CANCER

CANCER
CANCER
– allmänna begrepp
– orsak till cancer
– Cancerutveckling , metastasering
– Mekanismer bakom cancerutveckling
– tumörvirus
– proto-onkogener och onkogener
– tumörsuppressorgener
– molekylärbiologisk diagnostik
och behandling
Cancer
• var tredje svensk drabbas av cancer
någon gång under livet
• varje år upptäcks cancer hos 45000
personer i Sverige
• varje år dör 20000 personer till följd av
cancersjukdom i Sverige
• genetiska faktorer och miljöfaktorer
1
Cancerincidens i %
Män
Kvinnor
prostata
tjocktarm
hud
32.6
11,3
11,0
trachea/lunga
urinvägar
malignt lymfom
7,4
6,8
3,9
övrigt
3,2
nervsystem
2,5
bröst
28,7
tjocktarm
hud
livmoder
trachea/lunga
11,7
8,9
5,8
5,6
övrigt
4,7
äggstock
4
malignt lymfom
3,2
Definitioner
• tumör = abnorm proliferation av celler
– benign: respekterar vävnadsgränser
– malign: invasiv o/e metastaserande
• ursprung
– vävnad
•
•
•
•
carcinom – epitelvävnad
sarkom – bindväv
leukemi – från blodceller
lymfom – från vävnad ingående i immunsystemet
– celltyp (tex. fibrom – fibroblaster)
– organ
Bening tumör respektive malign
tumör (=cancer)
2
ORSAK TILL CANCER
• genetiska (förprogrammerade, medfödda)
– BRCA1, BRCA2
– hereditär colonpolypos
– även andra mindre klara samband = 'predisponering'
resp. 'skyddande gener'
• Miljöfaktorer
– Exposition till mutagena eller proliferationsstimulerande
föreningar (eller strålning)
• Medicinsk behandling (sekundär till behandling av
annan cancer, eller av immunosuppressiv
behandling)
Genetisk predisposition - bär redan på en
riskabel genskada i nyckel-gen– oddsen att
få bägge allelerna muterade under en livstid
ökar dramatiskt
Miljöfaktorer
• rökning (associerad med
25% av alla cancerfall)
–
–
–
–
–
–
lungcancer
matstrupe
struphuvud
urinblåsa
livmoderhals
bukspottkörtel
3
Miljöfaktorer
• felaktig kost
• alkohol
–
–
–
–
•
•
•
•
•
•
•
mun
svalg
matstrupe
lever
hormoner
virus (HPV-16,-18, Hepatitvirus m.fl.) bakterier
UV-ljus, radioaktiv strålning
arbetsmiljöfaktorer: kemikalier (någon %)
luftföroreningar (1% av alla cancerfall)
inflammation
immunosuppression
Miljöfaktorer - carcinogener
• skadar DNA och skapar mutationer
– benzopyren
– dimetylnitrosamin
– nickelföreningar
– aflatoxin
– UV-strålning
• bidrar till tumörutveckling genom att
stimulera cellproliferation = tumörpromotor
– phorbolester
Tillväxtstimulering: ”carcinogent” genom att
öka risken för att klon med icke reparerad
DNA skada ”blommar upp” och får chansen
-kräver upprepad tät stimulering
*
(* Upprepade DNA skador (utan tillväxtstimulering utifrån)
ökar chansen till ”two hits”, dvs ge cell med mutation i gen
som driver tillväxt Viktigt!!
(signalstransduktion) tillsammans med en
som sätter sätter ex. apoptosreglering ur spel.)
4
Inflammation fungerar som
promoter
(magsår ökar risken för magcancer, inflammatorisk
tarmsjukdom ökar risken för koloncancer, hepatit ökar
risken för levercancer)
• Uppreglering av pro-inflammatorisk cytokin,
TNF-α
• Binder till receptor i närliggande celler, NFκΒ
aktiveras
– Transkriptionsfaktor, translokeras in i nukleus vid
aktivering
• NFκΒ aktiverar transkription av proteiner som
leder till ökad proliferation och hämmad apoptos
• => farlig situation för sådan stimulerad
närliggande cell som samtidigt bär på eller får
DNA skada
CANCERUTVECKLING
mutationer i gener som styr:
• proliferering – svar på tillväxtfaktorer,
cellcykelkontroll mm.
