T.C. Ege Üniversitesi Dişhekimliği Fakültesi Patoloji Birimi Ege Üniversitesi Dişhekimliği Fakültesi Patoloji Birimi KARSİNOGENEZİS BİTİRME TEZİ Stj. Dişhekimi Emel YETİM ÇATAROĞLU Danışman Öğretim Üyesi: Prof. Dr. Taha ÜNAL İZMİR-2008 ÖNSÖZ Bu tezin hazırlanmasında engin tecrübe ve bilgilerini benden esirgemeyen sayın Prof. Dr. Taha ÜNAL’a, eğitimim boyunca maddi, manevi yanımda olan değerli aileme ve bana her zaman destek olan sevgili eşime teşekkür ederim. Emel YETİM ÇATAROĞLU İZMİR-2008 İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ GİRİŞ VE AMAÇ 1 1. NORMAL HÜCRE SİKLUSU 2 1.1. Hücre Yüzey Reseptörleri 2 1.2. Sinyal İletim Sistemi 4 1.3. Transkripsiyon Faktörleri 4 2. HÜCRE SİKLUSU VE HÜCRE BÖLÜNMESİNİN REGULASYONU 5 2.1. Siklinler 5 2.2. Kontrol Noktaları 6 3. KARSİNOGENEZİSTE TEMEL NOKTALAR 6 4. KANSERİN MOLEKÜLER TEMELİ 8 4.1. Proto-onkogenler 8 4.2. Tümör Süpresör Genler 9 4.4.1. Hücre Yüzeyinde Etkili Tümör Süpresör Genler 9 4.4.2. Uyarı İletim Sistemini Regüle Eden Tümör Süpresör Genler 10 4.4.3. Nukleusta Etkili Tümör Süpresör Genler 10 4.4.4.1. Retinoblastoma 11 4.4.4.2. P53 Geni 11 4.4.4.3. BRCA1 ve BRCA2 Geni 13 5. APOPTOZİS 13 6. APOPTOZİSİ REGÜLE EDEN GENLER 14 7. DNA TAMİR GENLERİ 15 8. TELOMER VE KANSER 16 9. TÜMÖRÜN İLERLEMESİNDE ÇOK BASAMAKLI MODEL 16 10. NEOPLAZİNİN BİYOLOJİSİ 17 10.1 Ekstraselüler Matriks İnvazyonu 18 10.2 Vasküler Yayılım 19 ÖZET 25 KAYNAKLAR 26 ÖZGEÇMİŞ 27 GİRİŞ VE AMAÇ Yirminci yüzyılın başlarında, ölüm nedenlerinin başında, enfeksiyonlara bağlı hastalıklar gelmekteydi. Ancak bu hastalıkların tedavileri için yapılan çalışmaların; özellikle 1928 yılında Flemming’in penisilini bulmasıyla başlayan sürecin etkisiyle, bu durum değişmiştir. Günümüzde savaşların daha nadir gerçekleşmesi, insan hayatına verilen değerin artması, aseptik koşullarda yapılan tedaviler ve tıp alanındaki ilerlemeler gibi faktörlerin sonucunda, kanserler, özellikle de gelişmiş ülkelerde kalp krizinden sonra ikinci sıklıkta rastlanılan ölüm nedeni haline gelmiştir. Bu tezde, kanser hücrelerinin meydana gelişinde hücre siklusunda ne gibi değişiklikler olduğu, vücutta kansere karşı direnen faktörler ve kanserin biyolojisinin incelenmesi amaçlanmıştır. NORMAL HÜCRE SİKLUSU Normal bir hücre siklusunda presentetik faz G1, DNA sentez fazı S, premitotik faz G2 Mitotik faz M fazı olarak bilinir. Labil ve stabl hücrelerde rejenerasyon kapasitesi vardır ve bu düzenli olan siklusta her zaman mümkün olmaktadır. Parankim hücrelerinin bulunduğu stroma özellikle bazal membran (BM) organize rejenerasyon için gerekir. BM bozuksa normal orijinine benzemeyen gelişigüzel hücre çoğalması gerçekleşir (1) . Hücre büyümesinde moleküler olaylar growth faktörün (GF-büyüme faktörünün) normal büyüme kontrol yoluyla ilişkili genlerin salınımını etkileyerek hücre proliferasyonuna yol açtığının anlaşılmasından sonra aşama kaydetmiştir. Büyüme kontrol yoluyla ilişkili bu genler protoonkogen olarak tanımlanır. Bu genlerin salınımı normal büyüme ve rejenerasyon boyunca sıkı kontrol altındadır. Bu tür protoonkogenlerin yapısında değişiklik onların kanserin karakteristiği olan kontrolsüz hücre büyümesini sağlayan onkogenlere dönüşümünü sağlar (1). Gerek normal hücre siklusu için gerekse kanser oluşma basamaklarında önemli olan 3 sistem vardır: 1) Hücre yüzey reseptörleri 2) Sinyal (uyarı) iletim sistemi 3) Transkripsiyon faktörleri 1) Hücre Yüzey Reseptörleri Hücre büyümesi uyarı alan ajanın (çoğunlukla bu GF’dür) spesifik reseptörlere bağlanmasıyla başlar. Reseptör proteinleri hedef hücrenin sitoplazmasında, hücre yüzeyinde veya nükleusunda olabilir. Üç tip hücre yüzey reseptörü hücre büyüme ve gelişmesinde önemlidir. Bu reseptörler ile alınan uyarı, uyarı iletim aracılığıyla nükleusa iletilir (1). 2 1) İntrinsik kinaz aktivasyonu ile ilişkili resptörler Bu yolla çalışan reseptörler epidermal büyüme faktörü, fibroblast büyüme faktörü, platelet kökenli büyüme faktörü vb. dir. Bu reseptörlerin bir ligand bağlanması için ekstraselüler zincir kısmı vardır. GF’ün bağlanması ile reseptör dimerize olur ve reseptör ligand kompleksi oluşur. Reseptörün dimerizasyonunu reseptör otofosforilasyonu takip eder ki bu fosforilasyon sitozolik proteinlerin bağlanması için bölge oluşturur (1). Reseptör ligand kompleksi dimerize ve fosforile olduktan sonra köprü (bridging) proteinlere bağlanır ve fosforile reseptör sitoplazmada bulunan ve bir protoonkogen olan ras’ı aktive eder. Ras GTP’az (Guanozintrifosfataz) ailesindendir. İnaktif ve aktif formu vardır. İnaktif formunda GDP’ye (Guanozindifosfat) bağlıdır. Aktive olduğunda GTP’ye döner. Ras’ın aktif formdan inaktif forma dönüşmesini sağlayan GAP (GTPaz aktive eden protein ) dır. Aktive olan ras diğer protein olan raf’a bağlanır bu da MAP kinaz (Mitojen aktive eden protein kinaz) uyarı sistemi yolunu aktive ederek uyarı nükleusa iletilir. Uyarı nükleusa girince transkripsiyon faktörleri olan c-jun ve c-fos’un fosforile olur. Bu uyarılarla siklusun S fazına girmesi sağlanır (1). 