Post on 16-Feb-2020
Üroonkolojinin Temel Prensipleri ve
Moleküler Biyolojisi
Dr. Tahsin Turunç
Başkent Üniversitesi Tıp Fakültesi Üroloji A.D.
DNA
Tüm organizmaların yapı ve fonksiyonlarını tek bir
molekül belirler: Deoksiribonükleik asit (DNA)
DNA 3 unsurdan oluşur
Baz (pirimidin veya pürin)
Şeker (2-deoksiriboz / riboz)
Fosfat
DNA
DNA her bireyin genetik bilgisini kodlar
Germ hücreleri hariç canlıdaki tüm hücreler aynı DNA’ya
sahiptir
DNA nükleer matriks içinde yer alır ve 2 zincirin birbirini
tamamladığı çiftli sarmal yapıdadır
Adenin (A), Guanin(G), Sitozin(C), Timin(T)
A-T, G-C bazları eşleşir
DNA
DNA RNA: transkripsiyon
RNA protein: translasyon
Genom
Gen: Hücre içindeki kodlayıcı DNA dizileri
Hücre fonksiyonlarının yürütülmesini sağlayan bilgileri
içerir
Organizmanın şeklinden işlevlerine kadar tüm özellikleri
genetik yapısına (genomuna) bağlıdır
Bir DNA’da 30.000-50.000 gen
Farklı bireylerde genlerin %99.9’u benzer
DNA Mutasyonu
DNA sırasının değişmesi/bozulması: mutasyon
Nokta mutasyon: tek nükleotidin başka nükleotid ile
değişmesi
Delesyon: DNA dizisi kaybı
Insersiyon: DNA dizisi eklenmesi
Translokasyon: DNA dizisinin genomun bir bölgesinden
diğerine yer değiştirmesi
DNA Mutasyonu
DNA mutasyonu sonucu 3 olasılık:
- DNA Tamiri
- Hücre ölümü: Apoptozis
- Hatalı DNA’ya rağmen bölünme
Proteinlerin yapı ve fonksiyonlarında bozulma
Karsinojenez (onkogenler)
Onkogenler
Hücre büyümesi ile ilgili genler (proto-onkogenler)
mutasyona uğrayıp hiperaktif hale gelmeleri durumunda
onkogen olarak adlandırılırlar
İlk olarak malign transformasyona yol açan ve Retrovirüs
olarak adlandırılan RNA virüslerinde tanımlanmışlardır
Proto-Onkogen Onkogen
Protoonkogenler Onkogenlere nasıl
dönüşür?
1.Mutasyon 2. Anormal
Aktivite
3.Gen Translokasyon
Anormal aktivite
4. Amplifikasyon
(Kro. Bölünmesinde hata)(Yer değiştirme)(Sıra değiştirme)
Onkogenlerin fonksiyonları
1. Büyüme faktörleri (Örnek; Epithelium growth factor EGF
ve platelet derived growth factor PDGF)
2. Büyüme faktör reseptörleri (Örnek; PDGFR)
3. Sinyal aktarımı (Örneğin; Ras, Raf, & MEK)
4. Transkripsiyon Faktörleri (Örnek; Jun, Fos, Elk-1 & myc)
Onkogenler
Onkogenlerin kansere yol açma mekanizmaları:
1. Hücre proliferasyonu (Örnek; Ras, Raf, EGF)
2. Hücre farklılaşması (Örnek; PML/RAR )
3. Hücre yaşamı (Örnek; Pl-3/AKT - BCL-2 aktivatörleri
Apoptosis & hücre yaşamının sürdürülmesini inhibe
ederler)
Tümör Supresör Genler
Normalde hücre büyümesinin ve hücre döngüsünün
düzenlenmesinde, DNA tamirinde ve hücre
haberleşmesinde rol alırlar
Bu genlerdeki bozukluk, organizma genetik olarak anormal
hücreleri yok edemediği için kansere yol açar
Kanser oluşması için tümör supresör genin her iki
kopyasının da inaktive olması gerekir
Tümör Supresör Gen Fonksiyonları
Onkogenlerin etkilerinin antagonize edilmesi
Transkripsiyon faktörlerinin düzenlenmesi
Hücre siklusunun düzenlenmesi (p53, Rb, INK-4 geni)
Apoptozis indüksiyonu
Tümör Supresör Genler
Retinoblastoma (Rb)
p53
Wilms’ tümör geni (WT-1)
Von Hippel Lindau (VHL)
PTEN
Hipermetilasyon
Metilasyon CG sıralı dinükleotidlerde oluşur.
