ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΥΤΤΑΡΟΥ ΚΑΙ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗΣ ΜΙΑ ΝΕΑ ΓΕΝΙΑ ΕΝ ΔΥΝΑΜΕΙ ΘΕΡΑΠΕΙΩΝ ΚΑΤΑ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ:Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΤΟΛΕΩΝ ΤΗΣ PARP ΣΤΟΝ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΟ ΚΑΡΚΙΝΟ ΤΟΥ ΜΑΣΤΟΥ ΚΑΙ ΤΩΝ ΩΟΘΗΚΩΝ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ,ΠΑΝΟΥΣΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ

Εισαγωγή Ο καρκίνος του μαστού είναι η συνηθέστερη κακοήθεια που πλήττει τις γυναίκες Το 5% με 10% των καρκίνων του μαστού και των ωοθηκών οφείλονται σε μεγάλη γενετική προδιάθεση και οι αλλοιώσεις των γονιδίων BRCA (από τα αρχικά του καρκίνου του μαστού στα αγγλικά: BReast CAncer) ενοχοποιούνται για το 95% των οικογενών μορφών καρκίνου του μαστού και των ωοθηκών. Πρόσφατα βρέθηκε μια νέα θεραπευτική μέθοδος που θα θα μπορούσε να συμβάλλει στη δραστική αντιμετώπιση, με μικρές παρενέργειες, των καρκίνων του μαστού που προκαλούνται από γενετικές μεταλλάξεις. Η νέα αυτή μέθοδος, που βασίζεται σε ουσίες-καταστολείς της Poly(ADP)Ribose Polymerase (PARP), υιοθετεί μια νέα προσέγγιση στη θανάτωση των καρκινικών κυττάρων

Εισαγωγή Η νέα μέθοδος είναι πολύ πιο δραστική και λιγότερο τοξική αντικατάσταση της χημειοθεραπείας. Είναι ένα είδος θεραπείας που επικεντρώνεται στην αξιοποίηση μιας συγκεκριμένης ανεπάρκειας στα κύτταρα του καρκίνου του μαστού Τα γονίδια BRCA φυσιολογικά δρουν ως «καταστολείς νεοπλασμάτων», παίζοντας σημαντικό ρόλο στην επιδιόρθωση των βλαβών του DNA. Διαφορετικές μεταλλάξεις αυτών των δύο γονιδίων αποτρέπουν αυτή τη διορθωτική λειτουργία και προδιαθέτουν για τον καρκίνο του μαστού. Το ένζυμο PARP διευκολύνει επίσης την επιδιόρθωση, προσελκύοντας στην περιοχή που έχει υποστεί βλάβη κατάλληλες πρωτεΐνες. Εμποδίζοντας τη δράση του PARP, το DNA των καρκινικών κυττάρων υφίσταται αλλοιώσεις που δεν μπορούν να επιδιορθωθούν ορθώς λόγω ανεπάρκειας του γονιδίου BRCA

Καρκίνος Ο ανθρώπινος καρκίνος είναι ένα σύμπλεγμα νόσων που χαρακτηρίζονται από ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό και ανοργάνωτη ανάπτυξη των προσβεβλημένων κυττάρων Τα καρκινικά κύτταρα διηθούν τους γειτονικούς ιστούς, βρίσκοντας έτσι πρόσβαση για το κυκλοφορικό σύστημα και καταφέρνουν να προσβάλλουν άλλους ιστούς

Αιτίες πρόκλησης καρκίνου Καρκίνος Αιτίες πρόκλησης καρκίνου Χημικές ουσίες Χημικές ουσίες που ανέρχονται σε εκατοντάδες είναι γνωστό ότι προκαλούν καρκίνο σε πειραματόζωα και ορισμένες απ’αυτές έχει αποδειχθεί ότι είναι καρκινογόνες και για τον άνθρωπο

Αιτίες πρόκλησης καρκίνου Καρκίνος Αιτίες πρόκλησης καρκίνου Ακτινοβολία Η ιονίζουσα ακτινοβολία κάθε μορφής, συμπεριλαμβανομένου και του υπεριώδους φωτός, είναι καρκινογόνος.