2) İntrinsik katalitik etkisi olmayan reseptörler 3) İntrinsik kinaz aktivitesi yok. Ligand bağlanmasını takiben sitoplazmadaki bir veya daha fazla protein kinazı aktive eder. Sitokinler bu yolla etkilidir. 4) G proteinine bağlı reseptörler Hücre büyümesinde pek katkısı yok (1). 3 2) Uyarı İletim Sistemi Ekstraselüler uyarılar alınıp intraselüler uyarıya dönüyor ve hücresel cevap oluşturuyor ve tipik olarak protein kinaz sistemi ile çalışıyor. Hücre büyümesinde önemli olanlar: 1) Mitojen aktive eden protein kinaz (MAPkinaz) 2) PI-3 Kinaz (Fosfoinozitid-3kinaz) 3) IP-3 (İnositol lipid) 4) CAMP yolu 5) JAK/STAT (Janus kinaz) sistemi Bunlardan en önemlisi ve sık kullanılanı MAP kinaz sistemidir. GF uyarı sisteminde etkili olan yoldur ve ras bu yolda bilinen protoonkogendir. Inositol lipid yolu proteinkinaz C’yi aktive eder bu da çeşitli hücresel komponentleri fosforile ederek siklusun S fazına girmesini sağlar. CAMP yolu ise adenilat siklaz aktivasyonu sağlanır cAMP artar ve protein kinaz A aktive olur sonuçta hedef genlerin ekspresyonu stimulasyonu sağlanır. JAK/ STAT yolunda örnek sitokinlerdir. Bunların intrinsik kinaz aktivitesi yok. Reseptör sitoplazmadaki protein kinazları aktive eder (1). 3) Transkripsiyon Faktörleri Uyarı iletim yolu ile uyarılar nükleusa iletilir. Nükleusda regülasyon transkripsiyon gen düzeyinde yapılır ve transkripsiyon faktörleri ile kontrol edilir. Hücre proliferasyonunu ayarlayan faktörler c-myc, p53 ve Rb (retinoblastom geni) dur. Transkripsiyon faktörleri fosforile olduktan sonra subselüler lokalizasyonu veya DNA’ya afinitesi değişir, bu da gen ekspresyonunu değiştirir (1). 4 SONUÇ; Büyüme faktörleri reseptörlerine bağlanır ve onları aktive eder, uyarı iletiminde görevli proteinler fosforile olur, kinazlar serisi aracılığıyla sinyal nükleusa iletilir, transkripsiyon faktörlerinin aktivasyonuyla DNA sentezi başlar ve S fazına giriş sağlanmış olur (1). HÜCRE SİKLUSU ve HÜCRE BÖLÜNMESİNİN REGULASYONU Büyüme faktörleri moleküler olaylarda etkili ama bunların hücre siklusuna girmesini sağlayan kim? İşte bu olayları regüle eden iki kontrol mekanizması vardır. 1) Siklinler 2) Kontrol noktaları; Gerekirse progresyonu geciktirip sonraki siklusa bırakıyor. 1) Siklinler Hücrenin siklusa girmesi ve progresyonları siklinlere bağlı. Siklinler etkilerini siklin bağımlı kinazlarla kompleks yaparak gerçekleştirir. Siklusun her fazında etkili siklinler değişiktir. Örneğin G1’den S’ye geçişte siklin D, G2’den M’ye geçişte siklin B’ler etkindir. Hücre siklusunda G1’den S fazına geçiş önemli noktadır. Bu dönemde hücreye çoğalması için veya durması için uyarı gider. Bunun kontrolünü sağlayan ise tümör süpresör bir gen olan retinoblastomdur. G1 progresyon gösterirse siklinlerden D grubu birikir. Bunlar siklin bağımlı kinazları(SBK) aktive eder. Oluşan siklin/SBK kompleksi Rb’un fosforile olmasını sağlar. Rb fosforile olunca E2F proteinlerini serbest bırakır. Serbest kalan E2F, S fazına giriş için gerekli genlerin transkripsiyonunu sağlar ve hücre S fazına girer. DNA sentezi gerçekleşir. Siklin/SBK kompleksinin etkileri SBK inhibitörleri ile ortadan kaldırılır. Bunlar p21, p27, p16, p57, p16, p15, p18, p19’dur. Siklusta bu inhibitörlerle siklusun normal dengesi sağlanmaya çalışılır. Uyarı çoğalma yönünde ise siklinler aktive olur. Durma yönünde ise inhibitörler aktive olur (1). 5 2) Kontrol Noktaları Kontrol noktalarının aktivasyonu hücre siklusunu durdurur. Tamir için zaman verilir ve mutasyon olmaması için olanak tanınır. P53 geni DNA hasarında aktive olan ve siklusun inhibisyonunu sağlayarak hücreyi son ana kadar korumaya çalışan tümör süpresör gendir ve en önemli kontrol noktasını oluşturur. Hücre büyümesinin bir diğer ucu büyüme inhibisyonudur ve bunu regüle eden TGF beta dır. Hücre siklusunu S fazına girmeden durdurur (1). KARSİNOGENEZİSDE TEMEL NOKTALAR 1) Letal olmayan genetik hasar karsinogenezisin kalbidir. Bu tip genetik hasar çevresel faktörler, radyasyon, virusler veya germ hattındaki kalıtım ile kazanılabilir. 2) Üç tip regulatör gen büyümeyi teşvik eden PROTOONKOGEN, TÜMÖR SÜPRESÖR GEN, ve APOPTOZİS genetik hasarın temel hedefidir. Protoonkogenlerde mutant aleller dominant olarak kabul edilir çünkü normal alel olmasına rağmen hücreleri transforme edebilir. Ancak tümör süpresör genlerde her iki alellin mutant olması gerekir ki transformasyon devam edebilsin. 3) DNA hasarını regüle eden genler. Hücre proliferasyonunu direkt etkilemez. Diğer genlerdeki nonletal hasarı organizmanın tamir etmesi için etki yaratarak yapar. 