CG sıralı dinükleotidler CpG adaları adı verilen
düzenleyici bölgelerde kümeleşir
CpG dinükleotidlerinin metilasyonu
transkripsiyon aktivitesini azaltır
DNA metilasyonu hangi genlerin aktif olacağını
düzenler
Hipermetilasyon
Metilasyon epigenetik bir değişikliktir ve DNA sıralamasını
bozmaz
Metilasyon ile inaktif hale gelen genler demetilasyon ile
tekrar aktifleştirilebilir
CpG metilasyonu tümör supresör genlerin
inaktivasyonuna sebep olarak karsinojeneze yol açabilir
Normalde metilasyonlanan genlerde metilasyonun
bozulması da karsinojeneze yol açabilir
Kalıtımsal Kansere Yatkınlık
Aile öyküsü kanser gelişiminde önemli bir risk faktörüdür
Genetik kalıtım / ortak çevresel etmenler
Tüm kanserlerin ~%1’i kalıtımsal
Belirli malignitelere kalıtımsal yatkınlığı olan hastalarda
yapılan araştırmalar hem kalıtımsal tümör sendromları
hem de sporadik kanserlerle ilişkili genlerin
belirlenmesinde önem taşır
Kalıtımsal Kansere Yatkınlık
Kalıtımsal kanserden sorumlu gen ile sporadik
formdan sorumlu olan gen birbiriyle aynı
Knudson hipotezi: Kalıtımsal ve sporadik
kanserler arasındaki tek fark, kalıtımsal kanser
hastaları tümör supresör geninin iki kopyasının
birinde bozukluk ile doğarlar
Knudson Hipotezi
Spontan Malignite (iki inaktivasyon)
II II IIHerediter Malignite (tek inaktivasyon)
II II
Herediter Mutasyon
Non-herediterMutasyon
Polimorfizm
VHL, WT1 gibi genlerde görülen mutasyonlar nadir
görülür
Fakat, genetik anomaliler düşünülenden çok daha sık
(İnsan gen haritasının çıkarılması)
> 10 milyon genetik varyant mevcut
Polimorfizm: Normal insanlarda bulunan genlerin sık
görülen varyantları
Polimorfizm: Kanser de dahil olmak üzere çeşitli
hastalıklara yatkınlığa sebep olabilirler
Polimorfizm
Polimorfik varyantların büyük çoğunluğu fonksiyonel
olarak anlamsız
Toplumda yaygın olarak görülürler, mevcut hastalıkların
seyrine olumsuz yönde katkıda bulunabilirler
İki çeşit polimorfik varyant mevcuttur:
1. Mikrosatellit tekrarlar
CAG tekrarları (AR-Prostat kanseri ilişkisi)
2. Single nükleotid polimorfizmler (SNP)
Amino asit sırasında değişikliğe yol açabilir
Hücre Döngüsü
Tek yönde ilerleyen 4 basamaktan oluşan bir süreçtir
Amaç: Hücre genomunun yanlışsız replikasyonu
(kopyalanması) ve iki yavru hücreye aktarılması
DNA hasarı Hücre döngüsünde duraklama
DNA Tamiri ve Apoptozis
Hücre döngüsünün düzenlenmesindeki bozukluk:
-Hızlı anormal hücre proliferasyonu
-Kanserin büyüme ve yayılması
Hücre Döngüsü
G1: DNA sentezine hazırlık (RNA sentezi)
S: DNA sentezi (DNA miktarı 2 kat)
G2: Hücre bölünmesine hazırlık (DNA↓, RNA↑)
M: Hücre bölünmesi
G0: Hücre döngüsünde G1 öncesi sessiz
dönem (terminal farklılaşmasını tamamlamış,
geçici olarak hücre döngüsü duraklamış hücreler)
2 ana kontrol noktası: G1-S ve G2-M
Hücre Döngüsünün Kontrolü
2 kontrol noktasında dururlar: G1-S (DNA sentezinden
önce), G2-M (Mitozdan önce)
Bu dinlenme periyotları CDK ve tümör supresör
proteinlerin aktivitelerinin azalmasıyla olur
Varsa genetik defektler düzeltilir
p53: Hücre döngüsünde yer alan en önemli tümör
supresör gen
Hücre Döngüsü
Hipoksi ve DNA hasarı hücre döngüsünde duraklama
Siklinler Hücre siklusunun çeşitli fazlarını aktive eden
proteinler
Siklin bağımlı kinazlara (CDK) bağlanarak onları aktif hale getirirler
(Tirozin kinaz vb.)