Αιτίες πρόκλησης καρκίνου Καρκίνος Αιτίες πρόκλησης καρκίνου Ιοί Οι ενδείξεις για ιογενή πρόκληση καρκίνου στον άνθρωπο παρέμειναν επί πολύ καιρό ισχυρές αλλά μόνο περιστασιακές. Είναι τώρα, όμως, σαφές ότι το λέμφωμα του Burkitt, ο καρκίνος του ρινοφάρυγγα και η λευχαιμία των Τ-κυττάρων προκαλούνται σχεδόν σίγουρα από ιούς.

Καρκίνος Θεραπεία του καρκίνου Χειρουργική Για να επιφέρει η χειρουργική επέμβαση ίαση, πρέπει να πραγματοποιηθεί πριν εξαπλωθεί ο καρκίνος σε όργανα και ιστούς που δεν μπορούν να αφαιρεθούν με ασφάλεια Ακτινοθεραπεία Η ακτινοθεραπεία χρησιμοποιεί ιονίζουσες ακτινοβολίες –ακτίνες Χ, σωματίδια (ηλεκτρόνια, νετρόνια), και ακτίνες γ- για την καταστροφή κυττάρων με την παρεμπόδιση της ικανότητας τους για διαίρεση Χημειοθεραπεία Η χημειοθεραπεία μπορεί να θεραπεύσει ορισμένες μορφές καρκίνου. Οι θεραπείες με συνδυασμούς φαρμάκων προκάλεσαν μακροχρόνιες περιόδους ύφεσης χωρίς σημεία νόσου σε πολλές περιπτώσεις Άλλες πειραματικές μέθοδοι π.χ Ανοσοθεραπεία ,χρήση υπερθερμίας

Καρκίνος Τύποι καρκίνου Καρκίνος του μαστού Ο καρκίνος του μαστού είναι η υπ’αριθμόν 1 αιτία θανάτου από καρκίνο στις γυναίκες Οι γυναίκες που αρχίζουν να έχουν έμμηνη ροή σε μικρότερη ηλικία διατρέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο από εκείνες που αρχίζουν αργότερα και οι γυναίκες που υποβάλλονται σε χειρουργική αφαίρεση ωοθηκών πριν την ηλικία των 35 ετών φαίνεται ότι διατρέχουν σημαντικά μικρότερο κίνδυνο απ’τις γυναίκες που υφίστανται φυσική εμμηνόπαυση

Καρκίνος Τύποι καρκίνου Καρκίνος των ωοθηκών Ο καρκίνος των ωοθηκών προσβάλλει πολλές γυναίκες των βιομηχανικών χωρών στο Δυτικό κόσμο. Έχουν αναγνωριστεί πολλοί και διάφοροι τύποι καρκίνου των ωοθηκών. Εμφανίζονται είτε στο επιθήλιο είτε σε στοιχεία του συνδετικού ιστού και πολύ σπάνια και στα δύο. Οι πιο συχνές μορφές είναι αδενοκαρκινώματα τα οποία εμφανίζονται στο επιθήλιο. Οι όγκοι μπορούν να θεραπευτούν επιτυχώς με χειρουργική επέμβαση, αν διαγνωστούν έγκαιρα. Η εξάπλωση της νόσου πέρα από τις ωοθήκες απαιτεί πιο ριζική θεραπεία, όπως είναι η ακτινοθεραπεία και η χημειοθεραπεία.

ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ BRCA1 ΚΑΙ BRCA2 ΚΑΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥΣ

ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ BRCA1 ΚΑΙ BRCA2 ΚΑΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥΣ ΓΕΝΙΚΑ Η απομόνωση των γονιδίων που προδιαθέτουν για μια οικογενή ασθένεια είναι ένας σημαντικός στόχος στην έρευνα του καρκίνου Ο προσδιορισμός τέτοιων γονιδίων "ανοίγει" τη δυνατότητα της γενετικής διάγνωσης στις οικογένειες, έτσι ώστε τα άτομα που διατρέχουν τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου, εξ'αιτίας του ότι κληρονόμησαν μια μεταλλαγή που προδιαθέτει για ένα είδος καρκίνου, να μπορούν να προσδιοριστούν Τα γονίδια που περιλαμβάνονται στα οικογενή σύνδρομα καρκίνου μπορούν επίσης να είναι σημαντικά στην παθογένεση των σποραδικών μορφών του καρκίνου, οι οποίες είναι και οι πιο κοινές. Στην αναζήτηση των γονιδίων που προδιαθέτουν για τον οικογενή καρκίνο του στήθους και των ωοθηκών έχει σημειωθεί πρόσφατα μεγάλη πρόοδος

ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ BRCA1 ΚΑΙ BRCA2 ΚΑΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥΣ Ένας γονιδιακός τόπος, ο οποίος αποκαλείται BRCA1 στο μακρύ βραχίονα του χρωμοσώματος 17, στο διάστημα 17q12-21, έχει προσδιοριστεί γενετικά, και εμφανίζεται να είναι υπεύθυνος για την ασθένεια σε περίπου 40% των οικογενών καρκίνων του μαστού To γονίδιο BRCA1 κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που είναι καταστολέας όγκων Οι μεταλλαγές στα γαμετικά κύτταρα στο γονίδιο BRCA1 , περιλαμβάνονται σε πολλές περιπτώσεις κληρονομικού καρκίνου του μαστού και των ωοθηκών αντίθετα μεταλλαγές του γονιδίου στα σωματικά κύτταρα μπορούν να διαδραματίσουν έναν σημαντικό ρόλο στις πιο κοινές σποραδικές μορφές αυτών των όγκων

ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ BRCA1 ΚΑΙ BRCA2 ΚΑΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥΣ

ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ BRCA1 ΚΑΙ BRCA2 ΚΑΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥΣ Μετά από γενωμική αναζήτηση συσχέτισης αποδείχθηκε ότι δεν είχε σχέση με το γονιδιακό τόπο BRCA1 στο χρωμόσωμα 17q21. Αυτή η ανάλυση εντόπισε έναν δεύτερο γονιδιακό τόπο ευαισθησίας στον καρκίνο του μαστού, BRCA2 Τα πρώτα στοιχεία προτείνουν ότι το BRCA2 γονίδιο παρέχει έναν υψηλό κίνδυνο καρκίνου του μαστού αλλά, αντίθετα από το BRCA1, δεν παρέχει ουσιαστικά υψηλό κίνδυνο καρκίνου των ωοθηκών.

ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ BRCA1 ΚΑΙ BRCA2 ΚΑΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥΣ

ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ BRCA1 ΚΑΙ BRCA2 ΚΑΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥΣ Συνοψίζοντας… Ένα ποσοστό της τάξης του 5 με 10% όλων των καρκίνων του μαστού και των ωοθηκών αποδίδονται στις κληρονομούμενες μεταλλαγές στα δύο αυτοσωμικά επικρατή γονίδια ευαισθησίας, τα BRCA1 και BRCA2 Περίπου το 90% των όγκων στο στήθος στις οικογένειες που φέρουν μεταλλαγές στο BRCA1, το 50% των τυχαίων όγκων στο στήθος και το 65-80% των τυχαίων ωοθηκικών όγκων έχουν χάσει ένα αλληλόμορφο γονίδιο BRCA1 από σωματική έλλειψη Τουλάχιστον άλλα δύο γονίδια, το p53 και ο υποδοχέας των ανδρογόνων, είναι αρμόδια για την κληρονομούμενη προδιάθεση στον καρκίνο του μαστού

Δομή και λειτουργία της PARP .