4) Karsinogenezis multistep olaylar zinciridir. Moleküler düzeyde progresyon genetik lezyonların birikimi sonucu olur (1). 6 ( Şekil – 1 ) Kanser Patogenezinin Temel Şeması (2) Edinsel (çevresel) DNA Hasarı yapan faktörler: Kimyasal maddeler Radyasyon “ Virüsler NORMAL HÜCRE Başarılı DNA Tamiri DNA hasarı Kalıtsal Mutasyonlar: DNA hasarını etkileyen genlerde Hücre büyümesi ya da apoptozisi etkileyen genlerde DNA tamirinde yetersizlik Somatik hücrelerin Genomundaki mutoasyonlar Büyümeyi uyaran genlerde aktivasyon Apoptozisi Düzenleyen genlerde değişiklik Kanser süpresör genlerde inaktivasyon Değişmiş gen ürünleri ekspresyonu ve düzenleyici gen ürünleri kaybı Klonal genişleme Ek mutasyonlar (ilerleme) Heterojenite Malign neoplazm 7 KANSERİN MOLEKÜLER TEMELİ PROTO-ONKOGENLER Proto-onkogenler normal hücreler içinde belirtilen genlerdir. Bu genler, hücre gelişimini ve farklılaşmasını olumlu yönde düzenleyen (büyüme faktörleri, transkripsiyon faktörleri ve reseptör molekülleri) onkoproteinler için kodlanırlar. Sağlıklı hücrelerde, bu genlerin kopyalanması sıkı bir kontrol altındadır. Onkoproteinlerin uygun olmayan bir şekilde oluşumu anormal hücre gelişimine ve yaşamlarına neden olur. Bir mutasyon, fonksiyonel olarak değişmiş ve anormal işlev gören bir onkoprotein yaratabilir. Örneğin, intraselüler sinyal gönderimi hiperaktif mutant ras proteininden etkilenmektedir. Geliştirilmiş gen güçlendirilmeleri (nöroblastomalardaki myc oncogenler) ve ya geliştirilmiş kopyalamalar ( 9. ve 22. kromozomlar arasındaki yerdeğişimiyle oluşan philadelphia kromozomu) nedeniyle normal bir onkoprotein anormal büyük miktarlarda oluşabilir (3). Onkogenler oluşan genlerin fonksiyonlarına göre sınıflandırılırlar: Nükleer bağlayıcı proteinler (c-myc) Tirosin kinaz proteinler (src) Büyüme faktörleri (PDGF) Büyüme faktörleri reseptörleri ( epidermal büyüme faktörü reseptörü (EGFR) ile ilişkili olan c-erbB-2/HER-2) GTP bağlayıcı proteinler (ras) ‘i belirten genleri içerirler. Anormal onkogen ürünlerinin oluştuğunun bir işareti dönüşüme uğramış hücrelerin gözlenmesi ve bunların bazı işlevleridir. Bunlar; Ekstrensek büyüme faktörlerine olan ihtiyaçtan bağımsızlık 8 Doku invazyonunu destekleyen proteazların üretimi Metastazı destekleyen hücre kohesivliği azalması Daha yüksek hücre yoğunluklarında gelişebilme yeteneği Anormal hücresel oryantasyon Artmış plasma membranı ve hücresel motilite içermektedirler (3). TÜMÖR SÜPRESÖR GENLER Fizyolojik fonksiyonları hücre büyümesini kontrol etmektir. Tümör oluşumunu engellemek değildir. Knudson adlı araştırmacı 2 mutasyon teorisini destekliyor. Buna göre herediter olan olgularda bir genetik değişiklik ebeveyinlerden birinden gelir ve tüm somatik hücrelerde vardır. İkinci mutasyon ise retinal hücrelerin herhangi birinde olur ki bu ilk mutasyonuda taşımaktadır. Sporadik vakalarda ise her iki mutasyon aynı tek hücrede somatik olarak vardır. Buna en iyi örnek retinoblastom geninde açıklanmıştır. Mutant kalıtsal Rb geni taşıyan çocuk normaldir(Rb lokusu için heterezigot olduğundan), sadece kanser gelişme riski yüksektir. Mutant allel homozigot olursa kanser gelişir (1). Tümör süpresör genlerde protoonkogen gibi hücrenin değişik yerlerinde , hücre yüzeyinde, sitoplazmada, nükleusta etkili olanlar şeklinde gruplara ayrılır. Buna göre 1) Hücre yüzeyinde etkili tümör süpresör genler Hücre büyüme ve davranışını regüle eden hücre yüzeyinden salınan çeşitli tipte moleküller vardır. En önemlileri Transforming Growth Faktör (TGF) beta, Kadherin ve Deleted kolon kanser geni (DCC) sayılabilir. TGF beta büyümeyi inhibe edici faktördür. Kadherin hücresel adezyonu sağlar. DCC geni ise hücre hücre ve hücre matriks ilişkisini sağlar çevreden aldığı uyarı ile hücre büyüme ve difensiyasyonunu regüle eder. 9 TGF beta büyüme inhibisyonu yapan genlerin transkripsiyonunu regüle eder. Bunu SBK inhibitörleriyle yapar ve hücre siklusu engellenir. TGF beta’da mutasyon pek çok tümörde görülür (1). 2) Uyarı iletim sistemini regüle eden süpresör genler(Sitoplazmada) Tümör süpresör genlerin bir diğer etkili olduğu alan büyüme sinyalini azaltmaktır. Nöröfibromin 1 (NF1) geni ile Adenomatoz polipozis geni(APC) bu kategoridedir. NF1’de ve APC’de germ çizgi mutasyonu benign tümörlerle ve karsinom prekürsörleriyle ilişkilidir (1). APC geni vakaları ile doğan bir kişide 1 mutant allel vardır. Yaşam sırasında yüzlerce polip gelişir. Malignite gelişmez, ancak tümör gelişimi için 2 kopyenin de kaybı gerek. Adenomdan kanser gelişimi ek mutasyonlarla mümkün. APC geni sitoplazmada lokalize ve diğer proteinlerle ilişkide ki bunlardan biri beta katenindir. Bu nükleusa girip transkripsiyon faktörlerini etkileyebiliyor. APC’nin görevi katenini yıkmak ve sitoplazmada az bulunmasını sağlamak. APC inaktivasyonu veya kaybı katenin seviyesini artırır ve selüler proliferasyon olur. Katenin mutasyonu da olabiliyor. Mutant katenin APC’nin yıkıcı etkisine direnç gösteriyor (1). NF1 geni de APC gibi davranıyor. 