Profa. Dra. Ana Elizabete Silva BASE GENÉTICA DO CÂNCER Profa. Dra. Ana Elizabete Silva

Estapas da Proliferação Celular: de tamanho:verificar a replicação DNA G2 Estapas da Proliferação Celular: Estímulo mitogênico: ligação do fator de crescimento-receptor Ativação do receptor de fator de crescimento  ativa proteínas transdutoras de sinal Transmissão do sinal pelas proteínas de transdução de sinal  para o núcleo de tamanho: crescimento da célula antes da replicação G1 Ciclo celular normal e pontos de checagem: -os eventos do ciclo celular ocorrem em uma ordem fixa -Deve ativar enzimas no tempo correto e desativá-las logo após o término do processo -deve assegurar que cada estágio do ciclo tenha terminado antes de iniciar o próximo Indução e ativação de fatores de transcrição  iniciam trasncrição DNA Progressão G1-S  divisão celular

Caminhos da célula durante a divisão celular

Controle do Ciclo Celular Ciclinas: varia de concentração de maneira cíclica durante o ciclo celular (↑ intérfase e ↓ mitose) → não possuem atividade enzimática por si. -função: ativar as Cdk Ciclina A-Cdk2 Ciclina A Cdk4 Proteíno-quinases: ativadas ciclicamente → fosforilação → transferência de um grupo fosfato do ATP → aa na proteína alvo (treonina, serina) Cdk2 Ciclina D Quinases dependentes de ciclinas: (Cdk) → são ativadas após fosforilação pelas ciclinas → conduzem o ciclo celular pela fosforilação de proteínas alvo para progressão das células no ciclo celular Ciclina D-Cdk4 Regulação das CDK pela degradação das ciclinas

Controle do Ciclo Celular Proteínas Inibidoras de Cdk: -se algum estágio do ciclo celular for retardado o sistema controle atrasa a ativação do estágio seguinte → ação de proteínas que podem parar o ciclo celular nos pontos de checagem → inibidores de Cdk) bloqueiam a montagem ou atividade dos complexos de Ciclina-Cdk -famílias Cip/Kip: p21, p27 e p57 e INK4/ARF : p16 e p14 -Ponto de checagem G1: regulado pela proteína p53 → estimula a transcrição de um gene responsável por uma proteína inibidora de Cdk → p21 → liga-se ao complexo ciclina-Cdk de fase S → bloqueando sua ação Como a p53 bloqueia o Ciclo Celular

Controle do Ciclo Celular Decisões no Ponto de Checagem G1: -Parar ou Continuar divisão: diferente da pausa em G1-S para acertos da célula como reparo -a célula pode progredir para completar um outro ciclo celular -pode parar temporariamente até atingir condições corretas -ou retirar-se do ciclo totalmente e entrar em G0 (dias , semanas ou anos): Ex.: células nervosas e músculo esquelético não sofrem divisão → entram em G0 → desaparecimento de Cdk e ciclinas -células hepáticas: sofrem divisão uma vez a cada 1-2 anos -células epiteliais do intestino: dividem-se mais de 2 vezes por dia -Após G1: avança ciclo celular rápido: 12-24horas

Proliferação Celular: Fatores de Crescimento Ligam-se a receptores específicos da membrana celular → estimulam o crescimento e divisão celular Proliferação Celular: controlada, cada célula sofre divisão apenas quando necessário → crescimento ou reposição Sinal químico estimulador → Fator de Crescimento Exemplos: PDGF: fator de crescimentos de plaquetas FGF: fator de crescimento de fibroblastos EGF: fator de crescimento epidérmico HGF: fator de crescimento de hepatócitos

Proliferação Celular Estimulada pelos Fatores de Crescimento

Proliferação Celular Normal x Descontrolada (Oncogene)

BASE MOLECULAR DO CÂNCER

Desregulação do ciclo celular Base Genética do Câncer Oncogenes Genes supressores de tumor - Genes de reparo do DNA Mutações gênicas Câncer Desregulação do ciclo celular Proliferação celular descontrolada

MUTAÇÕES GÊNICAS E CÂNCER A- Genes que controlam o ciclo celular e apoptose: Proto-oncogenes : ativação do ciclo celular  proliferação celular Genes supressores: bloqueio do ciclo celular: perda de função B- Genes de reparo do DNA:  mutações em genes celulares (oncogenes e genes supressores)  INSTABILIDADE GENÔMICA

