ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ. Εποχή εξατομικευμένης περίθαλψης: Η καλή διάγνωση οδηγεί σε αποτελεσματική θεραπεία Η θεραπεία θα βασίζεται.

Παρουσίαση με θέμα: "ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ. Εποχή εξατομικευμένης περίθαλψης: Η καλή διάγνωση οδηγεί σε αποτελεσματική θεραπεία Η θεραπεία θα βασίζεται."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ

2 Εποχή εξατομικευμένης περίθαλψης: Η καλή διάγνωση οδηγεί σε αποτελεσματική θεραπεία Η θεραπεία θα βασίζεται στο μοριακό υπόβαθρο κάθε ασθενούς Εφαρμογή νέων βιολογικών δεικτών και μοριακών διαγνωστικών τεστ για εξατομικευμένη διαχείριση της νόσου και ανάπτυξη στοχευμένων θεραπειών Μοριακή διάγνωση εξατομικευμένη θεραπεία στοχευμένη θεραπεία

3 ΣΤΟΧΕΥΜΕΝΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ In the early 1900s, German Nobel Laureate Paul Ehrlich imagined an ideal therapy for disease, a drug precisely targeted to an invader, acting like a missile, ‘Magische Kugel,’ ‘Magic Bullet.’

4 ΒΙΟΔΕΙΚΤΕΣ Τα νεοπλάσματα με ίδια ιστολογική εικόνα μπορεί να φέρουν διαφορετικές μεταλλαγές υπεύθυνες για την κακοήθη εξαλλαγή Η προσπάθεια ανάπτυξης στοχευμένων αντικαρκινικών θεραπευτικών παραγόντων προυποθέτει παράλληλη ανάλυση και χαρακτηρισμό σε μοριακό επίπεδο των όγκων κάθε ασθενούς

5 ΒΙΟΔΕΙΚΤΕΣ Τα νεοπλάσματα με ίδια ιστολογική εικόνα μπορεί να φέρουν διαφορετικές μεταλλαγές υπεύθυνες για την κακοήθη εξαλλαγή

6 ΚΑΡΚΙΝΟΣ - Κύρια αιτία θανάτου για άτομα ηλικίας >85 ετών. -Ξεπερνά σε ποσοστό θανάτων τα καρδιακά νοσήματα -Καθυστερημένη διάγνωση του καρκίνου (μεταστατικό στάδιο) -> κακή πρόγνωση -> συνήθως δεν υφίσταται κατάλληλη θεραπευτική αγωγή με φάρμακα. -Απαιτείται συνδυασμός χειρουργικής επέμβασης με θεραπευτική αγωγή -> χαμηλά ποσοστά επιβίωσης (π.χ. 7% για 15 χρόνια για μεταστατικό καρκίνο μαστού). -Συμπαγείς όγκοι α) ανιχνεύονται δύσκολα β) χημειοανθεκτικοί β) χημειοανθεκτικοί -Είναι φανερή η επείγουσα ανάγκη για καινοτόμες και βελτιωμένες θεραπευτικές αντικαρκινικές αγωγές που θα οδηγήσουν σε αυξημένη επιβίωση των ασθενών ή επιβράδυνση της εξέλιξης των όγκων σε ασθενείς με προχωρημένους συμπαγείς όγκους.

7 ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΤΟΥ ΚΑΡΚΙΝΟΥ Γονιδιακή νόσος- Γενετικές βλάβες Διαταραχή φυσιολογικών μηχανισμών που ελέγχουν τον κυτταρικό πολ/μό,  ανεξέλεγκτος πολ/μός καρκινικών κυττάρων λόγω μεταλλαγών σε γονίδια που ελέγχουν βασικές κυτταρικές λειτουργίες: κυτταρικό πολ/μό, διαφοροποίηση, απόπτωση, γονίδια ελέγχου και επιδιόρθωσης λαθών σταδιακή απόκτηση πολλαπλών σωματικών μεταλλαγών σε διάφορα γονίδια γαμετικές μεταλλαγές που κληρονομούνται

8 Η μοριακή βάση της πολυσταδιακής διαδικασίας της καρκινογένεσης του παχέος εντέρου διαδοχικές βλάβες συμβαίνουν στα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου. Μια από αυτές αφορά σε μεταλλαγή πρωτο-ογκογονιδίου και τρεις από αυτές περιλαμβάνουν μεταλλαγές που απενεργοποιούν ογκοκατασταλτικά γονίδια.