1 mutant alleli olanda sayısız nöröfibrom gelişiyor, 2: kopyesinde kayıp olunca veya ek mutasyonlarla malign tümör olabiliyor. NF1 geni uyarı iletimini protoonkogenlerden ras ile yapıyor. NF GTPaz aktive eden proteindir, aktif ras’ı inaktif ras’a çevirir. NF1 kaybı olunca ras aktif kalır ve sürekli sinyal iletilir (1). 3) Nükleusta etkili tümör süpresör genler Nükleusta lokalize olan tümör süpresör genler retinoblastom (Rb), p53 ve Wilms tümör (WT1)’ dür. 10 Retinoblastom (Rb); İlk tanınan tümör süpresör gendir. Hücre siklusunda anahtar rolü vardır. Her hücre tipinde eksprese edilir. Aktif, inaktif formu vardır. Aktif formunda hücre siklusunda G1’den S’e geçerken fren görevi vardır. Hücreler GF ile fosforile olunca Rb inaktifleşir ve fren ortadan kalkar. S fazına giren hücreler bölünmeye başlar. Rb’un bu etkilerinde önemli rol oynayan bir faktörde E2F proteinidir. E2F ile sıkı bağlantıda iken fosforile olunca E2F’yi serbest bırakır ve serbest kalan E2F transkripsiyon faktörlerinin aktivasyonu ile hücrenin S fazına girmesini sağlar. Rb proteini olmazsa veya E2F’nin regülasyonu bozulursa hücre siklusunun moleküler freni bozulur ve hücreler sürekli S fazına girer. Ayrıca Rb görev yaptığı sürece dolaylı yolda onun fonksiyonunu regüle eden ürünler örneğin siklinler ve SBK’lar da ve hatta SBK inhibitörlerinde mutasyon Rb kaybının yarattığı etkileri taklit ederek hücreye zarar verir. Sonuç olarak hücre siklusunun kontrolünün kaybı malign transformasyonun merkezidir ve siklusun 4 anahtarından en azından birinin mutasyonu gerekir. Bunlar Rb, siklinler, SBK’lar ve SBK inhibitörlerinden p16 dır (1). P53 Geni İnsan tümöründe tek en sık genetik değişiklik için hedeftir. %50’den fazla bu tümörlerde genetik mutasyon olur. P53’ün homozigot kaybı hemen her tip kanserde görülür. Daha nadir olarak bazıları p53’ü kalıtsal şekilde mutant allel olarak bulundurur. Rb geni gibi, bir mutant allelin kalıtımı kişinin malign tümör geliştirmesi için predispozandır; çünkü sadece ek bir tek arıza normal olan ikinci alleli bozar(1). P53 kritik kapı bekçisi gibidir. Moleküler polis de denir. Nükleusta lokalizedir. Diğer genlerin transkripsiyonunu kontrol etmek primer görevidir. Rb aksine hücre siklusunun bekçiliğini yapmaz. P53’ün acil fren için çağırılması ancak DNA hasarı, 11 radyasyon, mutajenik kimyasallarla temas olduğunda söz konusudur. Genetik materyal zedelenince uyuyan p53 harekete geçer. İki ana hedefi vardır: 1) Hücre siklusunu durdurmak 2) Apoptozisi indüklemek. p53 ile indüklenen siklus durması G1 fazının geç döneminde olur ve p53 bağımlı SBK inhibitörleri aracılığı ile olur. SBK’inhibitörlerinden bu işte görevli olanı p21 dir. p21 geni siklin/SBK kompleksini inhibe ederek S fazına girme için gerekli Rb fosforilasyonunu engeller. Hücre siklusunda durma hoş karşılanır ve DNA hasarı tamiri için zaman tanınır. DNA hasarı başarı ile tamir edilirse p53 mdm2’ye bağlanıp etkisi sona erer. Eğer DNA hasarı tamir edilemezse son bir umutla apoptozis indükleyen genlere haber gönderir. Bax ve ınsulin like GF(IGF) p53 duyarlı 2 gendir. Bax bcl-2’ye bağlanır ve onu antagonize eder. p21 bax ve growth arrest and DNA damage geni (DNA tamiri sırasında provake edilen) p53 fonksiyonunda anahtar olan genlerdir. p53 bu özellikleri ile genomun gardiyanı olarak da tanımlanır. p53 homozigot kaybı DNA’nın tamir edilememesine neden olur ve mutasyon hücrelerde birikir ve malign transformasyon oluşur. P53’ü aktive eden bir başka faktörde hipoksidir. P53 genleri normal ise hipoksik hücreler apoptozise gidiyor. P53 mutant ise hipoksik hücreler apoptozise direnç gösteriyor. Bu nedenle hipoksi p53 geni inaktif olan hücreleri seçiyor ve hipoksinin artmasına neden oluyor (1). P53 geni somatik ve kalıtsal mutasyon dışında başka mekanizmalarla da inaktif olur. HPV E6 proteini p53’ü yıkabiliyor (1). 