Daganatok áttétképzését gátló génjeinkÉlő adás előadássorozat

2014. 05.07.

Vellainé Takács Krisztina

A daganatképződés, a daganat fejlődése és terjedése többlépcsős folyamat, amely mutációk, genetikai és sejtbiológiai változások sorozatára vezethető vissza. E változásokon keresztül a daganatsejtek egyre több képességet szereznek, amelyek lehetővé teszik, hogy növekedjenek, majd terjedjenek és áttéteket képezzenek.

Klonális eredet?

Korábbi elképzelésMa: ismert, hogy a tumorok többféle sejttípusból állnak

Sejtszaporodás (sejtciklus)

Genom- stabilitás fenntartása(hibajavítás)

Apoptózis

Onkogének és tumorszuppresszor gének jelátvitelben betöltött szerepe

ONKOGÉNEK (proto-onkogének)

SZUPPRESSZOR GÉNEK

serkentés

gátlás

gátlás

- igen

serkentés

funkciónyeréssel járó mutációk

Mutáció tumorokban

funkcióvesztéssel járó mutációk

Table 23-3. Some Genetic Abnormalities Detected in Colorectal Cancer Cells

GENE CLASS PATHWAY AFFECTED

TUMORS WITH MUTATIONS

(%)

K-Ras oncogene receptor tyrosine-kinase signaling

40

β-catenin oncogene Wnt signaling 5–10p53 tumor suppressor stress/genetic-

damage response60

APC tumor suppressor Wnt signaling > 60Smad4 tumor suppressor TGFβ signaling 30TGFβ receptor II tumor suppressor TGFβ signaling 10

MLH1 and other DNA

tumor suppressor DNA mismatch repair

15

  mismatch repair genes

(often silenced by methylation)

Néhány onkogén és tumorszuppresszor gén, amelyek mutációi gyakran előfordulnak különböző tumorokban

Hallmarks of Cancer: a tumorsejtek sajátosságai

növekedési szignálok folyamatos fenntartása

növekedést gátló szignálok elkerülése

rezisztencia a sejthalállal szemben

halhatatlanság

érképzés indukciója invázió és metasztázis aktiválása

Cell (2011) 144:646-674

A VASTAGBÉLRÁK KIALAKULÁSÁNAK GENETIKAI MODELLJE(Vogelstein, 1990)

APC

5 12

A B C

Rasmutáció DNA

metiláláselvesztése

Hiperproliferatív epitélium

Korai adenóma

Középső adenóma

18

DCC

D

Késői adenóma

17TP53

E

Karcinóma

A tumorsejtek genetikai állománya instabil

A metasztázis többlépcsős folyamat eredménye

A metasztázis folyamata

Metasztázis szuppresszor gének (MSGs)

Gátolják a makroszkópikus áttét képződést (in vivo kísérletekben is).

A primer tumorban kifejeződnek, az áttétben viszont nem vagy csökkent mértékben expresszálódnak.

Eltérőek az onkogénektől és tumorszuppresszor génektől.A primer tumor növekedésére nincs hatásuk.A metasztatikus kaszkád különböző lépéseiben hatnak.

Napjainkig több mint 20 MSG-t (metasztázis inhibitor gént) írtak le

Horak et al., APMIS 116: 586-601, 2008

E-cadherin expresszió elvesztése: kulcs az EMT

(epiteliális-mesenchymális tranzíció) folyamatához, majd

az invázióhoz

• A sejt adhéziós kapcsolatok egyik fő komponense az E-cadherin.

• Az E-cadherin és az aktin citoszkeleton között a citoplazmatikus sejt adhéziós komplex révén a β-catenin létesít kapcsolatot.

Metasztázisokban alacsony E-cadherin szint → hiányában a β-catenin felhalmozódik a citoplazmában → abnormális TCF/LEF aktiváció

A β-catenin a sejtmagba transzlokálódva, a TCF/LEF transzkripciós faktorral együtt differenciálódási folyamatokat szabályoz.

A β-catenin a Wnt/Wingless jelátvitel kulcs molekulája

EMT: epiteliális – mesenchymális tranzíció

A TGF- β aktivációja a Smad-interacting fehérjéken, a Snail és Slug-on (cink-ujj transzkripciós faktorok) keresztül az E-cadherin repressziójához vezet, ami a β -catenin „kiszabadulásán” és TCF/LEF aktivációján keresztül EMT-hez vezet. A sejtek motilitása fokozódik, mátrix-degradáló enzimek (MMP-k) expresszálódnak, a sejtek rezisztensebbé válnak az apoptózissal szemben.