9 Hallmarks of Cancer Six fundamental changes 1.Self sufficiency in growth factors 2.Insensitivity to growth-inhibitory signals 3.Evasion of apoptosis 4.Limitless replicative potential 5.Sustained angiogenesis 6.Ability to invade and metastasize Hanahan and Weinberg, (2000) Hallmarks of Cancer, Cell (100) 57

10 Αυτονομία/αυτοεπάρκεια σημάτων αύξησης, Απευαισθητοποίηση σε αντι- αυξητικά σήματα, Αποφυγή της απόπτωσης Αποσύζευξη προγράμματος κυτταρικής αύξησης από τα περιβαλλοντικά σήματα Οι αυξητικοί παράγοντες σε φυσιολογικά κύτταρα λειτουργούν ως περιβαλλοντικά σήματα Αυξητικοί παράγοντες, Σηματοδοτικά μονοπάτια και καρκίνος Οι αυξητικοί παράγοντες ρυθμίζουν την αύξηση, τον πολλαπλασιασμό και την επιβίωση τα οποία απορυθμίζονται στον καρκίνο Hanahan and Weinberg, (2000) Hallmarks of Cancer, Cell (100) 57

11 Μεταγωγή σήματος Προσδέτης (πρώτο σήμα) Υποδοχέας Σύνδεση Υποδοχέα- Προσδέτη ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ Κυτταρικές αποκρίσεις Μεταγωγή σήματος (μέσω 2ου μηνύματος) ΠΥΡΗΝΑΣ Αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση

12 ΒΙΟΔΕΙΚΤΕΣ Η χρήση των πολύ ειδικών- επιλεκτικών ως προς το στόχο τους αντικαρκινικών θεραπευτικών παραγόντων μας οδηγεί προς μια ταξινόμηση των νεοπλασμάτων με βάση τα σηματοδοτικά μονοπάτια που ενεργοποιούνται από τις μεταλλαγές αυτές οδηγώντας σε ανεξέλεγκτο κυτταρικό πολλαπλασιασμό

13 Ομάδες γονιδίων που όταν μεταλλαγούν μπορούν να προκαλέσουν μετασχηματισμό φυσιολογικών κυττάρων σε καρκινικά Ογκογονίδια: δρουν με επικρατή τρόπο αύξηση ενεργότητας ή επιπέδου έκφρασης (dominant acting, gain-of-function mutations) ογκο-κατασταλτικά γονίδια: δρουν με υπολειπόμενο τρόπο απώλεια δράσης τους οδηγεί σε μετασχηματισμό (Loss of function mutations) απενεργοποίηση και των δυο αλληλομόρφων (two-hit hypothesis)

14 ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΑ Δράσεις : εμπλέκονται στις βασικές και θεμελιώδεις λειτουργίες του κυττάρου. Ελέγχουν: τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό τη διαφοροποίηση Οι μεταλλαγές σε αυτά τα γονίδια οδηγούν σε ανώμαλη ενεργοποίηση και προαγωγή του κυτταρικού πολλαπλασιασμού χωρίς την παρουσία των εξωγενών παραγόντων διέγερσης με αποτέλεσμα την κακοήθη εξαλλαγή

