Cursos de Verano, Universidad de Málaga Técnicas Biomoleculares. Ronda, Julio 2004. Introducción a la genética molecular del cáncer. Mecanismos genéticos de la enfermedad neoplásica Salvador J. Diaz- Cano, Alfredo Blanes Las neoplasias son en general procesos adquiridos de base genética que se desarrollan en múltiples etapas hasta alcanzar la capacidad de metastatizar. En la mayoría de las ocasiones, la expresión morfológica y las alteraciones genéticas subyacentes de este proceso evolutivo son desconocidas, aunque ciertas reglas generales obtenidas en el estudio de tumores de ciertas localizaciones (p.ej., colon) son aplicables a la mayoría de las neoplasias. Las neoplasias son enfermedades celulares que afectan a procesos básicos que regulan replicación y muerte celular (incluyendo la llamada inmortalidad celular), diferenciación y motilidad cellular, capacidad de inducir neovascularización, así como el mantenimiento de la integridad genómica. Todos los tumores presentan más de una alteración en cada uno de estos aspectos básicos, en los que más que la secuencia de alteraciones es la suma de las mismas en el mismo sentido la que determina la aparición de la neoplasia. Los genes reguladores de estas funciones celulares son múltiples y redundantes, pero pueden clasificarse en tres grandes grupos: oncogenes (inductores de tumores), genes supresores tumorales (inhibidores de tumores) y genes de reparación genética (encargados de mantener la integridad del genoma). Los mecanismos genéticos básicos que se han descrito responsables de las alteraciones anteriores son igualmente variados y producen bien activación de los mecanismos inductores de tumores bien bloqueo de los mecanismos inhibidores de neoplasias o ambos aspects simultáneamente. Los defectos en la reparación del material genético contribuyen a una progresión más rápida de la enfermedad. Tales mecanismos pueden resumirse en: alteraciones en la dosis genética (ganancia/pérdida), genes de fusión/reordenamientos, lesiones de microsatélites, mutaciones puntuales/polimorfismos de nucleótidos aislados, modificaciones de la expresión genética, modificaciones epigenéticas, alteraciones genéticas mitocondriales y reactivación de la telomerasa. En los síndromes de cáncer hereditario, la alteración genética inicial aparece en línea germinal y normalmente se trata de una mutación puntual localizada en un gen supresor tumoral (salvo en el caso del síndrome de neoplasia endocrina múltiple tipo 2 que es un oncogen).
Cursos de Verano, Universidad de Málaga Técnicas Biomoleculares. Ronda, Julio 2004. BIOBLIOGRAFIA SELECCIONADA [1-5] 1. DeVita VT, Hellman S and Rosenberg SA (2001). Cancer: Principles and practice of oncology. 6th ed. New York, Lippincott William & Wilkins. 2. Hanahan D and Weinberg RA (2000). The hallmarks of cancer. Cell 100(1): 57-70. 3. Lewin B (1999). Genes VII. New York, Oxford University Press. 4. Ruddon RW (1995). Cancer biology. 3rd ed. New York, Oxford University Press. 5. Tannock IF and Hill RP (1998). The basic science of oncology. 3rd ed. New York, McGraw- Hill Book Co.
NEOPLASIA: INTRODUCCION Salvador J. Diaz-Cano King s College Hospital, Londres (GB) GKT School of Medicine, University of London Alfredo Blanes Berenguel Hospital Universitario, Málaga (ESP) Facultad de Medicina, Universidad de Málaga Terminología de los procesos de crecimiento ( Plasias )! Hiperplasia! Metaplasia! Displasia! Neoplasia! Desmoplasia 1
Hiperplasia / Neoplasia Hiperplasia! Inducida por la acción excesiva de estímulos normales Neoplasia! Aparece espontáneamente o por la acción de estímulos no fisiológicos! El crecimiento es directamente proporcional al grado de estímulo! Regresa cuando el estímulo desaparece! Se desarrolla con independencia del estímulo! No responde a los mecanismos de regulación Metaplasia Proceso adaptativo de sustitución de un tipo de tejido adulto por otro tipo de tejido adulto En circunstancias de estrés los tejidos vulnerables se reemplazan por otros más capaces de soportar el estrés 2
Displasia Anomalías en el tamaño y apariencia celulares, con o sin un patrón de crecimiento desorganizado Neoplasia Enfermedad celular caracterizada por alteraciones de los mecanismos regulatorios del crecimiento normal 3
Concepto de Neoplasia es una masa anormal de tejido, cuyo crecimiento excede y no está coordinado con el de los tejidos normales, y persiste de la misma forma excesiva tras el cese de los estímulos que provocaron el cambio Willis, 1952 Desmoplasia Formación y proliferación de tejido conectivo en respuesta al crecimiento neoplásico 4
Progresión neoplásica! Adquisición de características más agresivas en neoplasias benignas o malignas! La mayoría de las neoplasias aparecen de novo! Algunas neoplasias malignas están precedidas por lesiones precancerosas demostrables Definiciones! Neoplasia - (nuevo crecimiento) masa anormal de tejido cuyo crecimiento excede y no está coordinado con los tejidos normales! Tumor - término inespecífico que significa masa o hinchazón. Frecuentemente utilizado como sinónimo de neoplasia! Cáncer - cualquier neoplasia maligna! Metástasis - extensión discontínua de una neoplasia maligna a lugares distantes 5