CLASSES DE GENES ASSOCIADOS COM O CÂNCER

Décadas 70-80: estudo citogenético em tumores sólidos  identificação de cromossomos e regiões cromossômicas  diferentes alterações Perda: deleção monossomia Ganho: duplicação, amplificação trissomia, poliploidia Relocação: translocação inversão inserção t(9;22): LMC t(8;14): Linfoma de Burkitt t(11;22): sarcoma de Ewing t(3;8): adenoma pleomorfo

CULTURA CELULAR E BANDA G

LESÕES RETARDAM PROGRESSÃO DO CICLO CELULAR Reparo do DNA Bloqueio do ciclo celular (Checkpoint) Danos DNA Apoptose Identifica lesão no DNA Proteína ATM Sinal p/ p53 → Ativar Genes Reparo DNA

Esquema geral para mecanismos de oncogênese: -pela ativação de proto-oncogene, -mutação ou perda de genes supressores tumorais, -ativação de genes anti-apoptóticos ou perda de genes pró-apoptóticos

O QUE SÃO ONCOGENES? Proto-oncogene: genes promotores do crescimento e diferenciação celulares  contraparte normal de um oncogene (sem mutação). Mutação Dominante  Ganho de função Oncogene: genes mutados cuja expressão alterada estimula a proliferação celular de forma anormal.

Quais são as funções dos produtos dos oncogenes? componentes da maquinaria que coordenam o ciclo celular: estimulam a proliferação celular: fatores de crescimento receptores transdutores de sinais fatores de transcrição

Oncogenes frequentemente alteram a função das vias dos fatores de crescimento Fatores de crescimento: super produção  crescimento continuado. Ex.: TGF-a, PDGF, HGF, FGF Receptores: mutação ou amplificação de genes que codificam receptores aumenta a sinalização. Ex.: ErbB-1,2, c-MET Transdução de sinal: mutações em genes que codificam mensageiros secundários. Ex.: Ras, Raf, ABL  induz ativação constitutiva e promove o crescimento. Fatores de transcrição : mutação induz ativação constante de genes imediatos e crescimento celular. Ex.: Jun, Fos, c-MYC

COMO OS ONCOGENES TORNAM-SE ATIVADOS E CAUSAM CÂNCER EM CÉLULAS HUMANAS? Mutação de Ponto: proteína estrutural e funcionalmente aberrante Aberrações Cromossômicas (Rearranjos Cromossômicos): proteína quimérica ou expressão elevada Amplificação Gênica: super expressão de proteína estruturalmente normal Inserção de DNA viral: inserção de oncogenes-virais

MUTAÇÃO DE PONTO: ONCOGENE H-RAS Mutação do aminoácido 12: glicina  valina (câncer bexiga, mama, cólon) Causa mudança na conformação da proteína ras que não pode converter GTP  GDP, que permanece ativado induzindo a proliferação celular  progressão para o câncer GDP Ras inativa GTP Ras ativa x Oncoproteína bloqueada: sinal permanece ligado – ativa continuamente a quinase seguinte

MODELO DE AÇÃO DO GENE RAS

REARRANJOS CROMOSSÔMICOS Espressão desregulada de proto-oncogenes Translocação cromossômica: Leucemia mielóide crônica: t(9;22)(q34;q11)  proteína quimérica (truncada) abl/bcr  atividade de quinase aumentada

REARRANJOS CROMOSSÔMICOS Linfoma de Burkitt: t(8;14): gene c-myc é ativado  expressado em níveis elevados  contribue para o câncer

AMPLIFICAÇÃO Aumento do número de cópias (dezenas-centenas de vezes) de oncogenes (erros de replicação do DNA): c-Myc, Her-2/Neu, CCND1 Double minutes (DM): DNA circular extracromossômico Regiões Homogeneamente Coradas (HSR): intracromossômico

GENES SUPRESSORES DE TUMOR Regulam negativamente o crescimento celular e desenvolvimento do tumor: quando mutados ou deletados o controle do ciclo celular é perdido. Padrão Recessivo  Perda de Função Experimentos com fusão celular: células normais x células tumorais  células tumorais híbridas voltam ao estado normal.