15 Απώλεια λειτουργίας ογκοκατασταλτικών γονιδίων ΥΠΟΘΕΣΗ ΔΥΟ ΧΤΥΠΗΜΑΤΩΝ (TWO-HIT hypothesis ογκο-κατασταλτικά γονίδια: δρουν με υπολειπόμενο τρόπο απώλεια δράσης τους οδηγεί σε μετασχηματισμό (Loss of function mutations) απενεργοποίηση και των δυο αλληλομόρφων (two-hit hypothesis) Ομάδες γονιδίων που όταν μεταλλαγούν μπορούν να προκαλέσουν μετασχημα- τισμό φυσιολογικών κυττάρων σε καρκινικά

16 Ογκογονίδια - ογκοκατασταλτικά γονίδια Ομάδες γονιδίων που όταν μεταλλαγούν μπορούν να προκαλέσουν μετασχηματισμό φυσιολογικών κυττάρων σε καρκινικά

17 ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΑ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΑ Αρχικά βρέθηκαν σε ιούς ικανούς να προκαλέσουν καρκίνο (ιικά ογκογονίδια v-onc) Τα πρωτο–ογκογονίδια είναι φυσιολογικά γονίδια υπεύθυνα για τη ρύθμιση της κυτταρικής διαίρεσης, κινητικότητας, διαφοροποίησης Τα ογκογονίδια προέρχονται από τα πρωτο-ογκογονίδια με διαταραχές της αλληλουχίας βάσεων του DNA (π.χ. μεταλλαγές) Οι μεταλλαγές σε αυτά τα γονίδια οδηγούν σε ανώμαλη ενεργοποίηση και προαγωγή του κυτταρικού πολλαπλασιασμού χωρίς την παρουσία των εξωγενών παραγόντων διέγερσης με αποτέλεσμα την κακοήθη εξαλλαγή.

18 ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΑ Τα ογκογονίδια προέρχονται από τα πρωτο-ογκογονίδια με διαταραχές της αλληλουχίας βάσεων του DNA (π.χ. μεταλλαγές) Καρκινογόνα: ακτινοβολίες, χημικές ουσίες, ιοί

19 Λειτουργίες ογκογονιδίων Αυξητικοί παράγοντες (growth factors) Υποδοχείς αυξητικών παραγόντων (growth factor receptors) Μεταγραφικοί παράγοντες (transcriptional factors) Μόρια μεταγωγής σήματος (Signal transducers)

20 Διέγερση από εξωγενή σήματα (αυξητικοί παράγοντες) οδηγούν την πληροφορία (υποδοχείς) από το εξωκυτταρικό στο ενδοκυτταρικό περιβάλλον ενεργοποιώντας μόρια μεταγωγής σήματος που προκαλούν την έκφραση μεταγραφικών παραγόντων οι μεταγραφικοί παράγοντες θα οδηγήσουν σε έκφραση γονιδίων υπεύθυνων για κυτταρικό κύκλο, διαίρεση, απόπτωση κλπ

21 Αυτονομία/αυτοεπάρκεια σημάτων αύξησης, Απευαισθητοποίηση σε αντι- αυξητικά σήματα, Αποφυγή της απόπτωσης Αποσύζευξη προγράμματος κυτταρικής αύξησης από τα περιβαλλοντικά σήματα Οι αυξητικοί παράγοντες σε φυσιολογικά κύτταρα λειτουργούν ως περιβαλλοντικά σήματα Αυξητικοί παράγοντες, Σηματοδοτικά μονοπάτια και καρκίνος Οι αυξητικοί παράγοντες ρυθμίζουν την αύξηση, τον πολλαπλασιασμό και την επιβίωση τα οποία απορυθμίζονται στον καρκίνο Hanahan and Weinberg, (2000) Hallmarks of Cancer, Cell (100) 57