Aktif CDK’lar: DNA replikasyonu ve mitoz basamaklarında görev
alan proteinlerin fosforilasyonunu katalize eder (Hücre döngüsü
ilerler)
Hücre Döngüsü
Hücre döngüsünün her fazında bir sonraki faza ilerlemeyi
sağlayan farklı siklin-CDK kinaz kompleksleri görev yapar
CDK aktivitesinin kontrolü 4 yolla olur: siklinlerin
peryodik transkripsiyonu, negatif düzenleyici
fosforilasyon, nükleustan sitoplazmaya taşınma, CDKI’ler
Siklin bağımlı kinaz inhibitörleri (CDKI), siklin-CDK
komplekslerinin negatif düzenleyici proteinleri olarak
işlev görür (p15, p16, p18, p19, p21, p27, p57, pRb)
Hücre Döngüsünün Kontrolü
p53 yolağı hücrenin stres altında olduğu ve hasar gördüğü
durumlarda (radyasyon, hipoksi, kemoterapötikler,
onkogenler) aktifleşir
p53 aktivasyonu bir CDKI olan p21 transkripsiyonunu
tetikler ve hücre döngüsü G1-S fazında duraklar
Bu aşamada DNA tamir edilir veya hücre apoptozise gider
Hücre Döngüsünün Kontrolü
p53 aktivasyonu ile stres halinde DNA replikasyonu
engellenir (gardiyan molekül) ve mutant DNA
replikasyonu olasılığı en aza indirgenir
p53 mutasyonu olması durumunda hücresel koşullar dur
sinyali verse dahi hücre döngüsü devam eder
Çeşitli kanserlerde en sık görülen mutasyon p53
mutasyonudur
Mutasyon sonucu sentezlenen anormal p53, normal
p53’ten çok daha uzun ömürlü
Aşırı miktarda biriken anormal p53 proteini, kısa ömürlü
olan normal p53 ile birleşir
Sonuç olarak normal p53 fonksiyonu engellenir
Mutant p53 (+) olan tümörlerde prognoz kötü ve tedavi
daha başarısız
Hücre Döngüsü ve Kanser
Kanser: Kontrol edilemeyen hücre çoğalması
Çoğalmayı baskılayıcı mekanizmalarda bozukluk
Kontrolsüz çoğalma ve apoptozisin baskılanması
karsinojenez sürecinin iki önemli etkeni
Sınırsız bölünme yeteneği
Metastaz
Hücre İçi Haberci Sistemleri
Hücre dışından gelen uyarıların algılanarak sinyalin hücre
içine iletilmesi ve cevap oluşturulmasında rol alırlar
Karsinogenezde görülen denetimsiz büyüme ve çoğalma
sinyal iletim yollarını ilgilendirebilir
Sinyal iletiminin bileşenleri: reseptör, reseptörü aktive eden
sinyal molekülü (ligand), aktive olan reseptörün başlattığı
sinyal iletim yolağındaki efektör moleküller
Hücre İçi Haberci Sistemleri
Reseptör aktivasyonu sonucu oluşan hızlı etkiler protein
fosforilasyonuyla, uzun süreli ve daha kalıcı etkiler ise gen
transkripsiyonunun etkilenmesi ile ortaya çıkar
Büyüme faktörü gibi ligandlar membran reseptörlerine,
steroid hormonlar ve nitrik oksit gibi ligandlar ise hücre
membranını geçerek hücre içi reseptörlere bağlanırlar
Hücre İçi Haberci Sistemleri
Reseptör tirozin kinaz aracılı iletim yolları