12 BRCA1 ve BRCA2 geni Diğer süpresör genler gibi, bu genleri kalıtsal olarak mutant biçimde taşıyan kişide meme kanseri gelişme riski yüksektir. BRCA-1 ve 2'nin fonksiyonu tam anlaşılamamış. Protein ürünleri nükleusta lokalize ve transkripsiyon faktörleri ile ilgilidir. Bazı veriler bu genlerin DNA tamiri ile ilişkili olduğunu söylüyor. BRCA geninde mutasyon hücre büyümesini direkt etkilemiyor, DNA replikasyonunda hatalara neden oluyor ve hücre siklusunu etkileyen genlerin mutasyonuna yol açıyor. Hücre siklusunu p21 aracılığı ile regüle ediyor (1). APOPTOZİS Apoptozisin önemi 1990’ların başlarından beri bilinmektedir. Apoptozis (programlı hücre ölümü) normal fizyolojik koşullar altında tek bir hücre kendi ölümünü başlattığı için aktif bir işlemdir. Fizyolojik olarak apoptozis doku şekillenmesinde, embriyogeneziste ve immün sistemin düzenlenmesinde görülmektedir. Tümörlerde genellikle bu düzenlenme bozulur. Apoptotik yolların aktivasyonu için birçok farklı mekanizma bulunmaktadır ve bunların birçoğu tümörigenezis işlemi sırasında değişmektedir. En sondaki ortak yol ise interlökin-2 dönüştürücü enzimlerin (ICE) aktivasyonu ve sitoplazmik proteazlar, transglutaminazlar ve endonükleazlar için genlerin ekspresyonlarıdır. Ölüm belirtileri mitokondride birleşir. Morfolojik olarak, hücre; yüzey yapısını kaybetmesi, büzülmesi, çekirdek kromatininin kondansasyonu (internükleozomal ayrılma) ve daha sonraları komşu hücrelerce fagositoza uğrayacak apoptik yapıların oluşumuyla karakterizedir (3). Patolojik apoptozisin avantajı ise yaşamlarını sürdürebilecekleri halde mutasyona uğramış hücrelerin yok olmasıdır, çünkü bu sayede potansiyel tümör oluşumu önlenmiş olmaktadır. Örneğin, p53 tümör süpresör genin protein ürünleri UV 13 radyasyonun sebep olduğu DNA hasarını tanıyabilir ve hücre bölünüp çoğalmadan önce apoptotik hücre ölüm yollarını aktive eder. Apoptozisle ilgili genler ve proteinler, ölüm reseptörlerini ve mesaj moleküllerini, genlerle ilgili hücre döngüsünü, Bcl-2 ailesini, caspase ailesi ve caspase yapılarını içerirler (3). APOPTOZİSİ REGÜLE EDEN GENLER Apoptozis enerji bağımlı olaylarda son noktadır ve 4 komponent içerir: 1) Uyarı sistemi 2) Kontrol ve integrasyon 3) Ortak infaz fazı 4) Fagositoz Kontrol ve integrasyon dönemi spesifik proteinlerle olur. Bu proteinler ölüm sinyalini infaz programına bağlar. Direk infaz sistemine uyarının gitmesi Fas-Fas ligand ile oluşur. İkinci yol ise bcl-2 ile ilgili olan bölümdür. Mitokondriyal fonksiyonu regüle ederek çalışır. Mitokondri permeabilitesini regüle eden çeşitli proteinler vardır. En önemlisi bcl-2’dir. Bcl-2 dış mitokondri membranında ER’da ve nükleer zarda bulunur. Ailenin diğer üyeleri ile regüle edilir. Bu üyeler bcl-2’ye bağlanarak aktivitesini artırır veya inhibe eder. Apoptozisi teşvik eden bax ve bad, inhibe edenler ise bcl-XL dir. Apoptozis için önemli basamak mitokondriden sitokrom C salınımıdır. Bax sitok C salınımını teşvik eder ve permeabilite artışına neden olur. Ölüm sinyali ile sitok C salınınca Apaf-1’e bağlanır. (proapoptotik aktive eden protein) ve aktive eder. Bu da kaspas denilen protein ürününü kamçılar ve hücreyi öldüren sinyaller gider. Bcl-2 ise sitokrom C salınımını engelleyip mitokondri membranında permeabilite artışını önler. Bu olaylar dengededir. Ancak bazı 14 tümörlerde translokasyon sonucu bcl-2 yer değiştirir ve sürekli eksprese edilir. Örnek B hücreli lenfoma. Burada prolifere hücre olmuyor bunun aksine hücre ölümünün azlığı söz konusu. bcl-2’nin p53 ve c-myc ile de yolları kesişiyor. p53-bax ve c-myc aktivasyonu apoptozisi stimule ediyor (1). DNA TAMİR GENLERİ Dışardan gelen olası DNA hasarı ile birlikte DNA normal bölünen hücrelerde spontan olarak DNA replikasyonu sırasında oluşan hatalara da duyarlıdır. Genomun bütünlüğü açısında DNA tamiri önemlidir. DNA tamir geninin kanser predispozisyonunda rolü herediter nonpolipozis kolon kanser (HNPCC) sendromunda gösterilmiştir. Bu familyal kolon kanseri ile karakterizedir. HNPCC mismatch tamir genlerinde defekt sonucu oluşur. Mismatch tamir geni DNA replikasyonu sırasında kontrol görevi görür. Örneğin guanin timin çiftleşmesinde hasar varsa tamir geni bunu düzeltir. Bu tip düzeltmeler olmazsa hatalar yavaş yavaş çeşitli protoonkogen ve süpresör genlerde birikir, ve mutasyonlara izin verir. Mismatch tamir genlerinde bu hatalarla tümör hücrelerinde bu tekrarlar genişler ve normal hücre allellerinde olmayan alleller ortaya çıkar. Bu tür dengesizlik hatalı mismatch tamir geninin göstergesidir. Defektif DNA hasarı ile giden bazı hastalıklar vardır. Bunlar; Xeroderma Pigmentozum, Fanconi Sendromu, Ataksi Telenjiyektazi vb. Ataksi telenjiyektazi (AT) geni DNA hasarına karşı koruyucu görevi var. Hasar olunca p53 aktive olur ve siklusu durdurur. AT geni yoksa p53’ün indüklediği siklus durması olmaz. DNA hasarlı hücreler çoğalmayı sürdürür (1). 