Nádorová onemocnění

NÁDORY BENIGNÍ

• rostou v původním ložisku, zachovávají charakter

tkáně, ze které vznikly

NÁDORY MALIGNÍ

• invazivní růst, poškozují strukturu a funkci

tkáně, indukují vlastní angiogenezu, metastazují

- zvýšená proliferační aktivita, nereaguje na fyziologické regulační podněty

- invazivně prorůstá do okolní tkáně, indukuje vlastní angiogenezu (krevní

zásobení), metastazujeMALIGNÍ PROCES – VÍCESTUPŇOVÝ

- několik na sobě nezávislých změn v genomu jedné buňky

premaligní stadium / maligní stadium

- mutace v protoonkogenech, tumor-supresorových genech, mutátorových genech

Maligní nádory

Maligní nádorová onemocnění

FAKTORY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ

• Chemické látky – polycyklické a aromatické uhlovodíky, nitrosaminy, těžké kovy, mykotoxiny, azbest …..

• Fyzikální vlivy – ionizující záření, UV záření

• Biologické vlivy – DNA viry (adenoviry, herpes viry, hepdnaviry, papovaviry), retroviry (HIV, HTVL-1)

VROZENÉ DISPOSICE

• vrozené defekty reparace DNA

EPIGENETICKÉ FAKTORY

• genomický imprinting - souvislost s metylací bazí genů

• 10 milionů nových onemocnění ročně

• S prodlužováním lidského věku výskyt nádorových onemocnění narůstá

• V České republice – druhé nejčastější onemocnění po

kardiovaskulárních chorobách (výskyt i úmrtnost)

• Nejzávažnější nádorové choroby v naší populaci:

bronchogenní karcinom

karcinom prsu

karcinomy tlustého střeva

karcinomy rekta

karcinomy žaludku

• 40% všech vznikajících onemocnění jsou nádory, 60% všech úmrtí je na

nádorové onemocnění

Epidemiologie nádorových onemocnění

• Pravděpodobnost onemocnění nádorem ve věku 75 let – 100x vyšší než v dětském věku

• Pravděpodobnost úmrtí na nádorové onemocnění od dětství do stáří –zvýšení více než 200x

• Muži i ženy – obdobná pravděpodobnost výskytu maligního nádoru

• Vyšší úmrtnost mužů častější výskyt bronchogenního karcinomu - vyšší úmrtnost než na nejčastěji se vyskytující karcinom prsu u žen

Výskyt nádorových onemocnění – závislost na věku

Pravděpodobnost vzniku nádoru a úmrtí podle věku

Vysoký nárůst různých nádorových onemocnění u stárnoucích osob:

a) zvýšeným výskytem a kumulací mutací v somatických buňkách

b) snížením funkce imunitního systému – imunosenescence

Po osmdesátém roce stagnace výskytu s výjimkou nádoru prostaty

Věk a biologie nádorového onemocnění

Dlouhodobé působení kancerogenů ze životního prostředí

Kumulativní účinek kancerogenních faktorů

Kumulativní účinek endogenních procesů

Důsledek → tvorba aduktů DNA, hypometylace DNA, genetická nestabilita DNAAdukty DNA vznikají působením elektrofilních organických látek, které vstupují do organismu z prostředí nebo vznikají in vivo jako reaktivní metabolické intermediáty → alkylují dusíkaté base nukleotidů – ty pak nejsou schopny správného párování s příslušnými komplementárními basemi →vznik mutací

Biologické chování některých nádorů se mění s věkem

Zhoršující se prognóza s postupujícím věkem např. :

•akutní myeloidní leukemie (zvýšená resistence k terapii – vyšší exprese genu MDR-1),

•lymfom non-Hodginova typu (výšená koncentrace sérového IL-6)

•epitelové nádory vaječníků

Pomalejší vývoj nádoru:

karcinom prsu u diferencovaných karcinomů bohatých na hormonální receptory

Vznik, růst a šíření nádoru

Buňka neodpovídá na fyziologické regulační podněty

Klonální proliferace, invazivní růst, metastazování

Doba od vzniku první nádorové buňky do vzniku klinicky prokazatelného

nádoru bývá dlouhá – měsíce, roky

Vývoj od primárního ložiska do diseminovaného maligního procesu – týdny,

maximálně několik měsíců

Klinická detekce

Subklinický růst

Generalizace 1012

109

106

103

1měsíce

Kancerogenní faktory

• fyzikální: ionizující záření (gama, rtg, částice)