Γενικά... Η PARP ενεργοποιείται από σπασίματα του DNA και καταλύει τη μεταφορά επαναλαμβανόμενων τμημάτων ADP-ριβόζης από το NAD+ σε πρωτεΐνες που συμμετέχουν στην “αρχιτεκτονική” των αλυσίδων ή στο μεταβολισμό του DNA. Η πολυ ADP-ριβοζυλίωση είναι μια μεταμεταφραστική τροποποίηση των πρωτεΐνών. Αρχικά, πιστευόταν ότι το ένζυμο αυτό απότελούσε σημαντικό παράγοντα της κυτταρικής απάντησης σε πιθανές ζημιές του DNA. Η κλωνοποίηση του ενζύμου επέτρεψε την ανάπτυξη νέων μοριακών βιολογικών προσεγγίσεων για την εύρεση της λειτουργίας του.

Λειτουργία της PARP

Λειτουργία της PARP

Μοντέλο οργάνωσης του μορίου της PARP Πειράματα μεταλλαξιγένεσης έδειξαν ότι το ένζυμο αποτελείται από τρεις κύριες λειτουργικές περιοχές: Μία περιοχή 46 kD που αποτελεί την περιοχή πρόσδεσης στο DNA. Μία κεντρική πολυπεπτιδική περιοχή 22 kD που περιλαμβάνει τις περιοχές αυτοωρίμανσης. Μία καρβοξυτελική περιοχή 54 kD στην οποία βρίσκεται η περιοχή πρόσδεσης στο NAD.

Μοντέλο οργάνωσης του μορίου της PARP

Η περιοχή πρόσδεσης στο DNA H PARP είναι ένα μεταλλοένζυμο που χρειάζεται Zn για να λειτουργήσει και συγκεκριμένα προσδένει δύο ιόντα Zn σ’ένα τμήμα 29 kD της πρωτεΐνης (περιοχή Α). Η περιοχή Α είναι αυτή που προσδένεται στο DNA με έναν τρόπο εξαρτώμενο από την παρουσία του Zn. Τα δύο δάχτυλα Zn, fI και fII, είναι αυστηρά συντήρημένα. Διακρίνονται άλλες δύο περιοχές: μία σειρά από αμετάβλητα αρωματικά αμινοξέα και ένας αριθμός βασικών αμινοξέων που πιθανότατα παίζουν ρόλο στη δομή της περιοχής πρόσδεσης και στην αλληλεπίδραση με το DNA, αντίστοιχα.

Αλληλεπίδραση PARP - DNA

Αλληλεπίδραση PARP - DNA

Το διμερές πυρηνικό σήμα εντοπισμού (bipartite Nuclear Localization Signal) Είναι μια μικρή, πλούσια σε βασικά κατάλοιπα αμινοξική αλληλουχία, η οποία αναγνωρίζει πρωτεΐνες Μ.Β. 40-60 kD στον πυρήνα του κυττάρου.

Η καταλυτική περιοχή Η καρβοξυτελική περιοχή της PARP αναγνωρίστηκε ως η περιοχή που προσδένεται στο NAD. Επίσης, διατηρεί τις διάφορες καταλυτικές δραστηριότητες του ενζύμου: υδρόλυση του NAD, εκκίνηση, επιμήκυνση, διαμόρφωση και τερματισμό του πολυμερισμού. Η περιοχή αυτή όχι μόνο δεσμεύεται στο NAD αλλά αποτελεί και την καταλυτική περιοχή περιέχοντας και την ικανότητα σύνθεσης διακλαδισμένων πολυμερών. Όπως όλες οι καταλυτικές περιοχές των ενζύμων χαρακτηρίζεται από ορισμένα κρίσιμα και, συνεπώς, συντηρημένα αμινοξέα.

