Kanser Biyolojisi - AVES
advertisement
Kanser Biyolojisi Doç. Dr. Ercan ARICAN İstanbul Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü • KANSER HÜCRENİN NORMAL DAVRANIŞLARINI DÜZENLEYEN MEKANİZMALARIN BOZULMASI SONUCU OLUŞUR. • Hücrede sinyal iletimi, hücre döngüsünün ve programlı hücre ölümünün düzenlenmesi gibi işlemlerde anahtar görev üslenen pek çok proteinin işlevi ilk kez hücrenin bu kontrolsüz çoğalmasına yol açan anormal aktiviteleri nedeniyle tanımlanabilmiştir. Kanser türleri • Hücre çeşitliliğine bağlı olarak gerek davranış gerekse tedaviye cevap verme yönünden önemli ölçüde değişiklik gösteren yüzden fazla değişik kanser türü vardır. Selim: çevredeki dokuya zarar vermeyen ve • Tümör yayılmayan ör: siğiller Malin: hem çevredeki dokuya zarar verir hem de kan ve lenfatik sistem aracılığı ile vücudun diğer bölgelerine dağılır (Metastaz) KANSER tipi tümör Tümörler türedikleri hücreye göre sınıflandırılır • Karsinomalar: İnsan kanserlerinin yaklaşık %90’ını oluştururlar Epitel hücrelerden türevlenirler • Sarkomlar: İnsanda az görülen tümör tipidir. Kas, kemik, kıkırdak ve fibröz doku gibi bağ dokusundan gelişen solid tümörlerdir. • Lösemi ve lenfomalar: İnsan kanserlerinin yaklaşık %7’sini oluştururlar. Kan ya da immun sistem hücrelerinden gelişirler. • Tümörler geliştikleri organa ( akciğer,meme kanseri gibi) ve ilgili hücrenin türüne fibrosarkomlar fibroblastlardan, eritrolösemi ise eritrositlerin öncü hücrelerinden kaynaklanırlar. İnsan karaciğer dokusundan bir bölüm; metastaz yapmış melanosarkomanın normal dokuyu işgal etmesi Kanserin Nedenleri • Kansere yol açan maddelere karsinojen denir. • Tümörlerin gelişimi çok aşamalı bir süreç olduğundan birçok değişik faktör kanserin ortaya çıkmasını tetikleyebilir. – Radyasyon – Kimyasallar – Viruslar DNA hasarı yaparak Mutasyonları uyararak Kanserin Nedenleri • Radyasyon: Mor ötesi ışınlar (deri kanserinin en önemli etkeni) • Kimyasallar. Örneğin, Tütün dumanındaki kimyasalların (benzo (a)piren, dimetil nitrozamin, nikel bileşikleri tüm kanser ölümlerinin üçte birinden sorumlu oldukları düşünülmektedir. Bir diğer örnek Aflotoksindir. • Viruslar: Neden oldukları kanserlerin başında karaciğer ve serviks kanserleri gelir. Sadece kanser etkeni değil viruslarla ilgili olmayan kanser türlerinin moleküler mekanizmasının aydınlatılması açısından da önemli moleküllerdir. • Bazı diğer karsinojenler mutasyonlar oluşturmak yerine hücre çoğalmasını uyararak kanser gelişimine zemin hazırlarlar. Bu tür maddelere tümör teşvik edici (“tumor promoters”)denir. Tümör teşvik ediciler • Forbol esterleri: Protein kinaz C’yi aktifleştirerek transkripsiyon faktörlerini kapsayan diğer hücre içi hedefleri etkileyerek gen anlatımının değişmesine neden olurlar ve bunun sonucunda hücre çoğalmasını uyarırlar. • Forbol esterlerinin bu özelliği farelerde kimyasal olarak oluşturulan deri tümörleri deneyleri gösterilmiştir. • Bu sistemde tümörogenez mutajenik bir kanserojenin bir kez uygulanmasıyla başlatılabilir fakat mutant hücrelerin çoğalmasını uyarmak üzere bir tümör teşvik edici uygulamadıkça tümör gelişmez. Tümör kamçılayıcılar • Hormonlar: Örneğin Östrojen rahimde endometrium hücrelerinin çoğalmasını uyarır. Menopoz sonrası uzun