cfr anche P 53
Le cellule di un organismo multicellulare collaborano a vantaggio dell'intero organismo. Tuttavia, se una cellula ha una mutazione che le conferisce un vantaggio riproduttivo, sarà la fondatrice di un clone di numerose cellule che potranno prendere il controllo dell'organismo senza che ciò venga impedito dai meccanismi di controllo superiore che si sono evoluti a vantaggio dell'intero organismo. Il tumore è il risultato naturale di questa selezione fra cellule somatiche. Studi recenti hanno identificato tre gruppi di geni che risultano frequentemente mutati nelle neoplasie: gli oncogeni, i geni soppressori di tumori (TS), i geni mutatori. Gli oncogeni sono geni la cui azione promuove positivamente la proliferazione cellulare. Le versioni normalmente non mutate sono propriamente chiamate proto-oncogeni.
Le versioni mutate sono attive in modo eccessivo o improprio. Un singolo allele mutante può influenzare il fenotipo dell'intera cellula, cioè le mutazioni che si verificano sono dominanti. Questo implica che si abbia il segnale di proliferazione cellulare, promosso dagli oncogeni, anche in assenza di uno stimolo esterno (per esempio una ferita) o interno (trasmesso da un fattore di crescita). In altri casi il segnale di proliferazione cellulare si ha in presenza di un stimolo, però sono alterati i meccanismi di spegnimento del segnale.
Gene ret (REarranged during Transfection) protoncogene.
C-ret codifica per la sintesi del recettore per i fattori di crescita della
famiglia GLIAL DERIVED NEUROTROPIC FACTORS. Questo recettore è presente in
condizioni normali a livello nervoso. Esistono 3 diverse isoforme della proteina
ret: ret 51, ret 43 e ret 9. Queste 3 isoforme si differenziano tra di loro per
il numero di aminoacidi presenti nella coda aminoacidica terminale della
proteina stessa. Tutte e 3 le isoforme proteine possono essere distinte in 3
principali domini:
-
Un dominio extracellulare n terminale con 4 regioni simil caderina ed una
regione ricca in cisteina
-
Una regione idrofobica trans membrana
-
Una regione citoplasmatica con un dominio catalitico tirosin-chinasico
L'attivazione del recettore c-ret è caratterizzata dalla
formazione di un complesso tra il ligando ed un corecettore GRF alfa (Growth
factor receptor alfa). Il corecettore GRF alfa è importante perché nel momento
in cui il ligando si lega al GRF alfa, 2 molecole di ret dimerizzano tra di
loro formando un ponte disolfuro. La dimerizzazione è data tra le due catene
del recettore che attiverà la sua attività chinasica nei confronti delle
proteine presenti all'interno della cellula facenti parte delle diverse vie di
trasduzione del segnale. Perciò il complesso recettore-corecettore serve a
favorire la dimerizzazione del recettore rec e la sua attivazione.
Questa trasformazione avviene quando abbiamo una modificazione a livello
cromosomico. A seguito di una inversione a livello cromosomico, avviene la
rottura del gene in un punto, inversione di una piccola porzione del cromosoma
ed il protoncongene c-ret si trova associato ad un altro gene con il quale prima
non aveva un rapporto di vicinanza.
A questo punto il gene ret si trova sotto il controllo del promoter di un altro gene, non obbedisce più al proprio promoter ma ad un altro promoter. Dunque si forma una sorta di gene di fusione. Il gene di fusione è formato da c-ret e da un altro gene con il quale c-ret viene a trovarsi vicino. Questo gene di fusione è diverso a seconda degli organi in cui avviene questo meccanismo di inversione. Nel carcinoma papillare della tiroide (PTC ) per inversione sul cromosoma 10 vengono accostati 2 geni dapprima distanti (ret ed H4, ret e RFG-ret fused gene) con la formazione dei nuovi genui ret/ptc1 e ret/ptc2 che differiscono tra loro per il gene di fusione. Bisogna considerare che normalmente ret non viene espresso nelle cellule follicolari tiroidee, mentre è presente in tessuti di derivazione neuro ectodermica, nella midollare del surrene e nelle cellule parafollicolari della tiroide.