- 82% ionizujícího záření – přírodní zdroje: radon, kosmické záření a záření z

půdního podloží, záření uvnitř organismu vznikající při metabolických procesech

- člověkem tvořené záření – rtg přístroje, isotopy v lékařské diagnostice, minimální

dopad - radiační spad (0.3%), recyklace jaderného odpadu (0.1%)

• chemické: polycyklické aromatické uhlovodíky, nitrosaminy a aromatické aminy,

chlorované uhlovodíky, mykotoxiny, těžké kovy (kadmium, chrom, nikl, arsen, rtuť)

chemické kancerogeny

- významný podíl přirozených chemických kancerogenů z metabolických procesů

(nitrosoaminy, nitrosoamidy), kouření, nevhodná skladba a příprava stravy

-ze znečištěného životního prostředí – menší než z metabolitů

• virové: RNA a DNA transformující viry

• spontánní mutace: frekvence spontánních mutací nízká, ale stálá, nezávislá na

změnách vnějšího prostředí

- reparační mechanismy

- schopnost reparovat mutace s věkem klesá – vzrůstající výskyt nádorů ve stáří

- vrozená neschopnost reparovat mutace

Protoonkogeny

PROTOONKOGENY – geny se skrytým onkogenním

potenciálem

• REGULACE BUNĚČNÉHO MNOŽENÍ NA VŠECH ÚROVNÍCH

SIGNÁLNÍCH DRAH

• většinou somatické mutace – dominantní charakter

MUTACE

• bodové – substituce, delece, adice

• chromosomální přestavby – translokace, amplifikace

• inserce virového genomu

Protoonkogeny

PROTOONKOGENY – úloha v regulaci buněčného dělení

• Růstové faktory: sis (virus opičího sarkomu) - PDGF, hst

(heparin-binding secretory transforming gene) – FGF

• Receptory růstových faktorů: proteiny s

tyrosinkinázovou aktivitou - erb-B (virus ptačí

erytroblastózy) – receptor pro EGF

• Proteiny vázající GTP (G-proteiny): genová rodina ras

• Tyrosinkinázy plasmatické membrány: fosforylace

tyrosinu – abl (virus Abelsonovy myší leukemie), src (virus

Rousova sarkomu)

• Cytoplasmatické proteiny: MAP-kinázy Raf, MEK,

MAP (signál cytoplasma jádro)

• Transkripční faktory: protoonkogen fos, jun, erb-A

• Kontrola buněčného cyklu: protoonkogen myc, cykliny,

cdk → stimulují přechod z G1 do S fáze

Protoonkogeny – příklad G-protein ras

Protoonkogen ras

•Produkt je protein, který váže nukleotid nesoucí guanin (GDP/GTP)

•Vazba s aktivovanými membránovými receptory (mnoha různých růstových

faktorů) v cytosolu

•Po aktivaci receptoru je uvolněn GDP vázaný k ras proteinu a naváže se GTP

•GTP aktivuje protein ras, ten předá signál fosforylací první v kaskádě MAP-kináz

•Tato signální dráha vede v jádře k aktivaci transkripčních faktorů nebo genů časné odpovědi jako např. myc

Protein ras se normálně inaktivuje hydrolýzou GTP na GDP

Některé mutace v genu ras znemožní inaktivaci nebo vedou k aktivitě proteinu ras bez vazby k GTP

Protoonkogeny

Ras/GDP GDP

GTP

Ras /GTP

Aktivní Raf-kinasa

Neaktivní Raf-kinasa

MAP-kinasa 2

MAP-kinasa 3

Regulace transkripce genů:

cyklin D1, jun,c- myc, fos a dalších

ATP

ADP

ADP

ATP

P

P

P

proteinkinasa C

proteinkinasa A

Src-proteinkinasa

Neaktivní receptor s tyrosinkinasovou aktivitou Aktivní receptor s tyrosinkinasovou aktivitou

buněčná

membrána

jaderná membrána

Fosforylace

Výskyt nádorových onemocnění v populaci / v rodině

• Výskyt sporadický

• mutace v somatických

buňkách

• výskyt v rodokmenu

odpovídá frekvenci

onemocnění v populaci

• Hereditární výskyt (5-10%) –

• děděná predisposice

• časnější vznik nádoru, multifokální / bilaterální výskyt, více členů v rodokmenu postiženo shodným typem nádoru

