Cancer Genome Anatomy Project.

Transcripción

1 Cancer Genome Anatomy Project

2 Tomado de: Molecular Cell Biology 4a edición. Lodish

3 Características del cáncer como enfermedad Gen-ética Boveri, 1914: defecto en la mitosis. - Enfermedad multigénica. - Pocas mutaciones son hereditarias. - La mayoría de mutaciones son somáticas. - Las mutaciones se acumulan debido a: Inestabilidad Genética - Los mismos genes están involucrados en la generación de los cánceres hereditarios y no hereditarios (esporádicos).

4 La naturaleza clonal de los tumores: el ejemplo del cáncer de colon Normal K-ras K-ras DCC Normal K-ras 2 Genes mutados K-ras K-ras DCC K-ras K-ras DCC p53 1 Gen mutado 4 Genes mutados Normal K-ras DCC K-ras DCC 3 Genes mutados Normal K-ras K-ras DCC

5 Cuántas mutaciones son necesarias para la formación de un cáncer? Para la iniciación de un tumor benigno es probable que se requieran dos o más mutaciones. Se calcula que para la formación de un cáncer se requieren entre 3 y 7 mutaciones.

6 Cómo se acumulan las mutaciones? Se ha propuesto es que absolutamente necesario que haya una inestabilidad genética para la generación de las múltiples mutaciones que están al origen del desarrollo de un cáncer. La inestabilidad es el motor para la progresión y la heterogeneidad tumoral, garantizando que dos tumores no sean idénticos y que en un tumor no todas las células sean genéticamente idénticas. Las investigaciones tendientes a establecer las bases moleculares de la inestabilidad genética puede generar nuevas estrategias terapéuticas.

7 Inestabilidad genética La mayoría de las veces la inestabilidad genética se observa a nivel de los cromosomas: inestabilidad cromosómica. En pocos casos la inestabilidad se da a nivel de los nucleótidos como resultado de una falla en la reparación del ADN: 1. Inestabilidad asociada a inadecuada reparación por excisión (NER). 2. Inestabilidad de microsatélites. Asociada a mutaciones en los genes encargados de la reparación de emparejamientos erróneos (MMR). A estas inestabilidades se les suma las generadas por translocaciones y amplificaciones.

8 El ADN es la única macromolécula que es reparada Cambios en el ADN se originan por errores de las polimerasas durante la replicación o daños causados por mutágenos: químicos o radiaciones. Las polimerasas δ y ε autocorrigen proofreading». Sistemas de reparación importantes son NER, MMR y reparación de rupturas en la doble hélice «DSB». Una reparación inadecuada genera mutaciones.

9 Inestabilidades genéticas debidas a mutaciones en los genes encargados de la reparación por excisión (NER) Sirve para reparar regiones del ADN que contienen modificaciones químicas: ej. dímeros de timina ocasionados por radiación ultravioleta; bases modificadas porque se han adherido carcinógenos. Los pacientes más estudiados presentan xeroderma pigmentoso: enfermedad AR caracterizada por la presencia de numerosos tumores de piel en las áreas expuestas al sol. Estos pacientes heredan un alelo mutado y para desarrollar cáncer deben mutar el gen normal y estar expuestos a la luz ultravioleta.

10 Inestabilidades genéticas debidas a mutaciones en los genes encargados de la reparación por emparejamientos erróneos (MMR) Los genes implicados en cánceres humanos HNPCC (cáncer de colon no polipomatoso) son: MLH1, MSH2. Los pacientes heredan un alelo mutado dominante y un alelo normal que es suficiente para mantener niveles normales de MMR. Cuando el alelo normal es mutado la función MMR se pierde y la célula acumula mutaciones en otros proto-oncogenes y genes supresores de tumores. MIN se observa tempranamente durante la formación del tumor. Defectos en MMR se encuentran en alrededor del 13% de cánceres de colon, endometrio y estómago y en menos del 2% de los demás cánceres.

11 Inestabilidad cromosómica (CIN) Los genes alterados que podrían dar al origen de CIN son los implicados en la condensación de los cromosomas, en la cohesión de las cromátides hermanas, en la formación y función del cinetocoro y del huso, y finalmente en los genes que controlan el ciclo celular en esta fase. Ejemplos: MAD2 en cáncer de seno. MAD1 en leucemias inducidas por el «Human T-cell leukaemia virus type 1». BUB1 en cáncer de colon. Cromosomas que contienen daños no reparados en el ADN pueden segregar inapropiadamente pues las cromátides hermanas pueden permanecer conectadas por uniones entre el ADN o ADN-proteínas en el momento de la segregación. Por esto mutaciones en genes responsables de controlar la integridad de ADN pueden originar CIN. Ejemplos: ATR, BRCA1, BRCA2, p53. Otra causa potencial de CIN son centrosomas anormales.

12 La inestabilidad cromosómica lleva con frecuencia a una pérdida de heterocigocidad La pérdida del alelo materno o paterno es común en los tumores y por lo general es acompañada por una ganancia en el otro alelo. Pérdida de 25% de los alelos se observa comunmente en cánceres de colon, seno páncreas o próstata y no es raro encontrar tumores con una pérdida de hasta al 50% de sus alelos.

13 Translocaciones cromosómicas simples Involucra los mismos segmentos cromosómicos de manera reproducible en leucemias, linfomas, sarcomas y otros. Generalmente inducen la activación de un oncogen al colocarlo cerca de un promotor fuerte o al fusionarlo con otro gen.