22 Λειτουργίες ογκογονιδίων Υποδοχείς αυξητικών παραγόντων, κινάσες τυροσίνης EGFR, IGFIR, IIR, PDGFR, TGFR ρόλος στην ανάπτυξη και εξέλιξη των όγκων  στόχος για αντικαρκινικές θεραπείες οικογένεια EGFR ( ΗΕR1-4) αντίσωμα για HER2 (herceptin) θεραπεία του καρκίνου του μαστού αντίσωμα για ΗΕR-1 θεραπεία καρκίνου π. εντέρου PDGFR α, β ( Imatinib, αναστολέας κινασών τυροσίνης) C-kit C-MET υπερέκφραση σε σποραδικό θηλώδες καρκίνωμα θυρεοειδούς ALKRET

23 Τα πρωτο - ογκογονίδια ενεργοποιούνται με διάφορους μηχανισμούς

24 Σημειακή μεταλλαγή (point mutation) στην κωδική αλληλουχία (συνήθως) H-ras, K-ras, N- ras Χρωμοσωμική μετάθεση (translocation) κυρίως σε λευχαιμίες- λεμφώματα t(9:22), bcr/abl, t(9:22), bcr/abl, t(8:14) myc /IG loci t(14:18) ΒCL2 / IGH Γονιδιακή ενίσχυση (amplification) π.χ. HER2 Ν-myc MYCL1 Τα πρωτο - ογκογονίδια ενεργοποιούνται κατά την διάρκεια της καρκινογένεσης με διάφορους μηχανισμούς όπως:

25 Τα πρωτο-ογκογονίδια ενεργοποιούνται κατά την διάρκεια της καρκινογένεσης με διάφορους μηχανισμούς όπως: Τα πρωτο-ογκογονίδια ενεργοποιούνται κατά την διάρκεια της καρκινογένεσης με διάφορους μηχανισμούς όπως: Σημειακή μεταλλαγή (point mutation) στην κωδική αλληλουχία (συνήθως) π.χ. H-ras ( 50% θυλακιωδών καρκινωμάτων του θυροειδούς), K-ras ( 90% πάγκρεας, 40% παχύ έντερο, 30% πνεύμονας), N-ras (30% μυελογενών λευχαιμιών) ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΩΝ

26 Χρωμοσωμική μετάθεση (translocation) κυρίως σε λευχαιμίες- λεμφώματα Λέμφωμα Burkitt t(8:14) c-myc ενεργοποίηση  υπερεκφραση ρύθμιση έκφρασης από ενισχυτή γονιδίων ανοσοσφαιρινών ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΩΝ

27 Οζώδη λεμφώματα t(14:18) γονίδιο ΒCL2 / γονιδιακός τόπος βαριών αλυσίδων ανοσοσφαιρινών  υπερέκφραση πρωτεΐνης BCL2 Χρωμοσωμική μετάθεση (translocation) κυρίως σε λευχαιμίες- λεμφώματα

28

29 ΒΙΟΔΕΙΚΤΕΣ NSCLC ALK rearrangement Mέθοδος Α FISH B Ανοσοιστοχημεία

30 Γονιδιακή ενίσχυση (amplification) π.χ. HER2 (c-erbB2) καρκινώματα μαστού, ωοθηκών προγνωστικός δείκτης, στοχευμένη θεραπεία καρκίνου του μαστού αντίσωμα για HER2 (herceptin) Ν-myc 700 φορές σε νευροβλαστώματα MYCL1 μικροκυτταρικά καρκινώματα πνεύμονα ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΟΓΚΟΓΟΝΙΔΙΩΝ