• differentiering
• apoptos
• DNA: korrekturläsning och reparation
kan ge icke-reglerad tillväxt
Cancerutveckling
• initiering
– Genförändring(ar) som leder till onormal
proliferation i förhållande till signaler utifrån
• progression
– ytterligare mutationer
– tillväxthastighet och adaptionsförmåga ökar
– invasivitet och förmåga till metastasering
– De-differentiering ger tillväxtfördel
5
Stadier i cancerutveckling
2. Progression
1. Initiering
”Multiple hit” – fler än en gen/en
mekanism måste vara skadad
=> Mer än en mekanism påverkad
•
•
•
•
•
•
Onormal tillväxt (signalering, expression)
Defekt kontroll/proof reading av DNA
Icke fungerande DNA reparation
Defekt ”broms”
Defekt apoptos
Undgår immunförsvaret
• De flesta mutationer som sker i
våra celler leder inte till cancer
då chansen är så liten för
ytterligare mutationer som
agerar synergistiskt med den
första (hinner inte uppstå innan
cellen dött => men med kraftig
promotor (extern stimulering av
proliferation) så kan den cell
linjen leva länge nog och ge
upphov till tillräcklig många
”descendants”/avkommor för
att detta ska kunna ske
6
Cancercellers egenskaper
•
•
•
•
•
•
•
•
okontrollerad tillväxt
Minskat beroende av tillväxtfaktorer
defekt cell-cell eller cell-matrix kontakt inhibition
Apoptos-reglering rubbad eller utslagen
defekt differentiering (även de-differentiering)
sekretion av proteaser – bryter ner extracellulärmatrix
sekreterar tillväxtfaktorer – inducerar angiogenes
Genetiskt instabila
– Många cancerceller går i nekros men några ”mer adapterade”
överlever och tar snabbt över n=
Cancerceller är genetiskt instabila
- inte bara en fördel
Konskekvens av genetisk
instabilitet
• Ackumulering av defekt DNA,
– Strängbrott,
– Polyploidi, Aneuploidi (kromosom antal rubbat)
– Kromosom translokationer, förluster, kopieringar
– Stor andel av dessa är ej kompatibla med
cellöverlevnad – cancerceller ofta i nekros (i
uttalad cancer ofta mycket nekrotiska celler)
7
Egenskaper hos cancerceller
• Okänsliga för externa signaler (som reglerar cell
proliferation)
• Undgår apoptos
• Undviker:
– programmerade proliferations-begränsningar
• Utrycker bl.a. telomeras
– Åldras inte normalt med antalet celldelningar (ej normal
cellsenescence
– Utebliven differentiering (ibland de-differentiering, får
egenskaper som tidigare steg i cell lineage (från stamcellstadiet)
• Genetiskt instabila
• Invasiva/ kan lämna normal plats i organismen
• Överlever och prolifererar på fel ställen
Defekt kontaktinhibition
Densitetsberoende inhibition
8
Onormal autokrin tillväxtstimulering
Onormal receptorsignalering (utan
ligand)
Störd intracellulär signalering
(Ras är muterat i många cancerformer)
9
Defekt apotos initering eller ökad
inhibition av apoptos
Bcl-2 – hindrar cytokrom c-utsläpp
Defekt differentiering Leukemi
TUMÖRVIRUS
• kan orsaka cancer i försöksdjur eller
människa
• virus från olika virusfamiljer
• olika mekanismer för olika virus
10
Tumörvirus
Hepatit B- och Hepatit C-virus
• kan ge kronisk leverinfektion
• kontinuerlig proliferation av hepatocyter
• mer än 100 gånger ökad risk för
levercancer
• hepatit B virus driver också direkt
abnormal proliferation och överlevnad
SV40- och polyomavirus
•
•
•
•
infekterar naturligt apor och möss
används i cancerforskning
små genom (~5kB)
bra cellkulturassays
11
SV40 –
replikering och
transformering
SV40-, polyoma- och adenovirus
• infektion i non-permissive cells
– ej virusreplikation
– virusgenom kan integreras i värdceller
• transformation – virusDNA stabilt
integrerat i värdcellen och värdcellen
producerar virala proteiner
• early-genes – stimulerar
värdcellsproliferation
– mha virus-drivet uttryck av DNA-polymeras
• binder till och inaktiverar Rb och p53
Papillomavirus
• ~60 olika humana papillomavirus
• infekterar epitelceller
• benigna (vårtor) och maligna
(livmoderhalscancer m.fl.) tumörer
• E6 och E7 – protein kodade av early
genes
• inaktiverar tumörsupressorproteiner Rb
och p53
12
Herpesvirus
•
•
•
•
100-200 kB
Orsakar cancer
Kaposi´s sarkomassocierat herpesvirus
Epstein-Barr virus
Retrovirus
•orsakar cancer i många djurarter, har då fler gener än ovan
•HTLV-1 ger T-cells leukemi
ONKOGENER
• gener som kan inducera celltransformering
(=omvandling från normal cell till
cancercell)
• virala och cellulära onkogener
• studier av virala onkogener ger information
om cellulära onkogener och utveckling av
icke-virus-inducerad cancer
• onkogena retrovirus - typexempel
13
RSV – Rous sarcoma virus
• onkogent retrovirus
• den först identifierade onkogenen från RSV
Retrovirala onkogener
• kodar för nyckelprotein i signalöverföring
för cellproliferation
• >30 retrovirala onkogener identifierade
• src, ras, raf, m.fl.