14 Translocaciones cromosómicas complejas No tienen patrón repetitivo en tumores del mismo origen histológico. Las bases moleculares de las translocaciones en los cánceres no se conocen. Una hipótesis es que se producen en células que entran en mitosis antes de reparar las rupturas en el ADN (doublestrand breaks).

15 Cómo se acumulan las Mutaciones? Otros investigadores están inclinados a pensar que las mutaciones causadas por los errores en los sistemas normales de reparación serían suficientes para generar las células transformadas. Un mecanismo que puede contribuír es la pérdida de heterocigocidad debido a metilaciones en los promotores. Estas tienen tendencia a acumularse con la edad del individuo.

16 Síndromes hereditarios 5-15% de lo cánceres tienen un componente hereditario. La mayoría se heredan de manera AD pero algunos son AR. Con frecuencia se generan múltiples tumores en un individuo Los genes heredados se expresan en la mayoría de tejidos adultos, sin embargo, los individuos portadores desarrollan un número limitado de cánceres. 1 gen = varios síndromes. 1 síndrome = varios genes. Solamente 3 oncogenes.

17 La teoría de los dos golpes de Knudson Un individuo portador de una mutación genética, que predispone a un tipo específico de cáncer, hereda un alelo normal y uno mutado del gen supresor de tumores. Es más probable que se desarrolle un tumor en ese individuo ya que todas las células son susceptibles a la aparición de una mutación en el alelo normal y así se pierde la función de la proteína codificada por el gen en cuestión. Por el contrario, en un individuo normal se requiere que los dos alelos muten, somáticamente, durante la vida del individuo.

18 2 alelos normales 1 alelo mutado 1 alelo mutado 2 alelos mutados 2 alelos mutados La teoría de los dos golpes de Knudson

19 Que puede originar el segundo golpe? Una reparación defectuosa de un daño en el gen normal. Un daño no reparado en el gen normal. Una segregación alterada. Una recombinación mitótica. Una metilación inadecuada.

20 Sospechar un síndrome hereditario cuando: Numerosos miembros de la familia desarrollan cánceres, especialmente si son jóvenes. Los afectados desarrollan múltiples cánceres, aún cuando sean comunes. Familias cuyos miembros presentan, además del cáncer, enfermedades raras, especialmente congénitas. Cuando presentan un cáncer con reconocido carácter hereditario. Importancia de la confirmación de un síndrome hereditario Identificación de familiares afectados. Cálculo de riesgo para los portadores. Profilaxia.

21 Factores que determinan la aparición de un cáncer en un portador de una mutación cancerígena hereditaria La mutación en este caso es un factor de riesgo, no un absoluto. El tipo de mutación: el número de familias estudiadas va aumentando y de esta manera los cálculos de riesgo serán más precisos. Aparición o no de mutaciones en otros genes claves. Factores ambientales: dieta, estilo de vida, etc.

22 Los genes implicados en el desarrollo del cáncer

23 1. Oncogenes: genes cuya expresión puede resultar en cáncer. Son la forma alterada de genes normales de la célula, protooncogenes, que promueven el crecimiento celular. Un grupo especial de oncogenes son los genes anti-apoptosis:bcl-2. Características de los proto-oncogenes: - Genes altamente conservados durante la evolución. - Involucrados en el ciclo de división celular y diferenciación. - Frecuentemente localizados en los sitios de translocación de los cromosomas, esto los hace susceptibles a las mutaciones. Mutaciones que involucran oncogenes son consideradas como una ganancia de función. La proteína codificada por el nuevo gen se expresa en grandes cantidades o en el lugar equivocado o a destiempo con respecto a la proteína normal. La mutación de un alelo sería suficiente para cambiar el fenotipo celular dominancia somática ).

24 2. Genes supresores de tumores: genes cuya limitada expresión puede resultar en cáncer. Son genes que normalmente restringen el crecimiento celular. La mayoría fueron descritos con el estudio de los cánceres hereditarios. Un grupo especial de genes son los que están involucrados en la reparación del DNA: MSH2, MLH1, ATM, ERCC, FACC. La inactivación de estos facilita la aparición de mutaciones en otros genes más directamente implicados en el crecimiento, diferenciación y/o apoptosis. Mutaciones que involucran genes supresores de tumores son consideradas como pérdida de función. En la mayoría de los casos se requiere la mutación de ambos alelos para cambiar el fenotipo celular ( recesividad somática ).

25 Cuales son las funciones de las proteínas codificadas por los genes cuya mutación se asocia con cáncer?

26 Tomado de: Molecular Cell Biology 4a edición. Lodish

27 REFERENCIAS Nature Vol 411, numerosos artículos sobre cancer. Science, Vol 278, 1997: numerosos artículos sobre cancer. The promise of cancer genetics. Haber y Fearon. Lancet, 1998; 351:1 Scientific American Sep. 1996; numerosos artículos sobre cancer The metabolic and molecular bases of inherited disease. C.R. Scrives, etc. Patología de Robbins. Sexta edición. Genetic instabilities in human cancers. Christoph Lengauer, Kenneth W. Kinzler & Bert Vogelstein. Nature Vol 396 : 643. Molecular Cell Biology, 4 edición. Harvey Lodish, Arnold Berk, S. Lawrence. Zipursky, Paul Matsudaira, David Baltimore, and James Darnell.