31 Γονότυπος Φαινότυπος ΒΙΟΔΕΙΚΤΕΣ Καρκίνος μαστού ενίσχυση HER2

32 Herceptin Αντίσωμα έναντι του Υποδοχέα HER2 Χορήγηση Herceptin σε ασθενή με καρκίνο μαστού

33 Ογκογονίδια RAS - (Πρωτείνη p21ras) G-proteins Προσδένουν με μεγάλη συγγένεια GTP και GDP Ενδογενή ενεργότητα GTPάσης, υδρόλυση του GTP σε GDP +Pι Δύο μορφές: ενεργή μορφή : με συνδεδεμένο GTP ανενεργή με συνδεδεμένο GDP GRFs: παράγοντες απελευθέρωσης γουανίνης GAPs: πρωτείνες ενεργοποίησης GTPάσης Απώλεια ενεργότητας της GAP Αυξημένη ανταλλαγή GDP με GΤP Η πρώτη μεταλλαγή σε ανθρώπινους όγκους H-RAS κωδικόνιο12 σε κυτταρική σειρά από ουροδόχο κύστη Τ-24 gly  val σε νεοπλάσματα παχέος εντέρου μεταλλαγές K-RAS συχνότητα ~50% σε νεοπλάσματα παγκρέατος μεταλλαγές K-RAS συχνότητα ~75%

34 Ογκογονίδια RAS - (Πρωτείνη p21ras)

35

36 Σημειακή μεταλλαγή στα κωδικόνια 12,13, 61 Τα ενεργοποιημένα γονίδια παραμένουν σε κατάσταση συνεχούς διέγερσης και μετάδοσης μιτογόνου σήματος. Απώλεια ενδογενούς ενεργότητας GTPάσης Ογκογονίδια RAS - (Πρωτείνη p21ras)

37 The MAPK Pathway Activated by RTK Ενεργοποίηση υποδοχέα  αυτοφωσφορυλίωση υποδοχέα  δημιουργία θέσεως πρόσδεσης πρωτείνης προσαρμοστή Grb2 μέσω SH2  αλληλεπίδραση Grb2 με πρωτείνη τελεστή Sos μέσω SH3 (Pro rich domain) Sos ενεργοποιεί Ras (ανταλλαγή GTP με GDP)  ενεργοποίηση κινάσης Ser-Thr (Raf- MAPKKK)  ενεργοποίηση καταρράκτη MAP κινασών

38 Μεταλλαγές B-RAF σε ανθρώπινους όγκους Μελάνωμα 40%-60% Θυρεοειδής 40% PTC Παχύ έντερο 10%

39 Μόρια μεταγωγής σήματος- στόχοι αντικαρκινικών φαρμάκων Kinases: Raf

40 Ογκο-κατασταλτικά γονίδια (Loss of function mutations) Η έκφρασή τους καταστέλλει το μετασχηματισμό των κυττάρων Λειτουργίες ρύθμιση κυτταρικού κύκλου (G1/S) (RB) διατήρηση γονιδιακής σταθερότητας (p53) γονίδια που οδηγούν σε κυτταρικό θάνατο (p53) επιδιορθωτικά γονίδια Η απώλεια δράσης τους οδηγεί σε μετασχηματισμό Μέσω απάλειψης (LOH-loss of heterozygosity) ή /και σωματικής μεταλλαγής ή επιγενετικών αλλαγών Ελλείψεις, πλαισιοτροπικές μεταλλαγές (περικομμένη πρωτεΐνη) Απενεργοποίηση και των δύο αλληλόμορφων (Two-hit hypothesis)

41 Απώλεια λειτουργίας ογκοκατασταλτικών γονιδίων ΥΠΟΘΕΣΗ ΔΥΟ ΧΤΥΠΗΜΑΤΩΝ (TWO-HIT hypothesis)

42

43 ΓΟΝΙΔΙΟ p53 (φρουρός του γονιδιώματος) δράση: βλάβη στο DΝΑ  αύξηση επιπέδων πρωτείνης p53 το κύτταρο δεν εισέρχεται στη φάση S του κυτταρικού κύκλου μέχρι να επιδιορθωθεί η βλάβη απόπτωση (σε περίπτωση μη επιδιόρθωσης) απομονώθηκε μεταλλαγμένο, θεωρήθηκε ογκογονίδιο μεταλλαγή  αύξηση σταθερότητας το πιο συχνά μεταλλαγμένο γονίδιο στους ανθρώπινους όγκους αρνητική ρύθμιση κυτταρικής διαίρεσης

44

45 Γονίδιο RB: ρύθμιση κυτταρικού κύκλου (G1/S)