Quindi ret
prima non aveva un rapporto di vicinanza con H4 ed a seguito di questa
inversione di cromosoma è come se si fosse spostato ed avvicinato ad un altro
gene ed infatti ret si trova sotto il controllo del promoter di h4 che darà
l'input per la trascrizione genetica. L'altra possibilità è che il gene ret
formi un gene di fusione con il gene RFG formando il ret/ptc2. La proteine
chimerica che ne deriva risulterà costitutivamente attivata in assenza di
ligando. Il gene c ret viene ricercato in quelle famiglie in cui sono frequenti
i tumori della tiroide. Mutazioni puntiformi di ret sono associate
all'insorgenza del carcinoma della tiroide ed alla MEN (neoplasia endocrima
multipla). Esistono 2 forme di MEN, MEN2A e MEN2B per distinguere 2 diverse
condizioni cliniche. Nel dominio extracellulare di ret, in condizioni normali,
abbiamo l'aminoacido cisteina, presente in numero pari, cioè come se fosse
presente in coppia. Nella forma MEN2A si ha la sostituzione di una cisteina.
dapprima accoppiato con un'altra cisteina nel dominio extracellulare del
recettore ret. La cisteina superstite reagisce con la cisteina di un altro
recettore formando un nuovo dimero sempre attivo. Nella forma MEN2B abbiamo la
sostituzione di una metionina con la treonina nel dominio extracellulare di ret,
con attivazione costitutiva senza formazione del dimero. Quindi nel caso MEN2B
dato che la sostituzione rigurada un aminoacido che non è presente in coppia,
questo aminoacido sostituito con un altro determinerà questa attivazione del
recettore indipendentemente dalla presenza del ligando e quindi questo recettore
sarà sempre attivo. Chernobil: in seguito al disastro si è avuto una altissima
frequenza di carcinomi papillari della tiroide nei bambini in Ucraina e
Bielorussia con un'altissima frequenza di riarrangiamenti RET/ptc con prevalenza
dell'isoforma ret/ptc3.
Il protoncogene c-kit codifica per la sintesi del recettore per il fattore delle
cellule stamal (stem cell factor o mast cell growth factor) con attività tirosin
chinasica. Tale recettore si lega al fattore STF cioè al fattore stimolante le
cellule staminali che agisce ancora più a monte nella maturazione dei tipi
cellulari. E' ad attività chinasica e per essere attivato deve dimerizzare. Il
recettore in realtà è presente in forma monomerica, forma inattiva che dimerizza
dopo il legame con il ligando SCF che è una molecola dimerica che lega 2
recettori inattivi attivandoli. La porzione citoplasmatica si auto fosforila una
volta che ha legato il fattore di crescita ed a sua volta fosforila tante
proteine coinvolte nella trasduzione del segnale che attiva la trascrizione dei
geni che attivano il ciclo cellulare. Le alterazioni genetiche di c-kit rendono
il recettore sempre attivo, poiché dimerizza anche in assenza di ligando e tali
alterazioni li troviamo in numerosi tumori gastrointestinali stromali. La
trasformazione di c-kit in oncogene avviene a seguito della comparsa di
mutazioni, responsabile dell'insorgenza di mastocitoma, tumori gastrointestinali
stromali e tumori a cellule T.
Sono proteine citoplasmatiche costituite da molecole con proprietà
tirosinchinasica e serin-treonin-chinasica, non associate a recettori, in grado
di trasdurre il segnale extracellulare. Sono localizzare all'interno della
membrana citoplasmatica dove ricevono segnali dall'esterno della cellula e lo
trasmettono al livello del nucleo, attraverso la fosforilazione di target
intracellulari in risposta a stimoli esterni promoventi la crescita. SRC è un
protoncogene inizialmente studiato nei virus, l'omologo era VSRC. Inizialmente
si è scoperto che VSRC era responsabile del sarcoma di Rous, tumore che colpiva
i polletti che determinava iperproliferazione cellulare se infettati dal virus
del sarcoma. Tale protoncogene ha un omologo anche nell'uomo. Non c'è molta
differenza tra i vari tipi di proteina, nell'uomo, nel pollo o nel virus. Tutte
e tre le proteine contengono 4 domini SRC Homology (SH) ed un unico diminio
N-terminale con funzione sconosciuta. Il domini SH1 contiene un dominio con
attività tirosin chinasica ed un residuo tirosinico conservato che interviene
nell'autofosforilazione, mentre SH2 SH3 hanno funzioni regolatorie. Normalmente
SRC induce fosforilazione a livello citoplasmatico e queste fosforilazioni
possono attivare oppure inibire le proteine. Se consideriamo il virus SRC il
fatto che via una differenza strutturale serve a fare in modo che questa
proteina sia costantemente attiva, quindi la trasduzione del segnale è sempre
attiva e c'è sempre lo stimolo alla proliferazione cellulare. Le alterazioni
vengono conferite al protoncogene da mutazioni o riarrangiamenti che possono
essere delezioni o traslocazioni. Quindi il segnale sarà sempre attivo a
prescindere che ci sia sempre il ligando.