• härstammar från proto-onkogener som
blivit cellulära onkogener, som
inkorporerats i virala genomet
Proto-onkogener
• de normala cellulära generna som virala
onkogener härstammar ifrån
• viktiga cellregulatoriska gener
• abnormalt uttryckt eller muterat ger onkogener
14
Onkogener i cancer
• förändrade proto-onkogener
– punktmutation
– kromosomtranslokation
– amplifiering
• ~100 onkogener identifierade
• endast förändring på en allel räcker för
cancerutveckling
• kodar för överuttryckt eller överaktivt
protein
Punktmutation
• rasH, rasK, rasN – punktmuterade ras-gener
• förekommer i 20% av all mänsklig cancer
• permanent aktivt Ras-protein
Exempel på kromosomtranslokation
15
Filadelfiakromosom
• kronisk myeloisk leukemi
• abl protoonkogen
translokeras
•proteinets normala Nterminal byts
•icke-reglerbart Abl protein
tyrosinkinas
•Signalerar hela tiden –
konstant proliferation
Genamplifiering – ökat antal
kromosomala gen- kopior
3-5 kopior D cyklin per cell
(head and neck cancer cells)
• ger förhöjd
genexpression
• Många kopior N-myc i
snabbt växande
aggressiva tumörer
• erbB-2 kodar för
tyrosinkinasreceptor, i
förhöjt antal i bröst- och
äggstockscancer
• D cyklin - driver på
cellcykeln förbi R point i
G1
Funktion hos onkogenprodukter
• ~100 onkogenprodukter identifierade
• utgör delar av signalvägar
för reglering av celltillväxt och överlevnad
som svar på stimulering av tillväxtfaktorer
16
Onkogener och
signaltransduktion
Funktion hos onkogenprodukter
(forts)
• cellcykelregleringsprotein amplifierat eller
förändrat med translokation (cyklin D1)
• blockerar differentiering och ger
proliferering
• blockerar apoptos (Bcl2 ex)
Onkogener
och
cellöverlevnad
apoptos
blockeras
PI3-kinas
Akt
Bcl-2 – hindrar cytokrom c-utsläpp
17
TUMÖRSUPPRESSORGENER
• anti-proliferationsgener
• stoppar ej proliferation vid inaktiverande
mutationer eller deletioner
• genförändring på båda allelerna krävs
vanligen för cancerutveckling
• många olika tumörsuppressorgener
identifierade
Tumörsuppressorgener
Tumörsuppressorgener
18
Funktion hos tumörsuppressorgenprodukter
• PTEN
• Rb
• p53
PTEN
motverkar
cellöverlevnad
->
proapoptotisk
Cellcykelreglering med Rb och E2F
19
Induktion av p21 av
DNA-skada
P53 ofta muterad i cancer
Tumörutveckling
• cancerceller – felaktig kontroll av celltillväxt
• utveckling i många steg ger gradvis malignitet
• felaktig kontroll av DNA ger med tiden fler mutationer till
dottercellerna
• många mutationer ger ofta överlevnadsfördelar – cellen
delar sig snabbare än granncellerna
• ännu fler mutationer tillkommer
• tumörceller blir mer och mer maligna
• cancerceller dedifferentierar –
– liknar mindre och mindre den cell de utvecklades från
– ”minns” sämre sitt ursprung (avs genexpression)
• Mindre nogaräknade avs. omgivning
20
Progressiv utveckling
Från benign tumör till invasiv cancer
coloncancer
Tjocktarmspolyp
21
Coloncarcinom
Prognos beror på när förändring
hittas
Benign polyp (tidigt stadium).