süreyle östrojen uygulaması endometrium kanser riskini artırır. Bunu dengelemek için progesteron verilerek risk azaltılır. Östrojen/progesteron hormon tedavisi meme kanseri riskini artırır. Kanserin Gelişimi • • • • • • • Kanserin temel özelliklerinden biri klonalite olmasıdır (tek hücreden çoğalma). Birçok tümörün tek hücreden türediği X kromozomu inaktivasyonu ile gösterilmiştir. Dişi hücrelerde X kromozomunun biri embriyo gelişimi sırasında rastlantısal olarak heterokromatine dönüşerek inaktifleşir. X kromozomundaki genlerden biri için heterozigot olan dişilerde farklı hücrelerde farklı alleler anlatım yapar. Normal doku farklı inaktif X kromozomlarını taşıyan hücrelerin karışımından oluştuğu için heterozigot dişilerin normal dokusunda iki allelin de anlatımı görülür. Tümör dokusunda ise heterozigot X kromozomu genlerinden sadece 1 tanesinin anlatım yaptığı görülür. Bu, X inaktivasyonunun tümör gelişmeden önce tamamlandığını ve söz konusu tümörü oluşturan hücrelerin hepsinin aynı hücreden türevlendiğini gösterir. Kanser Gelişimi • Kanser hücresi birbirini izleyen değişiklikler sonucu oluştuğundan pek çok kanser türü ileri yaşlarda ortaya çıkar. • Kanserin görülme sıklığının yaşla birlikte artması bir çok kanser türünün yıllar boyunca biriken çok sayıda anomalinin sonucu olduğunu düşündürür. • Hücresel düzeyde kanserin gelişimi mutasyonları içeren çok aşamalı bir süreç sonunda çoğalma, canlı kalma, invazyon ve metastaz yetenekleri artan hücrelerin seçilmesi şeklinde ortaya çıkar. Kanserin gelişimi • • 1) Tümör başlangıcı: Bir tek hücrenin çoğalmasına neden olan genetik değişikliğin (mutasyon) sonucudur. 2) Tümör ilerlemesi: Hücre çoğalmasına paralel olarak tümör hücrelerinden oluşan hücre topluluğu da giderek büyür ve bu topluluktaki diğer hücrelerde de mutasyonlar gelişir. Bazı mutasyonlar hücreye daha hızlı çoğalma gibi avantajlar kazandırır ve tümör klonu içerisinde baskın hale geçerler. Bu hücrelerin bazılarının da hızlı çoğalma, invazyon, metastaz gibi özellikleri kazanmasıyla avantajlı yeni bir hücre klonu ortaya çıktığından bu işleme klonal seçilim adı verilir. Klonal seçilim tümör gelişimi boyunca devam eder ve tümörler bu nedenle giderek daha hızlı çoğalarak malin özellik kazanırlar. Kanser Gelişimi: Örnek Barsak kanseri • Tümör gelişiminin erken aşamasında barsak epitel hücrelerinin çoğalma hızı artar. • Hızla çoğalan bu hücrelerin birinde küçük ve selim bir neoplazi (adenom veya polip) ortaya çıkar Kanser Gelişimi: Örnek Barsak kanseri • • • • Yeni klonal seçim döngüleri sonucunda gittikçe daha büyük ve çoğalma hızı daha yüksek adenomlar gelişir. Tümör hücrelerinin bazal zarı geçerek altındaki bağ dokuya ulaşmasıyla selim adenomdan malin karsinomlar oluşur. Kanser hücrelerinin çoğalmasıyla barsak duvarını oluşturan bağ dokusu içerisinde de ilerleyerek sonunda barsak duvarını aşar ve karın boşluğundaki mesaneye veya ince barsak gibi diğer organlara yayılır. Kan damarlarına ve lenf yollarına da giren kanser hücreleri metastaz yapma olanağını elde ederler. Kanser hücresinin Özellikleri • Kanser hücreleri hücre kültüründe de kontrolsüz hücre çoğalmasını taklit ederler. • Kültür ortamında kanser hücreleri ile normal hücreler arasındaki en önemli fark normal