46 Άλλα ογκο-κατασταλτικά γονίδια APC (FAP) BRCA1, 2 (Ca μαστού, ωοθηκών, οικογενείς καρκίνοι) RB (ρετινοβλάστωμα) CDH1 (E-Cadherin) Ca μαστού, π. εντέρου, πνεύμονα, στομάχου, οικογενής καρκίνος στομάχου WT-1 (Νεφροβλάστωμα, Wilms tumor) NF-1 (νευροϊνωμάτωση, γλοίωμα, νευροινωμάτωση τύπου 1) ΜΕΝ 1, PTEN, PRKAR1A, TSC1, TSC2, SMAD4.

47 ΓΟΝΙΔΙΑ ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗΣ επιδιόρθωση αυθόρμητων λαθών της DNA πολυμεράσης βλαβών που προκαλούνται από καρκινογόνα. Nucleotide-excision repair (NER) βλάβες από εξωτερικούς παράγοντες Mismatch repair (MMR) λάθη κατά τον αναδιπλασιασμό του DNA Μεταλλαγές των γονιδίων επιδιόρθωσης επιτρέπουν τη συσσώρευση μεταλλαγών σε άλλα γονίδια MSI μικροδορυφορική αστάθεια Χαρακτηριστικό των όγκων σε ασθενείς HNPCC Σε σποραδικούς όγκους παχέος εντέρου ποσοστό 15% Επίσης σε όγκους στομάχου, ενδομητρίου κλπ

48

49

50

51

52 1 2 3 4 5 Αποτελέσματα ανάλυσης του δείκτη μικροδορυφορικής αστάθειας BAT26 μετά από ηλεκτροφόρηση σε πήκτωμα πολυακρυλαμίδης 25% και χρώση με Ag. Λωρίδες 1, 5 = Φυσιολογικά δείγματα Λωρίδα 4=Θετικός μάρτυρας για μικροδορυφορική αστάθεια (κυτταρική σειρά HCT116) Λωρίδες 2, 3 = Δείγματα με μικροδορυφορική αστάθεια

53 Μοριακό μοντέλο καρκινογένεσης στο παχύ έντερο μεταλλαγές σε διάφορα γονίδια -διαδοχικά στάδια της καρκινογένεσης του παχέος εντέρου γονιδιακό μοντέλο καρκινογένεσης του παχέος εντέρου (1992) απενεργοποίηση ογκοκατασταλτικών γονιδίων στα χρωμοσώματα 5q, 17p, 18q καθώς και σημειακές μεταλλαγές του ογκογονιδίου K-RAS στο χρωμόσωμα 12. σωματικές μεταλλαγές του ογκοκατασταλτικού γονιδίου APC σε ποσοστό 80% (μικρά αδενώματα ελαφράς δυσπλασίας) μεταλλαγές στα ογκογονίδια ras (K-ras) 50% νεοπλασμάτων π. εντέρου απώλεια ετεροζυγωτίας 18q (γονίδιο DCC/SMAD4) στο 40% των μεγάλων αδενωμάτων με εστίες καρκινωματώδους εξαλλαγής καθώς και στο 70% των καρκινωμάτων π. εντέρου. μεταλλαγές στο γονίδιο p53 (ποσοστό 40-60%) και απώλεια ετεροζυγωτίας (40-75% των όγκων) - σπάνια σε αδενώματα

54 Βασικό περίγραμμα της μετάπτωσης του αδενώματος σε καρκίνωμα

55 Η μοριακή βάση της πολυδιάστατης διαδικασίας της καρκινογένεσης του παχέος εντέρου. Έξι διαδοχικές βλάβες συμβαίνουν στα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου. Μια από αυτές αφορά σε μεταλλαγή πρωτο-ογκογονιδίου και τρεις από αυτές περιλαμβάνουν μεταλλαγές που απενεργοποιούν ογκοκατασταλτικά γονίδια.

56

57

58