• Mendelovský typ dědičnosti – (50% pravděpodobnost)

• 1. mutace zárodečná (recesivní) (marker-geny: APC, BRCA1, BRCA2, WT, Rb1)

• 2. mutace postnatální (somatická, recesivní)

Tumor-supresorové geny

MUTACE V TUMOR-SUPRESOROVÝCH GENECH - RECESIVNÍ CHARAKTER

JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA s 50% pravděpodobností (AUTOSOMÁLNĚ DOMINATNÍ TYP DĚDIČNOSTI)

DĚDÍ SE DISPOSICE

• Sporadický výskyt nádorového onemocnění: dvě somatické mutace, výskyt odpovídá frekvenci onemocnění v populaci

• Hereditární výskyt: 1. mutace zárodečná, 2. somatická

• predisposice, časný vznik nádorů, multifokální nebo bilaterální výskyt, více členů rodiny má stejný typ nádoru

Lokalizace nádoru Gen ChromosomMechanismus

působení

oči (retinoblastom), kosti, prsa,

plíce, močový měchýř, prostataRb 13q14

Regulace buněčného

cyklu

ledviny a další orgány

(WAGR syndrom)

WT1/WT

211p13

Regulace buněčného

cyklu

různé typy nádorů (cca 50%

všech mutace TP53)TP53 17p13

Pozastavení cyklu v G1

fázi, transkripční faktor

tlusté střevo (familiární adenoma-

tózní polypóza, sporadické

kolorektální karcinomy) a nádory

dalších orgánů

APC 5q21

Regulace hladiny beta

kateninu (složka

cytoskeletu), buněčné

proliferace a adheze

prsa, ovaria, prostata, larynx,

zažívací trakt, pankreas

BRCA1

BRCA2

17p21

13q12-q13

Chybný repair

dvouvláknových zlomů

DNA

Tumor-supresorové geny – vybrané příklady

Tumor-supresorové geny – příčiny ztráty funkce

• Delece – mohou postihnout různé části genu

• Mitotická nondisjunkce

• Mitotická rekombinace

• Uniparentální disomie (oba chromosomy jsou původem od jednoho z

rodičů)

• Bodová mutace

• Inaktivace produktu (např. vyvázání virovým antigenem)

Tumor-supresorové geny –příklad Rb1 (nejčastěji mikrodelece)

MUTACE V SUPRESOROVÝCH GENECH MAJÍ RECESIVNÍ CHARAKTER

JEDNA MUTOVANÁ ALELA MŮŽE BÝT ZDĚDĚNA

Rb gen reguluje buněčnou proliferaci

• Produkt – jaderný protein p105

• Fosforylovaná / defosforylovaná forma

• Defosforylovaná forma Rb proteinu se váže k transkripčnímu faktoru E2F

• Inaktivace E2F ovlivní expresi DNA-polymerázy alfa a PCNA, který interaguje s DNA-polymerázou delta blokáda přechodu z G1 do S fáze

• Fosforylovaný Rb je neaktivní, komplex E2F - Rb se oddělí a uvolní E2F nastane přechod z G1 do S fáze

TUMOR-SUPRESOROVÝ GEN Rb

Tumor-supresorové geny – vybrané příklady:

RB1

Retinoblastom – nádor očí

Většinou výskyt u dětí

Výskyt sporadický – unilaterální, 60% pacientů

Hereditární výskyt – 40% pacientů -zárodečná mutace, bilaterální onemocnění

Mutace v obou genech jsou nezbytné pro iniciaci a manifestaci nádoru

• WT1 kóduje zink-finger protein - transkripční aktivátor nebo represor mnoha genů (EGR1, PDGFA, CSF-1, TGF-ß, Pax2 …)

• Formace genitourinárního systému a mesenchymálních tkání

• Ztráta funkce genu WT nádory vznikají již během embryonálního vývoje

• Wilmsův tumor (1 : 10 000), komplex nádorů (Wilmsův tumor – aniridia –genitourinární anomálie – mentální retardace)

• Wilmsův tumor sporadicky – 95 % případů

• Hereditární onemocnění dětí - 5% případů

• Ztráta funkce genu rychlý vývoj tubulů ledvin, v ledvinách dítěte zůstávají shluky buněk, které se dělí stejně rychle jako během embryogeneze vznik nádoru