MAP kinaz aracılı iletim yolları
Ras/Raf/MEK/ERK/ sinyal iletim yolağı
PI/3 kinaz aracılı sinyal iletim yolağı
Jak/STAT proteinleri aracılı sinyal iletim yolağı
G protein aracılı sinyal iletim yolağı
Hücre İçi Haberci Sistemleri
Membran yerleşimli proteinlere reseptör tirozin kinazlar (RTK) denilir
İnsulin, büyüme faktörleri (EGF, VEGF, PDGF, FGF) reseptörleri
RTK’ların sitoplazmik kısımda aktivasyondan sorumlu tirozin kinaz
bölgesi bulunur
RTK aktivasyonu ile reseptör kendini fosforile eder
İkinci aşamada fosforlanan bölgeye adaptör proteinler bağlanarak
uyarının hücre içine aktarılmasını sağlar
RTK aktivasyonunun sonlanmasında fosfatazlar rol alır
Sürekli ve kontrolsüz RTK aktivasyonu karsinojenez sürecinde rol alır
Reseptör tirozin kinaz aracılı iletim yolağı
Apoptozis
Apoptozis: (yunanca kökenli) yaprak dökümü
Çok basamaklı programlanmış hücre ölümü
Kemoterapötik ajanlar ve radyoterapi, etkilerini apoptozisi
indükleyerek gösterir
Apoptozis sinyal yolları ve molekülleri önemli tedavi
hedefleri arasında rol alır
Apoptozis
Anormal DNA’lı hücreleri yok eder
Normal doku kaybından sorumludur (Yaşlanmış ve
yararsız hale gelmiş normal hücrelerin ortamdan yok
edilmeleri)
Nükleer büzülme ve DNA fragmantasyonu ile karakterize
Apoptozis
Apoptozise uğrayan hücrenin komşu hücrelerle bağlantısı
kesilir
Hücre büzülür ve hücre yüzeyindeki spesifik yapıtaşları
kaybolur
Çekirdek büzülür ve kromatin yoğunlaşır
Hücre membranı bol kıvrımlı hal alır, ancak intaktır
DNA fragmantasyonu olur
Mitokondri porlarının açılmasıyla litik süreç başlar ve
apoptotik cisimler oluşur
Apoptotik cisimler fagositlerin içine alınır ve lizozomal yol ile
hızla yıkılır
Apoptozis
Mitokondri (intrinsik yolak) ya da ölüm reseptörleri (ekstrinsik yolak)
aracılı olarak başlatılabilir
İntrinsik yolda hücreye gelen dış sinyaller mitokondriden proapoptotik
moleküllerin salınımına yol açar (sitokrom c ve Smac/DIABLO-second
mitochondria derived activator of caspases)
Ekstrensek yolaktaki ölüm reseptörleri TNF reseptör süper-ailesinde yer
alırlar ve sitoplazmik kısımlarında ölüm aktivatörleri taşırlar (TRAIL-TNF
related apoptosis inducing ligand, FAS-L)
Apoptozis
Kaspazlar: proteolitik etkili proteinlerdir ve apoptoziste ortaya çıkan
morfolojik değişiklikleri tetiklerler
Sitoplazma içinde inaktif proenzim halinde bulunurlar (prokaspaz)
Apoptozisi tetikleyen başlangıç sinyalini takiben prokaspazlar aktif
kaspaz haline geçer ve yaklaşık 1 saat içinde birbirini takip eden olaylar
zinciri ile (kaspaz aktivasyonu kaskadı) hücre ölümü gerçekleşir