EMT: epiteliális – mesenchymális tranzíció

Lee et al., 2006, J. Cell Biol, 172: 973-81.

Kai1 – DARC kapcsolat A primer tumorsejtek bekerülnek véráramba, sorsuk függ attól, hogy expresszálják-e a Kai1

MSG-t → ha van Kai1 marker → interakció DARC receptorral (Duffy antigen receptor for

chemokines)→ szenescens jel, a cdk inhibitor p21 fokozott expresszióját eredményezi, így a tumor sejt nem képes az S fázisba belépni

→ ha nincs Kai1 marker → tumorsejtek osztódnak → metasztázis képzés

p53 mutáció Kai1 down-regulációt okoz: metasztázis előrehaladott állapota

Iiizumi et al., 2007 Cancer Res. 67: 1411-4

MKK4: a MAP2K család tagja, aktivációja a JNK/p38 MAPK modulon keresztül apoptózist ill.

a sejtciklus leállását eredményezi

• MKK4-et ektopikusan kifejező tumorsejtek képtelenek új kolónia formálására célzott terápia

Az MSG-k a metasztatikus kaszkád különböző folyamataiban hatnak

• Az E-cadherin az elsődleges tumorból való kiszakadás, az invázió kezdeti lépéseiben hat.

• A Kai1 a migráló sejtek erekből való kilépését akadályozza meg.

• Az MKK4 és az Nm23-H1 pedig a másodlagos tumor növekedést befolyásolják.

Metasztázis szuppresszor

gének

• Megismerésük lehetőséget ad olyan klinikai markerek fejlesztésére, amelyek kimutatnák a szövettani elváltozásokat és a metasztázis képződését.

• Potenciális gyógyszer célpontok a metasztatikus tumorsejtek alvó fázisban tartásához.

Aguirre-Ghiso J. A. (2007), Nat.Rev. Cancer,7: 834-46

Előnyei:1. Laboratóriumban könnyen fenntartható2. Egyszerű anatómia (959 szomatikus sejt, 302 neuron, átlátszó testfal)3. Kis testméret (1.2 mm)4. Nagyszámú utódnemzedék (250 utód)5. Gyors életciklus6. Speciális szexuális dimorfizmus: öntermékenyítő hermafroditák és hímek7. Invariáns sejtleszármazás

Caenorhabditis elegans,mint genetikai modell

ndk-1(ok314)

A C. elegans nm23-H1/2 ortológ ndk-1 lf mutációja sterilitást és kitüremkedő vulva fenotípust okoz

TAAATG

1

-523

600

634deléció: ok314

LGI

Nm23-H1 MANCERTFIAIKPDGVQRGLVGEIIKRFEQKGFRLVGLKFMQASEDLLKEHYVDLKDRPFFAGLVKYMHSGPVVAMVW 78 Nm23-H2 MANLERTFIAIKPDGVQRGLVGEIIKRFEQKGFRLVAMKFLRASEEHLKQHYIDLKDRPFFPGLVKYMNSGPVVAMVW 78 NDK-1 MSNTERTFIAIKPDGVHRGLVGKIIARFEERGYKLVALKQMTASKAHLEVHYQDLKDKPFFPSLIEYMSSGPVVAMVW 78 *:* ************:*****:** ***::*::**.:* : **: *: ** ****:***..*::** ********* Nm23-H1 EGLNVVKTGRVMLGETNPADSKPGTIRGDFCIQVGRNIIHGSDSVESAEKEIGLWFHPEELVDYTS-CAQNWIYE 152 Nm23-H2 EGLNVVKTGRVMLGETNPADSKPGTIRGDFCIQVGRNIIHGSDSVKSAEKEISLWFKPEELVDYKS-CAHDWVYE 152 NDK-1 QGLDVVKQGRSMLGATNPLASAPGTIRGDFCIQTGRNICHGSDAVDSANREIAHWFKQEEINDYASPFINSWVYE 153 :**:*** ** *** *** * ***********.**** ****:*.**::**. **: **: ** * :.*:**