Tumor-supresorový gen WT1 a WT2 (chromosom 11)

Tumor-supresorový gen TP53

• Regulace průběhu interfáze

• Protein p53 transkripční faktor mnoha genů

• Kontrolní bod mezi G1/S (velký repair), S/G2 (post-replikační kontrolní bod)

• Pozastavení buněčného cyklu; koordinace apoptózy

• Mutovaný TP53 u více než 50% lidských nádorů (jak sporadických, tak hereditárních); bodové mutace v kritických oblastech genu

Tumor-supresorový gen TP53

Poškození DNA → exprese genu TP53

• p53 se váže k místu poškození

• tetramer p53 působí jako transkripční

faktor

• aktivuje geny brzdící replikaci (produkt

p21 inhibuje cdk);

• při nemožnosti reparace mutací →

zahájení apoptózy

V buňkách s mutovaným genem TP53 se akumuluje vyšší počet mutací v

dalších genech, mutace nejsou reparovány, v průběhu doby může nastat

maligní transformace buňky

• Nádory tlustého střeva, kdy maligní transformaci předchází stadium adenomatosní polyposy (FAP)

• Sporadický výskyt nebo děděná dispozice onemocnění

• 1 / 5000 – 7000 lidí; prekancerosní polypy

• FAP začíná v časném mládí, během let nádor tlustého střeva

• Několikastupňový proces, na kterém se účastní několik genů

• Tumor-supresorový gen APC – chromosom 5q21

Mutace v APC startují vznik nádoru tlustého střeva – marker gen

Např. bodová mutace záměna tyminu za adenin vede k posunu čtecího rámečku a ke zkrácení proteinu, to destabilizuje replikační enzymy

Mutace v genu APC narušují integritu cytoskeletu a adhesi epiteliálních buněk

Mutovaný APC + další proteiny zvyšují migraci buněk, navyšují mitotickou aktivitu a neschopnost zániku buněk apoptózou

Tumor-supresorový gen APC (adenomatous polyposis coli)

FAP – geny asociované s progresí onemocnění

• APC (5q21) - hyperplastický střevní epitel

• Hypometylace DNA – časné adenomy

• Mutace onkogenu K-ras (12p) –střední adenomatozní stadium

• DCC gen (18q) – pozdní stadium polypů

• Gen TP53 (17p) - karcinom

• Další změny - metastázování

Při hereditárnímárním výskytu nádoru prsu nebo prsu a ovarií jsou v genetickém poradenství využívány dva tumor-supresorové geny BRCA1 (breast cancer 1) a BRCA2 (breast cancer 2)

• Produkty obou genů BRCA tvoří komplexy s produkty dalších genů (polygenní model nádorového onemocnění)

• Podíl na regulaci průběhu buněčného cyklu a při repairu DNA

• Děděná mutace BRCA1 v rodinách s hereditárním výskytem nádoru prsu, ovarií anebo prsu a ovarií žen

• Zárodečná mutace genu BRCA2 je asociována s výskytem nádoru prsu žen i mužů nádoru prostaty, pankreatu a s Fanconiho anemií

Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2

Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2

• Gen BRCA1 (17q21) inhibuje růst buněk mléčných žláz (reguluje

buněčný cyklus)

• Uplatňuje se při reparaci poškozené DNA, interakce s produktem

genu RAD51 (15q15.1)

• Oprava zlomů v DNA (zlomy po záření nebo výměně genetického

materiálu při meióze)

• Gen BRCA2 (13q12.3) – obdobná funkce jako gen BRCA1 →

interakce s genem RAD51

• Protein BRCA2 transportuje protein RAD51 do místa poškození

DNA

• Gen RAD51 kóduje protein nezbytný pro opravu poškozené DNA

• Mutace BRCA1 / BRCA2 genů– nefunkční, velmi krátký, protein

• Mutace v genu RAD51

Tumor-supresorové geny BRCA1, BRCA2

Sporadický a hereditární výskyt nádoru prsu - ženy

20 40 60 65 70 75 8045 50 5525 30 35

100

80

60

40

20

Kumulativní riziko (%) - ženy

Věk

Dispozice (hereditární)

Populace

(sporadický výskyt)

Hereditární výskyt nádoru prsu

Br

+ 50

Br

42

45Br

50

L

+ 55

Br

+ 35

Br

Br

+ 70

+ 65

I.