15 TELOMER ve KANSER Hücre bir takım bölünmelerden sonra normal hücre bölünmeyen sakin hücre haline geçer. Hücreler bölünmelerini nasıl hesaplar bilinmiyor, ama bilinen şudur ki kromozomların sonunda bulunan ve kromozomun stabilitesi için gerekli olan DNAprotein kompleksleridir. Telomer denilen bu özel yapı her hücre bölünmesinde kısalmaktadır. Normal hücreler, her ardı ardına gelişen hücre bölünmesinde görülen telomer kısalmasıyla ilişkili sınırlı bir yaşam aralığına sahiptirler. Telomer kısalınca telomerin fonksiyon kaybı olur bu da kromozomun uç uca füzyonuna ve hücre ölümüne neden olur. Bu nedenle telomer kısalması hücre büyümesini sayan saat gibidir. Telomer kısalması kritik bir noktaya ulaştığında, kromozom ve daha sonraki aşamada hücre de küçülmeye adaydır. Germ hücrelerinde telomer kısalması telomeraz ile inhibe edilir. Çoğu somatik hücrede bu enzim bulunmaz bu yüzden telomerlerde progresif kayıp olur. Son çalışmalar telomerazın insan hücresine konulmasıyla hayat uzaması olacağını destekliyor. Telomeraz kaybı hücrelerin yaşamını sonlandırıyor ise tümör nasıl yaşıyor. Kanser hücreleri bir yol bularak telomerin kısalmasını engelliyor, bunu da telomerazı reaktive ederek yaptığı düşünülüyor. Telomeraz aktivitesi çoğu tümörde görülüyor. Bu nedenle telomer kısalmasının tümör süpresör etki edeceği düşünülüyor. Birçok baş ve boyun kanserinde, neoplastik hücreye daha uzun bir ömür veren enzimin (neoekspresyonu) yeniden oluşumu nedeniyle telomeraz aktivitesi vardır (1,4). TÜMÖRÜN İLERLEMESİNDE ÇOK BASAMAKLI MODEL Tümörogenezis mutasyonların birikimiyle oluşan çok basamaklı bir proçestir. Tümörler, tek bir hücrenin benzer anormallikleri olan bir hücreler grubu oluşturmak 16 için çoğalmasıyla meydana gelirler. Tümörler geliştikçe, onkogenlerde ve/veya tümör süpresör genlerde anormalliklere neden olan daha başka somatik mutasyonlar oluşturmaktadırlar. Daha sonradan oluşan bu ilave mutasyonlar, genetik olarak birbirlerinden farklı, fakat aynı tümörün parçası olan (buna heterojenite denir) hücrelerin oluşumuyla sonuçlanırlar. Hızla büyüyen ve az farklılaşmış hücreler idareyi devralırlar ve bu da daha yavaş büyüyen ve daha iyi farklılaşmış hücreleri elimine etmiş oluyor. Kemoterapi tümör hücrelerinin çoğunluğunu öldürmektedir. Bununla birlikte, kemoterapiye dirençli tümör hücreleri yaşamlarını sürdürebilmektedirler ve kemoterapiye dirençli bir tümörün yeniden büyümesiyle sonuçlanmaktadır. Tümörigenezisin bu aşamalı doğası Vogelstein’in kolonik kanser gelişimi modelinde açıkça gösterilmektedir. Ki-ras gibi onkogenlerdeki mutasyonların birikimi ve APC gibi tümör süpresör genlerdeki fonksiyon kaybı, kolon karsinomalarının oluşumunda etkendir (3). NEOPLAZİNİN BİYOLOJİSİ Karsinogenezis, neoplazinin gelişiminin altında yatan biyolojik olaylar dizisidir. Hücresel düzeyde neoplaziler büyümenin anormal kontrolüyle sonuçlanan genetik mutasyonlarca oluşmaktadır. Bu genetik hasarın bir çok işlem arasında etkileşim ve uzun yıllar süren bir periyot gerektiren çok basamaklı bir gelişme olduğunu günümüzde açıkça belirtebilmekteyiz (5). Malignitenin biyolojik belirteçleri invazyon ve metastazdır. Metastatik olay iki basamakta incelenir (1). 1) Ekstraselüler matriks invazyonu (ECM) 2) Vasküler yayılım 17 1) Ekstraselüler Matriks İnvazyonu Dokular bir seri kompartmanlar içinde organize olmuştur ve 2 tip ECM ile birbirinden ayrılmıştır. 1) Bazal membran 2) İnterstisiyel bağ dokusu ECM’in herbir komponenti kollogen, glikoprotein ve proteoglikanlardan oluşmıştur. Tümör hücresinin metastatik olaylarda ECM ile değişik aşamalarda temasa geçmesi gerekir. Kanser hücresinin ilk önce alttaki bazal membranı parçalaması, daha sonra interstisiyel bağ dokusunu geçmesi ve dolaşıma karışması söz konusudur. ECM invazyonu birkaç basamakta gerçekleşir (1). 1) Hücrelerin biribirinden ayrılması 2) Matriks komponentlerine yapışma 3) ECM yıkımı 4) Tümör hücrelerinin migrasyonu Normal hücreler birbirine ve çevrelerine çeşitli adezyon molekülleri ile tutunmuştur. Bunlardan kadherin önemlidir. Epitelyal dokuda homotipik adezyonu düzenler ve epitel hücrelerini birarada tutar. Tümör hücrelerinde kadherin sekresyonu azalır ve hücreler birbirinden ayrılır (1). Tümör hücrelerinin birbirinden ayrılmasını matriks komponentlerine yapışma izler. Çevre ECM’e penetre olabilmek için tümör hücrelerinin önce matriks komponentlerine yapışması gerekir. İnvazyon ve metastaz için önce laminin ve fibronektine tümör hücrelerinin yapışması gerekir. Bazal membran veya interstisiyel ECM’e tümör hücrelerinin yapışmasının ardından migrasyon için geçiş yolu arar. Matriks invazyonu sadece pasif büyüme basıncıyla değil, aynı zamanda ECM komponentlerinin enzimatik yıkımı ile olur. Tümör hücreleri kendileri veya konakçı hücresini indükleyerek proteolitik enzim salgılar ve proteazlar artar. Normalde proteaz ile 18 antiproteaz aktivitesi dengededir. İnvazyon kenarında denge proteaz lehinedir. Üç tip proteaz vardır. 1) Matriks metalloproteinaz 2) Serin ve 3) Sistein’dir. Bu proteazlar kollejeni epitel ve vasküler bazal membrandan ayırır ve tümör hücrelerinin migrasyonu için yol açılmış olur. İnvazyonun bir diğer aşamasında tümör hücrelerinin parçalanmış bazal membran ve proteoliz zonundan itmektir. Migrasyon iki molekülle idare edilir. 