Η καταλυτική περιοχή

Οι ανασταλτικοί παράγοντες της PARP

Οι ανασταλτικοί παράγοντες της PARP Πολλές αντικαρκινικές θεραπείες βασίζονται στην πρόκληση σπασιμάτων μέσα στο DNA, προσπαθώντας να οδηγήσουν τα καρκινικά κύτταρα στο θάνατο. Δεδομένου ότι η PARP προωθεί την επισκευή του DNA είναι πολύ λογικό που προτείνεται ότι η παρεμπόδισή της PARP μπορεί να αυξήσει την αποδοτικότητα ορισμένων κυτταροτοξικών θεραπειών. Η πιθανή χρήση των ανασταλτικών παραγόντων της PARP για να ενισχύσει τη δραστηριότητα παραγόντων που καταστρέφουν το DNA ήταν γνωστή για κάποιο χρόνο, εντούτοις, τώρα, με το σχεδιασμό διαλυτών, σταθερών, ειδικών και ισχυρών ανασταλτικών παραγόντων, είναι που αυτή η δυνατότητα έχει αρχίσει να αποκτά αξία για τον άνθρωπο.

Οι ανασταλτικοί παράγοντες της PARP Τελικά, η παρεμπόδιση της PARP ενδυναμώνει την κυτταροτοξικότητα πολλών αντικαρκινικών φαρμάκων, πιθανώς παρεμποδίζοντας το φυσιολογικό ρόλο της PARP στην επισκευή του DNA. Μια συναρπαστική νέα προοπτική για την χημειοθεραπεία έχει αρχίσει να εμφανίζεται, η οποία εκμεταλλεύεται τις γενετικές ατέλειες που προκαλεί ο καρκίνος από μόνος του, αφού οι αναστολείς της PARP μπορούν να σκοτώσουν ειδικά κύτταρα στα οποία δε γίνεται ομόλογος ανασυνδυασμός. Σχεδόν όλοι οι ανασταλτικοί παράγοντες έναντι της PARP είναι ανταγωνιστικοί ανασταλτικοί παράγοντες του NAD+. Έτσι, οι πρώτοι παράγοντες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ανάλογα νικοτιναμιδίου.

Δράση των ανασταλτικών παραγόντων της PARP Ενίσχυση της κυτταροτοξικότητας των αλκυλιωτικών παραγόντων και της ακτινοβολίας ιονισμού. Όπως είδαμε, η PARP είναι απαραίτητη για τηνπροσέλκυση επιδιορθωτικών ενζύμων σε περιοχές του DNA όπου έχουν προκληθεί τραύματα. Παρεμπόδιση της PARP έχει ως συνέπεια την ανικανότητα του κυττάρου να επιδιορθώσει “λάθη” και “τραύματα” κι έτσι ενισχύεται η δραστηριότητα των παραγόντων αυτών που τα προκαλούν΄.

Δράση των ανασταλτικών παραγόντων της PARP Ενίσχυση της κυτταροτοξικότητας των ανασταλτικών παραγόντων της τοποϊσομεράσης. Κατά την αντιγραφή, μεταγραφή και τον ανασυνδυασμό της χρωματίνης, η τοποϊσομεράση χαλαρώνει το DNA και ανακουφίζει τις πιέσεις, σπάζοντας παροδικά τη μία αλυσίδα του DNA. Οι ανασταλτικοί παράγοντες της Topo παρεμποδίζουν την ικανότητα του ενζύμου να επανενώσει τα δύο θραύσματα της αλυσίδας και αφήνει το σπάσιμο του DNA αδιόρθωτο. Οι περισσότεροι ανασταλτικοί παράγοντες της Topo ασκούν την κυτταροτοξική δράση τους κυρίως κατά τη διάρκεια της S φάσης του κυτταρικού κύκλου.