Il protoncogene C-ABL è conivolto nella patogenesi della leucemia mieloide
cronica. Il meccanismo è di attivazione del protoncogene ad oncogene è dato da
traslocazione cromosomica 9-22. Infatti questo C-ABL è presente a livello di
cromosoma 9 e viene spostato sul cromosoma 22 e più esattamente nelle lunghezze
della regione BCR Breakpoint Cluster Region, BCR, che è una regione del
cromosoma 22 particolarmente sensibile alle rotture cromosomiche. Quello che ne
risulta è un nuovo cromosoma che presenta il materiale genico proveniente dal
cromosoma 9 che prende il nome di cromosoma filadelfia, che presenterà un gene
di fusione e quindi una proteina di fusione che ha sempre l'attività
tirosinchinasica costitutiva per inviare il segnale di attivazione alle altre
proteine che presentano attività chinasica. La fusione da questo gene ibrido
costituito dall'estremità 5 della BCR e dall'estremità 3' di ABL. La
traslocazione 9-22 che ritroviamo nella LMC ed anche in altre malattie
mieloproliferative che sono cromosoma philaphelphia positive. Quindi questa
proteina che invia segnali di fosforilazione consente alla cellula di dividersi
indipendentemente da segnali esterni.
GTP binding proteins. Gruppo eterogeneo comprendente la famiglia di proteine
codificate dai geni della famiglia RAS (H-ras, K -ras, N-ras) che hanno in
comune la proprietà di legare il GTP e di essere accoppiati a recettori di
membrana. Sono coinvolte nel trasferiment di segnali dall'esterno all'interno
della cellula. Le G-proteins hanno maggiori affinità per il GTP che devono
scindere in GDP: ciò è dovuto alla capacità di idrolizzare il GTP in GDP ed ad
una maggiore affinità per il GTP piuttosto che per il GDP. Questo processo è
regolato dalle proteine attivanti la GTPasi (GTPase activator proteins o GAPs) e
dai Guanine Nucleotide excange factors o GEFS. Nello stato inattivo legano il
GDP mentre quando sono stimolate da altri fattori di crescita sono attive. Ne
momento in cui avviene la scissione di GTP grazie a GAPs ed avviene
l'allontanamento del fosfato, Ras dovrebbe legarsi al GDP ma poiché abbiamo
detto che ras ha una maggiore affinità per il GTP, allora ras deve tornare a
legare il GDP legando un nuovo gruppo fosforico che gli viene offerto da un
altro GTP e questo passaggio da GTP a GDP viene favorito dai GEFS. Il
protoncogene che codifica per la sintesi di ras può subire mutazioni puntiformi
per cui il protoncogene ras si trasformerà in oncogene. Ras mutato si lega a
GAP, ma la sua attività di GTPasica viene persa e quindi RA mutato resta legato
a GTO; in questa maniera è sempre attivo e manda segnali di fosforilazioni
all'interno della cellula e quindi vengono ceduti continuamente gruppi fosforici
senza che ci sia l'equilibrio per quanto riguarda il legame a GTP ed il legame a
GDP. Indipendentemente dalla presenza del ligando e dall'attivazione del
recettore, la proteina ras è costitutivamente attiva a causa del fatto che viene
persa la sua attività GTPasica nel senso di trasformazione in GDP. Quali sono
queste mutazioni che attivano il protoncogene in oncogene? Uno dei meccanismi è
rappresentato dalle mutazioni puntiformi presenti a livello dei codoni 12-13 e
61. Ras rappresenta uno dei geni che subiscono modificazioni già nelle prime
fasi della carcinogenesi del colon. Ras modula l'attività cellulare mediante
attivazioni di chinasi citoplasmatiche come le MAP chinasi e la proteina chinasi
C, regolatore della proliferazione. La proteina K-ras controlla la
proliferazione cellulare mediante attivazione di una via enzimatica.