Başlangıç kaspazları: Kaspaz 8 (ekstrinsik yol) ve 9 (intrinsik yol)
Effektör kaspazlar: Kaspaz 3 ve 7
Apoptozis
Bcl-2 proteinleri kaspaz aktivasyonunda önemli rol oynar
p53 tümör baskılayıcı proteini hücre döngüsünün
durdurulması ve apoptoziste etkin rol oynar
Apoptozisi inhibe eden proteinler (IAP) kaspazlara
bağlanarak kaspaz aktivitesini inhibe ederler
IAP’lar normal dokuda bulunmazlar ancak birçok tümör
dokusunda bulunurlar
Apoptozis – Tümör tedavisi
Kanserli hücrelerde genlerdeki değişiklikler hücrelerin
apoptozis ile yok olma ihtimalini ortadan kaldırarak
yaşam sürelerini uzatır
Apoptozis arttırılarak kanser hücreleri yok edilebilir
Apoptozis reseptör yolağındaki bozukluğun düzeltilmesi
Kemoterapi
Rekombinant ölüm reseptör ligandları (FAS-L ve TRIAL)
Metastaz
Metastaz: Kanser hücrelerinin köken aldıkları bölgeden
farklı doku ve organlara yayılması
Kanserden ölümleri %90’nından sorumlu
Metastaz basamakları
Anjiyogenez
İnvazyon
Migrasyon-motilite
Ekstravazasyon
Proliferasyon
Normal Hücreler
Kanserli hücreler
Kanser
Anjiyogenez
İnvazyon
Migrasyon
Anjiyogenez
Tümör kitlesi 1-2 mm3 hacime ulaşınca oksijen ve besin
desteği sağlamak için yeni damar yapımını
(neovaskülarizasyon) uyarır
Anjiyogenik ajanlar / inhibitör faktörler arasındaki denge
anjiyogenez lehine bozulur
Anjiyogenik ajanlar tümör hücrelerinden, monosit ve
fibroblast gibi hücrelerden kollajen matriks yıkımı sonucu
açığa çıkabilir
Anjiyogenik ajanlar
Vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF)
En önemlileri ve üzerinde en çok durulan faktör
Yeni kan damarlarının oluşumunu indükler
Tirozin kinaz yapısında 3 reseptörü vardır (VEGF-R1, VEGF-
R2, VEGF-R3)
VEGF-R aktivasyonu fosfolipaz-C, fosfoinozitol-3 kinaz ve
ras GTPaz aktivatör gibi hücre içi sinyal iletim proteinlerini
fosforile ederek endotel hücrelerinin proliferasyon,
migrasyon ve diferasyonunu sağlar
Anjiyogenik Ajanlar
Nitrik oksit (NO) anjiyogenezin VEGF bağımlı medyatörüdür
VEGF, NO-sentaz enzimini uyarır (endotel hücre
migrasyonunu arttırır)
Hipoksik ortamlarda düzeyi hızla artan hipoxia-inducible
transcription factor-1 (HIF-1) VEGF salınımında etkilidir
Anjiyogenik Ajanlar
Platelet derived growth factor (PDGF)
Fibroblast growth factor-2 (FGF-2)
Transforming growth factor-Beta (TGF-)
Epidermal growth factor (EGF)
Transforming growt factor-alpha (TGF-)
Hepatocyte growth factor (HGF)
İnvazyon
Kanser hücresinin primer tümörden ayrılması (detachment)
E-kadherin
Kanser hücrelerinin matriks, endotel hücreleri ve
subendotelyal bazal membrana tutunma aşaması
(attachment) integrin, selektin, Ig benzeri adhezyon mol.