1) Tümör motilite faktörleri 2) Matriks komponentlerinin klivaj ürünleri(laminin) (1) Motilite faktörleri içinde Hepatosit growth faktör vardır. ECM yıkımının ardında motilite faktörleri ile tümöral hücreler invaze olacağı bölgeye doğru itilir. Klivaj ürünlerinin büyümeyi teşvik eden, anjiogenik ve kemotaktik etkileri vardır. Kemotaksiyle tümör hücreleri ECM’e taşınır (1). 2) Vasküler Yayılım Dolaşımda tümör hücreleri kümeler yapar. Buna homotipik adezyon denir. Tümör ve kan hücre arasındaki agregasyon heterotopik adezyondur. Platelet tümör agregatları tümörün yayılımı ve implantasyonunu arttırır. Tümör embolisinin ekstravazasyonu endotele invazyonla ilişkilidir. Bunu bazal membran yıkımı izler. Her organ metastazı doğal drenaj yolunu takip etmeyebilir, bazılarının metastazı organa özeldir. Bunun nedenleri; 1) İlk etapta ekstravazasyon için endotele tutunmalıdır. Tümör hücreleri adezyon molekülleri salgılar ki bu moleküllerin ligandları hedef organın endotelyal hücrelerinde salınır. 2) Bazı hedef organlar kemoçekiciler salabilir tümör hücrelerini o bölgeye toplar. 19 3) Bazı vakalarda hedef organ çevreye geçirgen değildir. Ekim için ve tümör büyümesi için iyi bir ortam değildir, tüm kolonisinin oluşumunu engelleyebilir (1). Neoplastik transformasyonun temeli olan hücre proliferasyonunu düzenleyen genlerdeki anomaliteler Birçok insan neoplazisinin gelişiminde dört ana genetik mekanizmanın rol oynadığı düşünülmektedir. Normal koşullarda oluşan ürünlerin uygun olmayan aktivitesiyle sonuçlanan genlerin ifadesi büyümeyi stimüle eder. Böyle genler onkogen olarak isimlendirilir ve baskın karakterdedirler (bir allel bile mevcut olsa fenotip etkilenir ve böylece büyüme anormal şekilde stimüle olur). Normal koşullarda, hücre büyümesini engelleyen ürünler üreten genlerin aktivitelerini kaybetmeleri. Böyle genler tümör baskılayıcı genler ya da antionkogenler şeklinde adlandırılırlar. Benign tümör (bir anormal genli heterozigot) oluşumuna neden olurken, sıklıkla resesif davranarak malign tümörlere neden olur (malign fenotip sadece her iki allelde büyümeyi baskılayamadıklarında gelişir.). Normal koşullarda normal hücre ölümüne engel olan ürünler üreten genlerin aşırılığı. Genetik olarak hasar gören hücreleri elimine etmedeki başarısızlık tümörlerin büyümesine izin vermektedir (5). Normal şartlarda hasarlanmış DNAyı tamir eden ürünler üreten genlerin aktivitelerini kaybetmeleri. Aktivite kaybı; onkogenler ya da tümör baskılayıcı genlerdeki somatik mutasyonun gelişmesiyle DNA’nın stabilitesinin bozulduğu bir duruma neden olur (5). Neoplastik transformasyon için genetik nedenler çeşitlidir. 20 Onkogendeki nokta mutasyonları anormal fonksiyonlu ürünlerin üretimine ve baskılayıcıların kaybına neden olur. Gen amplifikasyonu, onkoprotein ürünlerinin aşırı üretimine neden olmaktadır. Kromozomal yeniden düzenlemeler onkogen aracılığıyla bir başka ilerletici bölgenin olumsuz olarak aktive edilirler. Normalde tümörlerin bazı genetik sapmalar gösterdikleri bunlardan bazılarının hücrelerin neoplastik transformasyonla sonuçlandığı tespit edilmiştir. Bir tümör, zamanla giderek daha agresif bir büyüme modeliyle sonuçlanan ek onkogen anormaliteleri geliştirebilir. Onkogenlerin geliştirdikleri mekanizmalar şekil 2 de özetlenmiştir (5). Şekil 2: Hücrelerin Neoplastik Dönüşümünde Onkogenlerin Hareketi. a. ii. b. i iii . iii. ii. iv. i . v. c. ii. i. iii iv. 21 i. iv. d. iii. ii. i. iv. e. f. iii. ii. iii. ii. i. i. iv. iv. i. Şekil 2: Hücrelerin Neoplastik Dönüşümünde Onkogenlerin Hareketi. a) Salınan büyüme faktörünün artmış üretimi ( şekil-2) i. büyüme faktörü için kodlanan onkogenin aktivasyonu ii. anormal derecede fazla üretilen büyüme faktörleri iii. büyüme faktörünü reseptöre bağlar iv. aktive olan reseptörler dönüştürücü molekülleri sinyalle çekirdeğe iletir. v. pozitif büyüme sinyalleri hücre bölünmesini uyarır. b) Büyüme faktör reseptörlerinin artan salınımı (şekil-2) i. büyüme faktör reseptörü kodlayan onkogen amplifikasyonu ii .hücre tarafından salınan anormal derecede fazla reseptörler iii .tüm uygun büyüme faktörlerine bağlanabilen reseptörler iv. ikinci mesajcı sistem tarafından aktive edilen hücre proliferasyonunun stimule edilmesi c) Dönüştürücü protein genlerindeki mutasyonlar (şekil-2) i. dönüştürücü proteini kodlayan mutant onkogenler 22 ii. büyüme faktörleri reseptörlere onlar da dönüştürücüere bağlanırlar iii. büyüme faktör reseptörü hala dönüştürücüye bağlı iv. reseptörler çekirdeğin hücre bölünmesinin desteklemesi için sinyallere devam ediyorlar. d) Mutant transkripsiyon faktör üretimi (şekil-2) i. transkripsiyon aktivatörünü kodlatan onkogenin