I fattori di trascrizione nucleare sono le proteine che si legano a specifiche
sequenza di DNA e regolano l'attività e l'espressione di altri geni, ricevono
segnali che giungono dal citoplasma al nucleo ed infine convogliano tali segnali
al DNA, promovendo oppure sopprimendo l'espressione di altri geni cellulari.
Mutazioni a livelli di geni c-myc, c-jun e c-fos che codificano per i fattori di
trascrizione nucleare sono associate a trasformazione maligna cellulare, poiché
tali fattori regolano l'espressione del DNA legandosi a specifici siti del
promoter di vari geni. Tali geni possono interferire con la regolazione della
proliferazione cellulare facendo entrare le cellule continuamente nel ciclo
mitotico.
il protoncogene c-myc è l'omologo cellulare dell'oncogene virale v-myc. La sigla
myc sta per avion myelocytomatosis virus. E' localizzato sul cromosoma 8q24 ed
appartiene ad una famiglia di geni comprendente anche n-myc ed l-myc, nel
linfoma di Burkit, una neoplasia che interessa i linfociti B per traslocazione
cromosomica avviene lo spostamento del segmento del cromosoma 8 contenente c-my
al cromosoma 14 q. La traslocazione porta il gene c-myc vicino agli elementi
enhancers del gene che codifica per le catene pesanti dell'immunoglobuline. Cosi
c-myc sarà sottoposto a stimolazione da parte di tali elementi. Gli enhancers
sono attivi in maniera costituzionale nei linfociti. La versione oncogenica di
c-myc è associata ad incrementata espressione costitutiva persistente della
proteina con aumento della trascrizione di geni coinvolti nel controllo della
progressione del ciclo e nella proliferazione cellulare. La proteina risulta
dalla traduzione del secondo e terzo esone del protoncogene c-myc. Gli altri 2
geni della famiglia n-myc ed l-myc risultano amplificati ed iperespressi negli
neuroblastomi e nei carcinoma polmonare a piccole cellule.
Sono geni presenti ed espressi nelle cellule normali, sono geni regolatori
negativi della crescita cellulare e di altre funzioni che possono essere
correlate al potenziale invasivo e metastatico come l'adesione cellulare e la
regolazione dell'attività protesica. La perdita della loro funzione ai associa
alla comparsa del fenotipo tumorale. I geni oncosoppressori producono proteine
che regolano l'attività mito genica. Tali geni sono anche definiti "gate keepers" GUARDIANI DEL CICLO CELLULARE, nel senso che evitano che ci siano
mutazioni a carico del DNA e, quindi, se non funzionano la divisione cellulare
diventa incontrollata, viene meno la differenziazione cellulare e quindi aumenta
sempre più il potenziale maligno, in quanto agiscono come segnale di stop
durante le fasi G1 (inibizione della crescita cellulare o G2 (progressione del
ciclo). Condizione necessaria perché una mutazione non venga trasmessa alle
cellule figlie è che una cellula si blocchi prima di trasmettersi alle cellule
figlie.
L'inattivazione del gene oncosoppressore è funzione de:
- mutazioni puntiformi
- grosse delezioni ed inserzioni
- fenomeno che si chiama Loss over eterozigosi
Esso è una caratteristica degli oncosoppressori e
l'ipermetilazione del promoter del gene. Affinchè la cellula acquisisca il
fenotipo neoplastico è necessario che la mutazione sia presente in duplice copia
su tutte e due gli alleli, quindi si dice che la mutazione è presente in
omozigosi e viene trasmessa in maniera recessiva mentre nel caso dei
protoncogeni era necessario che ci fosse solo una mutazione in un solo allele.
