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 ↓