Hittas ofta med koloskopi
(tjocktarmsundersökning med fiberendoskop) – om polyp avlägsnas vid
undersökningen undviks cancer, ingen
mer behandling krävs (men kontroller)
Coloncarcinom som börjar
invadera underliggande
muskellager – kräver radikal
kirurgi (bortopererande av
tarm).
Metastasering– flera barriärer
Därför är metastasering ett sent steg i cancerutveckling, och
resultatet av multipla genetiska förändringar
22
Metastasering – inte helt lätt
Varför vissa tumörtyper oftare är benigna/lokala
(hypofysadenom …)
Genetisk instabilitet en förutsättning för att kunna adaptera sig
of förändra sig till invasiv cancer
Genetisk instabilitet – möjliggör
uppkomst av mer maligna celler med bättre
metastaserande potential, men för instabila
celler klarar inte av detta
Molekylärbiologisk diagnostik
• gentester för upptäckt av anlagsbärare
– dessa kan följas mer noga (ev. förebyggande
operationer)
– hereditär nonpolyposis coloncancer
– BRCA1, 2 – gener muterade i ärftlig bröstcancer
• detektera mutationer – diagnosticera, välja
behandling, följa behandlingseffektivitet
– Bcr/Abl => Glivec behandling (Tyrosinkinase hämmare)
– CD20 => Mabthera (monoklonal antikropp mot CD20)
23
BEHANDLING
•
•
•
•
•
•
•
•
kirurgi
strålning
cellgifter
hormoner – antihormon
immunterapi
benmärgstransplantation
smärtlindring
specialdesignad behandling (specifika
molekylära targets och mekanismer)
Targets för cytostatika
•
•
•
•
•
•
•
•
•
DNA skadande (addukter, gör det svårreplikerat
Topoisomeras-hämmare
Microtubuli hämmande (mitosen!)
Cytoskelett skada
Antimetaboliter (metotrexate)
DNA syntes (DNA polymerase skadande)
Proteinsyntes hämmande
Nukleotid syntes
Många verkar genom att inducera apoptos
– Defekt apoptos reglering del i cytostatika resistens
• …
Cellgiftbehandling
• resistens uppkommer ofta (man köper sig tid,
men ofta inte bot på lång sikt med enbart cellgift)
– Primär resistens (svarar inte på första behandlingen)
– Sekundär res. (ytterligare mutationer har skett som
selekterats fram under pågående behandling)
– Multidrug resistande protein (membranpump, pumpar
ut cytostatika ur cellerna) - induktion
• Kombinationsbehandling med flera cytostatika
och upprepad tät behandling
– mindre risk för överlevnad av klon som kan utveckla
resistens, detta genom att slå mot flera mekanismer
samtidigt och ofta
24
Moderna och kommande
behandlingsstrategier:
högre specificitet, mindre toxicitet för normala celler
• Proteasomhämmare
• Tyrosinkinase hämmare
– (riktad mot den specifika förändringen)
• Antikroppar mot specifika ytmolekyler
– (riktad mot specifik celltyp, slår inte ut andra celler)
•
•
•
•
•
Hämmare av multipla signalsteg
Immunoterapi
Angiogenes-hämmare (”neurosedyn”), anti-VEGF
RNA silencing
Gen-terapi
Transkriptionsfaktorn NFκΒ aktiveras av
antiapoptotiska signaler utifrån (dess inhiberande
protein IκΒ degraderas via proteasomer)=> NFκΒ
importeras till kärnan och inducerar expression av
proteiner som är anti-apoptotiska
och proliferations stimulerande
1
2
Velcade – en proteasome hämmare
Behandling vid multiple myeloma
- Hämmar NFκΒ aktivering bl.a.
Genom att Velcade blockar proteasome nedbrytning så kan IκB inte
degraderas - NF-κB hindras från att importeras in till kärnan= hindras
från att aktivera expression ett centrala anti-apoptotiska gener=>
maligna celler kan gå i apoptos igen
VELCADE!
25
Riktad molekylär terapi mot
bakomliggande rubbing!
Abl protein tyrosinkinas ur kontroll
konstant proliferation
Riktad terapi - Glivec (tyrosinkinase-hämmare mot Bcr/Abl
(filadelfiakromosomen)
Riktade terapier på gång!
26
Future: Virtual screeningdesigning drugs in the desktop
computer
SAMMANFATTNING
•
•
•
•
•
•
•
•
CELLDÖD och apoptos
CANCER
orsak till cancer
cancerutveckling
tumörvirus och virusonkogener
proto-onkogener och onkogener
tumörsuppressorgener
tumörutveckling, diagnos och behandling
27