Se anche il secondo allele viene inattivato, la cellula perde il meccanismo di
controllo negativo sulla proliferazione e va incontro a proliferazione di tipo
neoplastico (oncosoppressore perde la sua funzione o loss of function) nel
momento in cui subisce la trasformazione. La metilazione aberrante delle regioni
CPG rappresenta un meccanismo alternativo per inattivare i geni oncosoppressori
durante lo sviluppo del cancro. CPG indica la citosina e la guanina separate dal
fosfato che lega i 2 nucleosidi nel DNA.
Immaginiamo 2 alleli nornali in una cellula normale di un dato gene, supponiamo
poi che un gene oncosoppressore subisca la mutazione su un solo allele, quindi
un allele è mutato e l'altro no. A seguito di un altro evento genetico, il
secondo allele può subire i un'altra mutazione puntiforme oppure una grossa
perdita di materiale di delezione in una zona che coinvolge quell'allele. Se con
la prima mutazione avevamo una condizione di eterozigosi, con la delezione del
secondo allele avremo la perdita di eterozigosità. I principali oncosoppressori
sono BRCA che sta per breast cancer ed include BRCA1 e BRCA2 e poi
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IL 78% sono sporadici, non ereditari mentre una piccola fetta comprende i tumori
ereditari, nell'ambito di questi si è visto che una media del 5-6 % coinvolgono
mutazioni di BRCA. Se l'ammalato è portatore di mutazione di uno di questi 2
geni, BRCA1 e BRCA2 allora si estende questo screening ad altri appartenenti
alla famiglia. BRCA1 è localizzato sul cromosoma 17q1221, Ha 22 esoni e codifica
per una proteina di 1863 aminoacidi che presenta vari domini strutturali e
funzionali. La proteina è direttamente coinvolta nei processi di riparazione del
DNA e nel mantenimento della stabilità genomica. Il gene mutato conferisce un
rischio maggiore di insorgenza di tumori mammari ed ovarici. In condizioni
normali BRCA1 ripara il danno a livello del DNA e si lega ad altre proteine
espresse ad altri tipi di oncosoppressori come p53 per formare complessi
proteici che intervengono nella riparazione del danno. BRCA1 e BRCA2 presentano
vari domini, BRCA1 presenta un dominio RING FINGER che è associato con la
proteina BARD 1 che a sua volta attiva questo gene. Bard 1 è la proteina che si
lega alla proteina di BRCA1 ed entra in gioco nei meccanismi di riparazione del
DNA. La porzione centrale del gene BRCA1 interagisce con RAD 51 proteina
coinvolta nella riparazione del DNA a doppia catena, quindi la proteina BRCA1
mediante BARD 1 e RAD 51 serve a riparare il danno del DNA a doppia catena.
Piccole inserzioni e delezioni ma anche la delezione di una base può indurre
l'insorgenza del tumore e mutazioni non senso, cioè che portano alla formazione
di codoni di stop UAA- AUG-UGA, per cui la proteina sarà tronca e ci sono delle
regioni suscettibili a proteine tronche come accade nel caso dell'esone 11 e
mutazioni che interferiscono con i siti di splicing con conseguente delezione
parziale o completa di esoni ed inserzioni di sequenza introniche.
La maggior parte delle mutazioni trovate nelle famiglie con cancri ovarici e
mammari danno luogo alla formazione di proteine troncanti. Alcune mutazioni
missenso che interessano i residui di cisteina di BRCA1 e ring domain sono
presenti in famiglie ad alto rischio e sono considerate patogenetiche. I
migliori esempi si popolazioni con effetti fondatore sono rappresentati dagli
ebrei Ashkenazy, sono famiglie ebree vissute confinati, quindi sono venuti a
poco a poco a contatto con le persone esterne per motivi geografici e quindi in
queste persone hanno circolato gli stessi geni: effetto fondatore.
E' localizzato sul cromosoma 13q12-13. Codifica per una proteina di 3418
aminoacidi. Gli esoni 11 e 10 comprendono almeno il 60% della sequenza
codificante, La proteina è direttamente coinvolta nei processi di riparazione
del DNA e nel mantenimento della stabilità genomica. Il gene mutato conferisce
rischio di tumore mammario nella donna e nell'uomo ed in altri tipi di tumori
come quello del pancreas. Quando compaiono queste mutazioni, compaiono anche in
gioventù prima dei 40 anni .