hücrelerin çoğalmasının yoğunluğa bağlı inhibisyondan etkilenmesidir. Normal hücreler kültür ortamında bulunan büyüme faktörlerinin miktarına bağlı olarak belirli bir yoğunluğa erişince çoğalmayı keserek G0 evresinde dururlar. Kanser hücreleri yoğunluğa bağlı inhibisyondan sorumlu normal hücrelerin durmasını sağlayan sinyallerinden etkilenmezler • Normal hücreler ile kanser hücreleri arasındaki diğer bir önemli fark kanser hücrelerinin büyüme faktörlerine olan gereksiniminin daha az olmasıdır. • Bu özellik hem in vivo hem de in vitro koşullarda kontrolsüz çoğalmasını sağlar. • Bazen kanser hücreleri çoğalmak için gerekli olan büyüme faktörlerini kendileri salgılayabilir (OTOKRİN ÇOĞALMA UYARIMI) Kanser hücrelerinin büyüme faktörlerine gereksinim duymamalarının nedeni hücre içi sinyal sistemlerinde gerçekleşen bozukluklardır. Hücre çoğalmasını sağlayan sinyal yollarında görev yapan büyüme faktörü reseptörlerinin ya da başka proteinlerin kontrolsüz aktivitesinden kaynaklanır. Kanser Hücresinin Özellikleri • Kanser hücrelerinin invazyon ve metastaz açışından önemli diğer iki özelliği; – Malin hücrelerin hücredışı matriks bileşenlerini parçalayan ve böylece kanser hücresinin normal dokunun içine girişini olanak veren proteazlar salgılamasıdır. • Örneğin kollejenaz karsinomların bazal laminayı parçalayıp aşarak altındaki bağ dokuya girişini kolaylaştırır. Kanser Hücresinin Özellikleri • İkinci özellik kanser hücrelerinin yeni kan damarlarının oluşumunu (anjiyogenez) hızlandıran büyüme faktörleri salgılamalarıdır. • Böylece artan oksijen ve besin gereksinimi yeni damar oluşumlarıyla karşılanmış olur. • Bu olay kanser hücrelerinin dolaşıma katılmasına ve metastatik yayılımının başlamasına olanak sağlar Anjiyogenez ve Kanser • Tümörün büyümesinin anjiyogeneze bağlı olduğuna dair çok sayıda kanıt bulunmaktadır. • İnsanda tümörlerin çoğu uzun süreler (aylar hatta yıllar ) boyunca beslenmeden (avascular) sessiz fazda kalırlar. Bu fazda tümör birkaç milyon hücre içerebilir. • Tümör içindeki bir grub hücre anjiyogenezin pozitif ve negatif regulatörleri arasında dengenin değişmesiyle anjiyogenik fenotipe dönüşmesiyle tümör hızlı bir şekilde büyümeye başlar ve klinik düzeyde saptanabilir. Tümör Anjiyogenezi nedir? Küçük bölgesel tümör Büyüyebilen ve Tumor that can growtümör and spread yayılabilen Small localized tumor Anjiyogenez Angiogenesis Blood vessel Sinyal molekülü Signaling molecule Fetusta Anjiyogenez Normal Anjiyogenez Angiogenesis in uterine lining Angiogenesis in tissue during wound healing Anjiyogenez ve Kanser Eski teori Yeni teori Damar genişlemesi Anjiyogenez Tümör büyümesi anjiyonez olmadığında durur Besin solusyonu İzole edilen organ (ör. Tiroid bezi) Enjekte edilen kanser hücreleri 1–2 mm çapa ulaşınca büyümesi durur. Anjiyogenez ile Tümör büyüme süreci Tümör anterior odada suspanse edilir. Kornea Tümör boyutu İris üzerinde büyüyen tümör İris üzerinde büyüyen tümör Anterior odada suspanse edilen tümör Iris Lens 2 4 6 8 10 Gün Anjiyogenezi ne tetikler (teşvik eder)? Üzerinde hücrelerin çıkışına izin vermeyen porlar olan membran Kanser hücresi Sinyal molekülü Membran hayvanın deri altına konulur Anjiyogenez Sinyal moleküller membrandan dışarı çıkar ve anjiyogenezi