III.

II.

Celoživotní riziko vzniku nádoru prsu u žen v naší populaci

Hereditární: 80% (jedna mutovaná alela zděděna)

Populační (sporadický výskyt): cca 10%

Mutátorové geny (geny mismatch repairu)

• hMSH2, hMLH1, hPMS1, hPMS2, hMSH6, hMSH3

• Kontrola stability buněčného genomu

• Opravy chybného párování basí (při replikaci)

• Mutace MMR genů se ve fenotypu projevují nestabilitou délky mikrosatelitních lokusů (př. CAn)

• Mutace MMR zvyšují frekvenci mutací v genomu 100 –1000x

• Mutace MMR mají recesivní charakter

• Lynchův syndrom I –nádory tlustého střeva a rekta

• Lynchův syndrom II - kolorektální karcinomy, a u 30% pacientů nádory endometria, žaludku, slinivky, močového traktu

MMR geny rozpoznají

původní vlákno DNA,

(má metylované některé

báze)

Oprava na novém vláknu

Osobní anamnéza –rizikové faktory

• Vrozené malformace (např. Downův syndrom)

• Poruchy imunity, dlouhodobá imunosupresivní léčba (leukemie, lymfomy)

• Chronická nenádorová onemocnění (ulcerózní kolitida, polycystóza ledvin,

chronická hepatitida B …)

• Dlouhodobé podávání některých léků – např. estrogenů, steroidních

anabolik, imunosupresiv …

• Rodinná anamnéza - rodinný výskyt nádorů stejného typu

• kouření

• alkohol

• skladba stravy, příjem tekutin, stolice

• profesionální exposice kancerogenům

• gynekologická anamnéza u žen – riziko karcinomu prsu, endometria, ovarií

Diagnostika a prevence nádorových onemocnění

Léčba nádorových onemocnění

• chirurgická léčba

– nejčastější základní přístup při léčbě solidních nádorů

- uzlinových metastáz

- léčba není systémová

• radioterapie

-určována citlivostí, velikostí a lokalizací nádoru

-zevní záření / brachyterapie (zavedení zářiče přímo do nádorového ložiska)

-celotělové ozáření – u pacientů s hematologickými malignitami (paliativní účel

nebo imunosuprese před transplantací)

-léčba není systémová

• hormonální léčba

-nádorové buňky neničí, zastavuje jen proliferaci

-dlouhodobá

-závislá na přítomnosti hormonálních receptorů (nádory prsu, endometria, prostaty)

-u hematologických malignit kortikosteroidy

-složitost vzájemných vztahů – nežádoucí účinky

Léčba nádorových onemocnění

Cytostatika

Hormonální léčba

-nádorové buňky neničí, zastavuje jen proliferaci

-dlouhodobá

-závislá na přítomnosti hormonálních receptorů (nádory prsu, endometria, prostaty)

-u hematologických malignit kortikosteroidy

-složitost vzájemných vztahů – nežádoucí účinky

Imunoterapie

Posílení imunitního systému jedince při léčbě nádorových onemocnění je jednou

z podpůrných složek terapie

Jedním z rozdílů fenotypu normálních a nádorových buněk je přítomnost

membránových antigenů

Změny

1) kvalitativní - vznik neoantigenů - specifických nádorových transplantačních

antigenů (TSTA - pro tumor specifické transplantační antigeny)

2) kvantitativní změny v expresi antigenů vyskytujících se i v normálních buňkách

– zvýšení exprese určitých antigenů, podmíněné například multiplikací příslušného

genu

- snížená exprese až úplná ztráta exprese antigenů (například antigenů I. nebo II.

třídy MHC).

Imunitní systém a nádorová onemocnění

Imunitní odpověď jedince má vliv při vzniku a progresi maligního procesu

Imunitní systém jedince může v počátečním stadiu nádorového onemocnění rozpoznat a eliminovat transformované buňky

V protinádorové imunitě se zejména uplatňuje imunita transplantačního typuzprostředkovaná T lymfocyty

Významá úloha cytokinů: interleukin IL-2, interferony, tumor nekrosis faktory(TNF alfa, TNF beta)

NK buňky (přirození zabíječi) a LAK buňky - aktivita NK i LAK buněk není vázána na přítomnost molekul MHC

Vybraná nádorová onemocnění - aplikace IL, interferonu alfa, beta

Imunoterapie