Pronóstico! Predicción del resultado! Los criterios son diferentes para cada tipo de cáncer n Grado, estadio, tipo histológico n Las características del paciente son importantes n Son consideraciones críticas para el tratamiento Factores Prognósticos! Grado! Estadio! Tipo tumoral! Marcadores biológicos 6
Gradación tumoral! Basado en las características microscópicas (citología or histología) bajo moderado alto Estadio tumoral! Refleja el grado de extensión en un paciente dado! Se asigna en el momento del diagnóstico, aunque puede actualizarse conforme el paciente progresa T Características tumorales N Afectación ganglionar M Metástasis 7
A modo de resumen! Cáncer es sinónimo de neoplasia maligna! En determinadas localizaciones existen lesiones precursoras/ precancerosas! La invasion y las metastasis son las características claves de las lesiones malignas! La tipificación tumoral es un prerequisito para tratamiento del paciente CANCER: MECANISMOS GENERALES! 8
MECANISMOS GENERALES DEL CANCER! Causas: Etiología general! Cáncer: Etiología y patogénesis generales 9
Agentes ambientales / hereditarios 100 80 85 60 40 20 0 15 Etiología del cáncer Ambientales Hereditarios 10
MECANISMOS GENERALES DEL CANCER! Mecanismos Básicos: Patogénesis General! 11
Cáncer: Vías de transformación generales Mecanismos básicos en las neoplasias! Bases genéticas! Aspectos básicos de la tumorigenesis n Correlación entre genética y cinética 12
Mecanismos Generales en el Cáncer! Anomalías genéticas groseras aisladas n Translocaciones! Linfomas! Sarcomas! Alteraciones genéticas puntuales múltiple n n Mutaciones LOH Mecanismos activadores! Carcinomas! Melanomas Mecanismos activadores/inactivadores Lesiones genéticas en neoplasias! Activadoras o inactivadoras! Dominante / Recesiva / Dominante negativa! Somática o en línea germinal! Genes afectos: n oncogenes, supresores tumorales, de la reparación genética 13
Mecanismos genéticos en los tumores Deleciones / amplificaciones genéticas Mutaciones Insercional Puntual Inestabilidad genética Microsatélites (MSI) Cromosómica (CIN) Activación genética! Amplificación genética! Mutación activadora! Sobre-expresión genética n Translocación n Hiperfunción de promotores 14
Inactivación genética! Alteraciones genéticas n Mutación inactivadora n Deleción intersticial del ADN! Alteraciones epigenéticas n Hipermetilación de los promotores Inestabilidad genética en tumores! (+) Oncogenes! (-) Genes supresores tumorales! Acortamiento de telómeros! Genes de repación del ADN! Inestabilidad cromosómica! Inestabilidad de microsatélites? Causa o consecuencia de la progresión 15
Telómeros y envejecimiento celular Telómeros, Telomerasa y Cáncer Hahn, W. C. et. al. N Engl J Med 2002;347:1593-1603 16
Telómeros y anomalías cromosómicas carcinoma invasivo Microsatélites y reparación postmitótica 17
Mecanismos básicos en las neoplasias! Bases genéticas! Aspectos básicos de la tumorigenesis n Correlación entre genética y cinética Alteraciones de las funciones celulares específicas en el cáncer DNA Repair Genes supresores tumorales Inactivación Oncogenes Activación Diferenciación Apoptosis/Proliferación CANCER 18
Funciones celulares específicas en cáncer: Alteraciones genéticas Instabilidad genética: Fenotipo RER Reparación del ADN CANCER Genes Supresores Tumorales Deleción Intersticial Mutación Inactivadora Hipermetilación Oncogenes Amplificación Genética Sobreexpresión Genética Mutación Activadora Adquisición progresiva de las caracteríticas neoplásicas 19
Características de las células cancerosas! Replicación autocebada! Supervivencia celular alargada! Inestabilidad genética! Capacidad de inducir neoangiogenesis! Capacidad de invasión y metástasis n Bloqueo de la apoptosis n Falta de respuesta a los estímulos inhibitorios n Proliferación autocebada Características de las células cancerosas! Replicación autocebada! Supervivencia celular alargada! Inestabilidad genética! Capacidad de inducir neoangiogenesis! Capacidad de invasión y metástasis n Bloqueo de la apoptosis n Reactivación de la enzima telomerasa 20
Características de las células cancerosas! Replicación autocebada! Supervivencia celular alargada! Inestabilidad genética! Capacidad de inducir neoangiogenesis! Capacidad de invasión y metástasis n Daño genético cooperativo n Agentes mutagénicos n Sistema de reparación deficientes Características de las células cancerosas! Replicación autocebada! Supervivencia celular alargada! Inestabilidad genética! Capacidad de inducir neoangiogenesis! Capacidad de invasión y metástasis 21
Características biológicas básicas de las neoplasias Diferenciación Proliferación anormal Angiogénesis Invasión Lesión Oncogénica (e.g. Activation de RAS, MYC, E2F) Apoptosis Envejecimiento Tumorigénesis en múltiples etapas 22
Capacidades adquiridas, vías moleculares y transformación en células humanas: Reglas que gobiernan la formación del cáncer Hahn, W. C. et. al. N Engl J Med 2002;347:1593-1603 Vías moleculares en el cáncer 23
Progresión molecular: Acumulación de mutaciones 24
Cancer: Etiología y patogénesis generales! Agentes etiológicos: n Ambientales (químicos, físicos y biológicos) n Hereditarios (síndromes de cancer familiar)! Mecanismos generales: n Capacidades adquiridas (replicación autocebada, supervivencia celular alargada, inestabilidad genética, neoangiogenesis, invasión y metástasis) n Activación de oncogenes, inactivación de GST, reparación de AND inefectiva n Vías Caretaker and gatekeeper 25