mutasyonu ii. mutant transkripsiyon aktivatör proteininin üretilmesi iii. transkripsiyon aktivatör proteini çekirdeğe giriyor ve DNA’ya bağlanıyor. iv. transkripsiyonun aktivasyonuyla hücre büyümesinin uygun olmayan stimülasyonu e) Hücre ölümünü engelleyen faktörün aşırı üretimi(şekil-2) i. onkogen aktivasyonu, (bcl-2) hücre ölümünü önleyen faktörü kodlamaktadır. ii. bcl-2 faktörü aşırı miktarlarda üretilir, mitokondride yerleşirler. iii. programlanmış hücre ölümüne neden olan sinyaller bloke edilmiştir. iv. hücrenin istenmeyen aşırı ömürlülüğü f) DNA tamir sistemlerindeki aktivitenin kaybı (şekil-2)(5) i. gendeki mutasyon, DAN tamir enzimini kodlar. ii. anormal DNA tamir enzimi oluşur. iii. DNA hasarı tamir edilemez. iv. hasar gören DNA bölünme sonrası yavru hücrelerde varlığını devam ettirir. Onkogenler, tümörlerin gelişiminde merkezdir (5). Onkogenler tümör oluşturan RNA retrovirüsler (v-onc) den izole edilmişlerdir. Viral onkogenler (v-oncs): Neoplazi gelişiminden sorumlu proteini kodlayan bir virüs içindeki genlerdir. 23 Proto-onkogenler (p-oncs): Hücre büyümesinin kontrolünden sorumlu proteinleri kodlayan genlerdir. Selüler onkogenler (c-oncs): neoplazi oluşumunda proteinleri kodlayan genlerdir. Bir proto-onkogen, üç ana mekanizmayla bir tümör oluşumuna neden olabilir. Mutasyon- mutant protein ürünlerinin oluşmasına neden olur. Gen amplifikasyonu- aşırı protein ürününün oluşumuna neden olur. Anormal gen atışı- onkogen, anormal bir promotor tarafından yönlendirilir. - konakçıdan türeyen: genellikle kromozom translokasyonuyla ilgilidir. - viral kaynaklı: retroviral enfeksiyonun olduğu yerde ve eş zamanda oluşur. Onkogen ürünleri, sinyal transdüksiyonu (kalıtsal aktarım) ve normal hücre tümörünün kısaltma ismiyle anılırlar. Örneğin, ras, “rat (fare) sarkoma virüsünde bulunur”, GTP intraselüler ikincil mesajcı sistem üzerinde etkili bir proteindir. İnsanlarda, onkogen anormaliteleri tümölerde görülür ve malign transformasyonlarda ilk olarak gelişen olaylardan olduğu düşünülmektedir. Genellikle, multipl onkogen anormaliteleri tek bir tümörde görülür. Şekil-2, ilgili tümörlere ve aktivasyonları için farklı sebeplere örnekler vererek onkoproteinlerin önemini özetlemektedir (5). 24 ÖZET Çağımızın önemli hastalıklarından biri olan kanser, multifaktöryel bir hastalıktır. Tıp alanında yapılan araştırmalar ve kaydedilen ilerlemeler ışığında, kanser hücrelerinin nasıl meydana geldiği açıklanmıştır. Karsinogenezis multistep olaylar zinciridir. Ölümcül olmayan genetik hasar karsinogenezisin temelini oluşturur. Üç tip regülatör gen büyümeyi teşvik eden protoonkogen, tümör süpresör gen ve apoptozis genetik hasarın en önemli noktasıdır. Normal hücre, edinsel DNA hasarı yapan faktörlerle (kimyasal maddeler, radyasyon, virüsler) karşılaştığında eğer başarılı bir DNA tamiri olursa hücre siklusu normal düzende devam edebilirken hata tamir edilemezse yani kalıtsal mutasyonlar mevcutsa (DNA hasarını etkileyen genlerde, hücre büyümesi ya da apoptozisi etkileyen genlerde) ayrıca olaya somatik hücrelerin genomundaki kanser süpresör genlerdeki inaktivasyon ve apoptozisi etkileyen genlerdeki değişiklik eşlik ediyorsa, değişmiş gen ürünleri ekspresyonu ve düzenleyici gen ürünlerinin kaybı mevcuttur. Klonal genişleme, ek mutasyonlar ve heterojenite gibi ek olaylarında etkisiyle malign neoplazm oluşur. Neoplazinin oluşumunda etkisi olan bir diğer olay da malignitenin biolojik belirteçleridir. Bunlar ekstraselüler matriks invazyonu ve vasküler yayılımdır. Ayrıca telomerin kanserle olan ilişkisi de son zamanlarda üzerinde durulan bir kavramdır.normal hücrelerde olmayan fakat kanser hücrelerinde var olan intranükleer bir enzim olan telomerazın üretimiyle ilgilidir. Kanser hücreleri daha uzun süre yaşayabilmek için bir mekanizma geliştirmişlerdir. Sonuç olarak, karsinogenezis oluşumundaki birçok etken tek tek ele alınmış ve karsinogenezisin multistep bir olay oluşu açıklığa kavuşmuştur. 25 KAYNAKLAR 1. Arıcı S: www.tip.cumhuriyet.edu.tr p.1-16. 2. Çevikaş U: Robbins Temel Patoloji 7 ed. 2003; p.178-181. Kumar V, Cotran RSand Robbins SL’dan çeviri. 3. O’connor DJ: Crash Course Pathology, 2 ed. Mosby London, St. Louis, 2002; p.69. 4. Regezi JA, Sciubba JJ and Jordan RCK: Oral Pathology Clinical Pathologic Correlations, 4 ed., Saunders, 2003; p.53-55. 5. Stevens A and Lowe J: Pathology , Mosby, 2 ed. 2000; p.91-95. ÖZGEÇMİŞ 1983 Yılında Zonguldak’ta doğdum. Dilaver İlköğretim Okulu’nda 4. sınıfı tamamladıktan sonra Rat Cumhuriyet İlkokulu’nda ilkokul eğitimimi tamamladım. Gazi İlköğretim Okulu’nda ortaokulu bitirdikten sonra Zonguldak Mehmet Çelikel Lisesi’nde lise eğitimimi tamamladım.2001 yılında Ege Üniversitesi Dişhekimliği Fakültesi’ne girmeye hak kazandım.