝ ΚΑΡΚΙΝΩΝ

Γενωμική Αστάθεια (Genomic Instability) Μικροδορυφορική Αστάθεια (Microsatellite Instability) Χρωμοσωμική Αστάθεια (Chromosomal Instability) Αριθμητική Δομική 27

Μικροδορυφορική Αστάθεια Χαρακτηρίζει το κληρονομικό μη πολυποδιασικό καρκίνο του παχέως εντέρου (HNPCC) 28

Χρωμοσωμική Αστάθεια Δομική Αριθμητική 29

Ποια η μοριακή βάση της Γενωμικής Αστάθειας ; Σποραδικός Καρκίνο Κληρονομικό/Οικογενή Καρκίνο ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ – ΜΟΝΤΕΛΑ Mutator Phenotype Oncogene induced Replication Stress Α Β

ΓΟΝΙΔΙΑ ΠΟΥ ΕΜΠΛΕΚΟΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΓΕΝΕΣΗ ΤΗΣ ΓΕΝΩΜΙΚΗΣ ΑΣΤΑΘΕΙΑΣ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΑ ΟΓΚΟΚΑΤΑΣΤΑΛΤΙΚΑ Β Α CARETAKERS Β GATEKEEPERS 31

Απαραίτητη προϋπόθεση η πρόκληση δικλωνικών θραύσεων Χρωμοσωμική Αστάθεια (Chromosomal instability) χαρακτηριστικό κυρίως των σποραδικών καρκίνων Απαραίτητη προϋπόθεση η πρόκληση δικλωνικών θραύσεων

Υπάρχει και σε ποιό στάδιο της καρκινογένεσης ενεργοποιείται η κυτταρική ανταπόκριση στις βλάβες του DNA (DNA Damage Response DDR);

34

ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ 35