uyarır Anjiyogenezin aktivatörleri Anjiyogenezin Sinyal Akışı Kanser hücresi VEGF (veyabFGF) Resepör protein Düzenleyici proteinler Endotelial hücre yüzeyi Nukleusta aktive edilen genler Yeni endotelial hücre çoğalmasını uyaran proteinler Endotelial Hücre Aktivasyonu Secretes MMPs that digest surrounding matrix Activated endothelial cell Matrix Cell migrates and divides MMP: Matrix metalloproteinaz Anjiyogenezi olmayan sıçanda kanser Normal mouse Angiogenesis-deficient mutant mouse Inject breast cancer cells Cancer No cancer Akciğer kanseri hücreleri çok yavaş da olsa üremeyebilmekte fakat normal sıçana göre daha uzun yaşamaktadır. İnsan kanser tedavisinde Anjiyogenez inhitörlerinin kullanılması “Vascular endothelial growth factor” veya “basic fibroblat growth factor” Cancer cell VEGF (or bFGF) Bazısı doğrudan endotelial hücreye etki eder Receptor protein Endothelial cell MMPs Matrix Angiogenesis Inhibitors Etki mekanizmalarına göre sınıflandırılır. Anjiyogenez sinyal ileti yolu inhibisyonu Endotelial hücrelerin hücredışı matriksi parçalamasını durdurur MMP:Matrix metalloproteinase Anjiyogenezi doğrudan inhibe eden ilaçlar Cancer cell VEGF (or bFGF) Endostatin EMD121974 TNP-470 Squalamine Receptor protein Apoptosis Endothelial cell MMPs Integrin Anjiyogenez inhibitörlerinin bir grubu kanser hastalarında endotelial hücrelerin çoğalmasını doğrudan inhibe eden moleküller olarak test edilmektedir. Combretastatin A4 Matrix Drug molecule Integrin interacts with drugs to destroy proliferating endothelial cells Aracı molekül (integrin) ile endotelial hücrelerin çoğalmasını önleyen ilaçlar Yeni bir tedavi için eski bir ilaç Cancer cell VEGF (or bFGF) Receptor protein Endothelial cell MMPs Matrix Thalidomide Sedatif olarak (1950’lerde) kullanılır. Düşüklere neden olur. Yeni kan damarlarında endotelial hücre oluşumunu önler. Anjiyogenez sinyal akışını durduran ilaçlar Cancer cell Interferon-alpha VEGF veya bFGF üretimini önler VEGF (or bFGF) Receptor protein Endothelial cell MMPs Matrix Anti-VEGF antibody SU5416 SU6668 PTK787/ZK 22584 No endothelial cell growth Çoğalma faktörünün bağlanmasını engeller. Hücre dışı matriksi parçalayan enzimleri hedef alan ilaçlar Cancer cell VEGF (or bFGF) Receptor protein Endothelial cell MMPs Matrix Marimistat AG3340 COL-3 Neovastat BMS-275291 No endothelial cell migration Hücre dışı matriksi parçalayan enzimleri (MMP) hedef alır. Endotelial hücrelerin çevre dokuya göç etmesi ve yeni kan damarlarının oluşumu için matriksin parçalanması gerekmektedir. Klinik denemeler Araştırıcılar anjiyogenez hakkında pek çok soruyu çözebilmekle beraber çoğu da aydınlatılamamıştır. Anjiyogenez inhibitörlerinin kullanımının yan etkileri ve kullanım süresinin uzunluğu ya da tümör hücrelerinin damarlaşma için alternatif bir yol bulup bulamayacağı henüz bilinmemektedir Kanser Hücresinin Özellikleri Kanser hücrelerinde hücre – hücre ve hücre – matriks etkileşimi Yüzey adezyon moleküllerinin anlatımındaki azalma nedeniyle kanser hücrelerinin tutunma yeteneği normal hücrelere kıyasla daha düşüktür. Adezyon moleküllerinin anlatımındaki azalmaya bağlı olarak kanser hücrelerinin diğer hücreler ve doku bileşenleri ile etkileşime girmesi zorunluluğu ortadan kalkar