Δράση των ανασταλτικών παραγόντων της PARP Ενίσχυση της κυτταροτοξικότητας των ανασταλτικών παραγόντων της τοποϊσομεράσης. Η PARP λειτουργεί κανονικά επισκευάζοντας το σπάσιμο της αλυσίδας και, επομένως, η παρεμπόδιση της ενζυμικής της δραστηριότητάς θα οδηγήσει σε περισσότερα σπασίματα των αλυσίδων και πιθανώς τοξικότερο δίκλωνο σπάσιμο. Ο σχηματισμός τοξικών δίκλωνων σπασιμάτων κατά την αντιγραφή είναι ένας πιθανός μηχανισμός για να εξηγηθεί γιατί συνδυασμένη επεξεργασία με ανασταλτικούς παράγοντες τόσο της PARP όσο και της Topo είναι τόσο αποτελεσματική.

Δράση των ανασταλτικών παραγόντων της PARP Πολλά κυτοστατικά φάρμακα προκαλούν μονόκλωνα σπασίματα είτε άμεσα (π.χ. με ακτινοβολία ιονισμού ή με ανασταλτικούς παράγοντες της Topo 1) είτε έμμεσα (π.χ. αλκυλιωτικοί παράγοντες). Παρουσία της PARP, αυτά τα μονόκλωνα σπασίματα επισκευάζονται αποτελεσματικά και η αντιγραφή παραμένει συνήθως ανεπηρέαστη. Όταν παρεμποδίζεται η PARP, τα μονόκλωνα σπασίματα μπορεί να παραμείνουν και να μετατραπούν σε δίκλωνα λόγω της ανεπαρκούς επισκευής. Αυτό είναι πιθανώς το κυτταροτοξικό τραύμα που προκαλεί το θάνατο. Ο ομόλογος ανασυνδυασμός είναι κρίσιμος στην επισκευή αυτών των τραυμάτων και βοηθάει στην επιβίωση.

Δράση των ανασταλτικών παραγόντων της PARP Ο ομόλογος ανασυνδυασμός έχει έναν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην επισκευή των τραυμάτων στα κύτταρα, στα οποία παρεμποδίζεται η PARP και κύτταρα που δεν μπορούν να κάνουν ομόλογο ανασυνδυασμό πρέπει να είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στην παρεμπόδιση της PARP.

Δράση των ανασταλτικών παραγόντων της PARP Ανάμεσα στα κύτταρα, τα οποία δεν μπορούν να κάνουν ομόλογο ανασυνδυασμό, συμπεριλαμβάνονται και τα κύτταρα που έχουν υποστεί μεταλλαγές στα γονίδια BRCA Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία καθώς οι μεταλλαγές στους γονιδιακούς τόπους BRCA συνδέονται με τον καρκίνο του μαστού και των ωοθηκών. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτή η θεραπεία διαφέρει από προηγούμενες θεραπείες δεδομένου ότι κανένα πρόσθετο γενοτοξικό φάρμακο δεν απαιτείται για να προκαλέσει κυτταρικό θάνατο και από αυτή την άποψη είναι πιθανό η θεραπεία αυτή να έχει λιγότερες παρενέργειες, κυρίως μετά τη διαπίστωση ότι κύτταρα άγριου τύπου παρουσιάζουν πολύ χαμηλή τοξικότητα στην παρεμπόδιση της PARP.

Τελικά... Η αξιοποίηση των καταστολέων της PARP για ειδική θανάτωση όγκων με μεταλλάξεις στους γονιδιακούς τόπους BRCA, με παράλληλη εκμετάλλευση της ανικανότητας των κυττάρων αυτών να επιδιορθώσουν “τραύματα” του DNA είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα προοπτική. Ανάλογες τεχνικές μπορούν να επεκταθούν και σε άλλους τύπους καρκίνου προσφέροντας μια ίσως πιο γενική αντιμετώπιση. Έτσι, ένας νέος ορίζοντας ερευνών για καταπολέμηση της μάστιγας του καρκίνου ανοίγεται μπροστά μας και η συνέχεια αναμένεται με μεγάλο ενδιαφέρον.