Bazal membran ve ekstraselüler matriks komponentlerinin
yıkımı (proteolitik enzimler) metalloproteazlar,
plazminojen aktivatörleri (t-PA, u-PA), katepsinler
Metastazın Diğer Aşamaları
Kanser hücresinin migratuar özellik kazanması
motilite faktörleri (otokrin motilite faktörü)
Ekstravazasyon proteoliz
Proliferasyon anjiyogenez
Hedefe Yönelik Tedaviler
Seçici olmaları nedeniyle tümör molekülüne yönelerek
kanser hücresini öldürürken, normal hücrelerin sağlıklı bir
ortamda devamına olanak tanır
Kemoterapi ve radyoterapiye göre avantaj sağlar
Günümüzde 4 temel molekül ile uygulanmakta
Monoklonal antikorlar (mAb)
Küçük moleküller
Peptid mimetikler
Antisens oligonükleotidler
Hedefe Yönelik Tedaviler
Anti-anjiyogenik tedaviler
Anti-invazif tedaviler
Monoklonal Antikorlar
Tümöre özgü yüzey proteinleri (reseptörler) veya sinyal
molekülünü (büyüme faktörleri) hedefleyebilirler
Bevacizumab: anti-VEGF antikoru (Avastin, Avastatin)
renal hücreli karsinom
Prostat özgül membran antijeni (PSMA): proteolitik aktivitesi
olan bir membran glikoproteini, P Ca hücrelerinde (+)
Anti-PSMA antikorlar: görüntüleme, tedavi
Küçük Moleküllü Ajanlar ve Peptid Mimetikler
Tirozin kinazlar :Hücre çoğalması, farklılaşması,
anjiyogenez, hücre siklusunun düzenlenmesi ile ilgili sinyal
iletim yollarına aracılık ederler
Küçük moleküllü ajanlar tümör oluşumu sırasında
düzenlenmesi bozulan bu kinazları hedefler
Sunitinib, sorafenib: VEGFR TK inhibitörleri (RHK)
Antisens Oligonükleotidler
17-22 nükleotid uzunluğunda kimyasal olarak
değiştirilmiş, tek iplikli DNA benzeri moleküllerdir
Belirlenmiş bir genin mRNA’sına tamamlayıcı
olarak tasarlanmıştır
Hedeflenen genin ekspresyonunu engeller
Kanser hücrelerinde membran reseptörleri, sinyal
iletim yolakları, hücre siklüsü ajanları v.b
hedeflenebilir
Anti-anjiyogenik tedaviler
Trombospondin
Anjiostatin
Endostatin
İnterferonlar
Matriks metalloproteinaz inhibitörleri
Maspin
Ürolojik Kanserlerle İlişkili Tümör Sendromları
Sendrome Tümör Kromozom Gen
Wilm’s Tümörü Wilm’s 11p13 WT1
Von Hippel-Lindau Berrak hüc. RCC 3p25 VHL
Feokromositoma
Hered Papiller RCC Papiller RCC 7q31 MET
Birt-Hogg-Dubé Papiller RCC 7p11.2 FLCN
MEN II Feokromositoma 10q11 RET
Herediter PCa Prostat kanseri 1q24-25, 1,8 MSR1
17, 20, X ELAC2
RNASEL
Von Hippel-Lindau Sendromu
Berrak hücreli RCC, retinal anjiyoma, feokromositoma,
MSS hemanjiomları, epididimal kistadenom, pankreas
adacık tümörleri
3p25: VHL tümör supresör geni
Sporadik berrak hücreli RCC hastalarının %80’ninde de
VHL geninde genetik değişiklikler mevcut
Von Hippel-Lindau Sendromu
VHL proteini
Hücre siklusu ve anjiyogenezin düzenlenmesi
İyi oksijenlenmiş hücrede HIF-’yı yıkar
HIF- VEGF, PDGF, TGF- ve EPO yapımını
indükler
Anaerob şartlarda yaşam, anjiyogenez, metastaz
Mesane Kanseri
En sık görülen 9p kayıpları (%50-60)
(Bu kromozomun kolları üzerinde normalde tümör baskılayıcı genler
yer alır)
Rb tümör baskılayıcı geni kaybı (%20-30)
p53 mutasyonu (%60)
C-myc onkogeninin aşırı ekspresyonu
H-ras onkogeni
VEGF ↑
EGRF ↑
CD44 adhezyon molekülü kaybı
Prostat Kanseri
Herediter Prostat ca: Bir ailenin 3 bireyinde veya 3
nesilde veya 55 yaşından genç iki bireyde prostat
kanseri görülmesi
%5-10’u herediter
Erken yaşta ortaya çıkanların %40’ı herediter
En sık 1. kromozomda mutasyon
Androjen reseptör geninde nokta mutasyonlar
8. kromozom delesyonu
Ras p21 onkogeni
E-cadherin gen kaybı (adhezyon ↓)
VEGF
Telomeraz
PTEN tümör baskılayıcı geninin kaybı
Böbrek Kanseri
Kalıtımsal ve sporadik görülür
Kalıtımsal: %1-2
Sıklıkla bilateral ve multifokal
3. kromozom kısa kolunda anormallik
VHL hastalığı olanlar
VHL tümör baskılayıcı genindeki kayıplar
Böbrek Kanseri
c-myc onkogeni
p53 mutasyonu
Rb mutasyonu
VEGF ↑
Angiostatin ↓