bu durum kanser hücrelerine metastaz yeteneği kazandırır. Tümör hücrelerinin çoğu hücredışı matrikse veya komşu hücrelere tutunamadıkları için normal hücrelerden daha yuvarlaktır. Kanser Hücresinin Özellikleri • Kanser hücrelerinin bir başka genel özelliği de normal şekilde farklılaşmamalarıdır. • Sürekli aktif biçimde çoğalmaları ile uyumlu olarak farklılaşmanın erken aşamasında kalırlar. • Birçok hücre farklılaşmasını tamamladıktan sonra çoğalmasını durdurur. Kanser Hücresinin Özellikleri • Farklılaşma kusuru ile malinite arasındaki ilişkinin en önemli örneği lösemidir. Kandaki farklı hücrelerin tümü kemik iliğindeki ortak bir kök hücreden türer ve farklılaşıncaya kadar defalarca bölünürler. • Lösemi hücreleri için farklılaşma yerine olgunlaşmanın erken aşamasında durumlarını koruyarak bölünme yeteneklerini sürdürürler. Kanser Hücresinin Özellikleri • Farklılaşmanın en önemli unsurlarından biri apoptoz ya da programlı hücre ölümüdür. • Kanser hücrelerinin çoğunda apoptoz görülmez ve normal hücrelerden daha uzun yaşarlar. • Normal hücrelerin sağ kalması büyüme faktörlerinden ya da hücre dışı matriksten gelen apoptozu engelleyen sinyallere bağlıdır. Tümör hücreleri bu faktörlerden etkilenmezler. • Bu durum tümör hücrelerinin primer tümörün gelişmesini etkilediği gibi metastatik bakımdan da önemlidir. • Tümör hücrelerinin apoptoza girmemesi DNA hasarına yol açan kemoteropötik ilaçlara direnç göstermesine neden olur. • Tümör hücreleri ayrıca ökaryotik kromozomların uçlarını kısalmaktan koruyan telomeraz enziminin sınırsız replikasyon özelliğine de sahiptir. Apoptosiz ve Kanser • Habis tümör, selim tümörün sinyal ileti yolundaki düzensizliği sonucu dönüşümüyle oluşabilir. • Sinyal iletiminde hücre dışı sinyali hücre cevabına dönüştüren sinyal kademe dizilerinde (“cascade”) aktivite gösteren çok sayıda protein bulunmaktadır. • Kanserde anormal sinyal iletimi çoğu kez hücre çoğalmasını aktive eden onkogenler ve hücre bölünmesini durduran tümör baskılayıcı genlerle ilişkili olabilir. • Kanser hücresi sinyal iletisinde iki anahtar protein rol oynamaktadır; – tümör baskılayıcı proteinler Retinoblastoma (rb) ve p53 Apotosis ve Kanser • Rb çocukluk çağı göz tümörü olan retinoblastomadan sorumlu gen olarak tanımlanmıştır. • Ayrıca yaygın insan kanserlerinin çoğunda rol oynadığı da saptanmıştır. • Rb, tümör baskılayıcı gen için bir prototiptir. • p53 proteini bir transkripsiyon faktörüdür ve bozulması durumunda yaklaşık %50-55 insan kanserlerinin oluşum etkenidir. • p53 apoptosizi başlatmak veya engellemek üzere hücre döngüsünde kontrol noktasında iş görür. Fosfarlanmamış Rb, E2F tarafından kontrol edilen genlerin transkripsiyonunu baskılamak üzere, E2F’ye bağlanır. Rb’nin G1’in sonunda Cdk4, 6 siklin D kompleksleri tarafından fosforillenmesi E2F’den ayrılmasına neden olur. Hücre döngüsünün ilerlemesi için gerekli proteinleri kodlayan hedef genlerinde anlatımını uyarır. DNA hasarı hücre içi p53 düzeyinde bir artışa neden olur ve o da Cdk inhibitörü p21’i kodlayan genin transkripsiyonunu başlatır. Cdk/siklin komplekslerine bağlanarak hücre döngüsü ilerleyişini durdurmasının yanı sıra p21, doğrudan DNA polimerazın bir alt birimi ile birleşerek (PCNA) DNA sentezini durdurur.