Fenotípus:sterilitás, vulva fejlődési defekt

Masoudi N, …Takács-Vellai K (2013)Development 140, 3486-3495Takács-Vellai K (2014) J Mol Signal (in press)

A C. elegans hermafroditák két U-alakú gonádkarral rendelkeznek

Tumorfejlődés a C.elegans csíravonalában

Kirienko et al. (2010) Dev. Dyn. 239:1413–1448

C. elegans mint sejtmigrációs modell: a gonáddisztális csúcsi sejtjeinek (distal tip cells, DTCs) vándorlása

A DTC-k speciális vezető sejtek, amelyek a gonád alakját alakítják ki vándorlásuk során.

ndk-1(-) mutánsok DTC migrációja abnormális

Egy menekítő, transzlációs NDK-1::GFP konstrukció expresszálódik a DTC-kben.

Wild type

ndk-1(ok314)

gonad arm DTC

NDK-1::GFPL4 larva

NDK-1::GFP

K1 K2 HA1 HA2 CE1 CE2 HB1 HB20

50

100

150

200

250

MDA-MB-231T

Clones

Num

ber o

f cel

ls

Az NDK-1 overexpressziója a humán Nm23-H1/2-höz hasonlóan gátolta egy invazív emlőkarcinóma

sejtvonal migrációs potenciálját

Fancsalszky L. …M. Herak Bosnar…Takács-Vellai K., PlosOne 2014, 9(3):e92687

A DTC migráció és az apoptotikus testek bekebelezése analóg folyamatok: közös géneket

használnak

Wu YC and Horvitz HR, Nature, 1998

Mindkét folyamat membránok átszervezését és a citoszkeleton átalakítását igényli.

S. Brenner, J. Soulston and R.H. Horvitz:Nobel prize in physiology (2003)for defining the genetic pathway of programmed cell death

B. Conradt, D. Xue, Wormbook, 2005

 

Az apoptotikus testek bekebelezésének molekuláris modellje

According to B. Conradt and D. Xue, Wormbook, 2005

INA-1

Az ndk-1(-) mutáns embriókban és RNSi-kezelt állatok gonádjában felhalmozódnak az apoptotikus testek

ndk-1(RNAi)

NDK-1::GFP

NDK-1::GFP

I

Az NDK-1::GFP az apoptotikus testek körül fejeződik ki a gonád tok sejtjeiben

Fancsalszky L….Takács-Vellai K., Plos One (2014)

ndk-1Nm23

ina-1-integrin

unc-73Trio

ced-2 CrkII

ced-5Dock180

ced-12Elmo

vab-3Pax6

mig-2RhoG

ced-10 Rac1

abl-1Abl

abi-1 Abi

ced-7Abc1

ced-1Megf10

ced-6Gulp

dyn-1 Dynamin

DTC migration and engulfmentengulfment

Az apoptotikus bekebelezés jelátviteli útvonalai az aktin polimerizációhoz vezetnek

Shen Q et al. Development 2013;140:3230-3243

2000-2011: 4 új jellegzetesség

az energiaháztartás újraprogramozása

az immunrendszer sejtpusztító folyamatainak elkerülése

a daganatsejtek genomja instabillá válik

tumor progressziót segítő gyulladások

Tumor progressziót elősegítő gyulladásA tumorokba a veleszületett és az adaptív immunrendszer sejtjei is infiltrálódnak, és gyulladáshoz hasonló körülményeket tükröznek.

A tumor-asszociált gyulladási válasz – paradox módon - a tumor progressziót segíti.

Az immune inflammatory sejtek által termelt faktorok:-EGF, -VEGF, FGF2 (angiogenic),-chemokines, cytokines-matrix metalloproteinases (MMP-9, invasion)

A tumor mikrokörnyezetében lévő immunsejtek tumor progressziót elősegítő faktorokat termelnek

Potential significance of our work...

NDPK funkció hiánya

Apoptotikus testek felhalmozódása Gyulladás

J. Martinez et al., PNAS, 2011

Kedvező körülmény a tumor progresszióhoz

Hanahan D and Weinberg R, Cell, 2011

Gyulladás

Köszönöm a figyelmet!

Iiizumi M et al., Biochim Biophys Acta. 2008 December ; 1786(2): 87–104.

Iiizumi M et al., Biochim Biophys Acta. 2008 December ; 1786(2): 87–104.