Funções Bioquímicas dos Genes Supressores de Tumor Produção de moléculas de superfície: proteínas transmembranas transmissão de sinais negativos inibição por contato: DCC (inibição por contato) Moléculas que regulam a transdução de sinais: enzimas que impedem a fosforilação das proteínas da membrana relacionadas com a emissão de sinais para o núcleo: NF1 (inativa ras) Moléculas que regulam a transcrição nuclear: p53 e RB

RETINOBLASTOMA – RB – 13q14 Primeiro gene supressor de tumor descoberto  tumor de retina Atuam recessivamente: ambas as cópias devem ser perdidas para a perda da função celular Teoria de Knudson: “Dois Eventos de Mutação” primeiro alelo herdado com mutação (1o. Evento) alelo normal perdido ou mutado na infância (2o. Evento) células da retina Perda de Heterozigose (LOH): perda do alelo (frequentemente por deleção ou monossomia) RB: controla a entrada do ciclo celular  regula o ponto de restrição G1 S

Ação do produto do gene RB1:

Hipótese de dois Eventos Mutacionais

Tumor maligno de retina Incidência: 1:20.000

GENE TP53 – GUARDIÃO DO GENOMA TP53 : (17p13) segundo principal gene supressor de tumor descoberto Mutado em ~ 50 % dos tumores humanos Mutagênese aumentada: quando a célula perde TP53 ela também perde o controle do ciclo celular que é necessário para reparo do DNA lesado  aumento de células com mutações Perda da apoptose: importante ativador da morte celular programada  muitas células falham em entrar em apoptose em resposta a lesões no DNA.

p53 E ESTABILIDADE GENÔMICA Ativação da transcrição REPARO DO DNA lesão do DNA Bloqueio em G1 célula normal APOPTOSE

PAPEL DO TP53 E INTEGRIDADE DO GENOMA

Atuação da p53 no ciclo celular mutação herdada do TP53 : Síndrome de Li-Fraumeni (sarcomas, osteossarcomas, tumores de mama, cérebro, córtex adrenal e leucemia).

CÂNCER HEREDITÁRIO CAUSADO POR MUTAÇÕES EM GENES SUPRESSORES Polipose adenomatosa do cólon (FAP): APC (5q21) Câncer hereditário cólon não-poliposo (HNPCC): MSH2, MLH1 (2p16, 3p21) Câncer de mama e ovário: BRCA1 (17q21) Câncer de mama de início precoce: BRCA2 (13q12) Síndrome de Li-Fraumeni: TP53 (17p13) Retinoblastoma: RB1 (13q14) Ataxia telangiectasia: ATM (11q22) Tumor de Wilms: tumor renal – WT1 (11p13) Mutação da linhagem germinativa 5-10% tumores sólidos Tumores múltiplos e bilaterais Início precoce

CÂNCER DE MAMA 20% mulheres até 50 anos e ~10% até 80 anos Prevalência (EUA): 180.000 casos novos/ano e 46.000 óbitos/ano 5-10% - forma hereditária da doença Início precoce (pré-menopausa) e bilateral Associado a risco elevado de câncer de ovário metade: mutações em BRCA1 (17q21) e BRCA2 (13q12-13) BRCA1 e BRCA2 –proteínas nucleares abundantes na fase S do ciclo celular: reparo de quebras duplas (reparo recombinacional) BRCA1 ou BRCA2 defeituosos – desenvolvimento de câncer de mama ou ovário

O Câncer desenvolve por evolução clonal Desenvolve de uma única célula alterada (cerca de 10 ou mais mutações → seleção) Iniciação: alteração genética de uma célula (mutação)  vantagem de crescimento ou sobrevivência Promoção do tumor: agentes como hormônios ou trauma, ou mudanças que aumentam a evolução clonal, estimulam o crescimento celular. Evolução Clonal: base para o desenvolvimento do câncer (anos). Evolução continuada de mais células malignas que crescem ou sobrevivem melhor  desenvolvimento e progressão tumoral. Progressão tumoral: desenvolvimento do câncer requer pequenos múltiplos passos (mutação e seleção). Cada passo confere a célula uma vantagem adicional de sobrevivência ou crescimento (necessidade reduzida para fatores de crescimento ou resistência a apoptose)

Câncer de Cólon desenvolve por progressão de múltiplos passos Iniciação: pode ser causada por carcinógenos da dieta (nitrosaminas)  mutação de APC células iniciadas  vantagem proIiferativa: uma via de fator de crescimento pode ser constantemente ligada por mutação no gene K-Ras  células crescem sobre as vizinhas (hiperplasia  adenoma) Mutações adicionais  seleção de células com vantagem proliferativa e de sobrevivência: inativação do gene TP53  permite uma taxa mais rápida de mutagênese (adenoma inicial  adenoma tardio) Outra mutação converte adenoma em carcinoma: mutação na produção de proteases  invasão de outros tecidos. Ex. -18 (DCC), -17 e outros cromossomos APC K-Ras TP53, DCC