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

1 em cada 8 óbitos é devido a um tumor maligno CÂNCER 1 em cada 8 óbitos é devido a um tumor maligno 2a. Principal causa de morte (20% das mortes) INCA (2006): 472.050 casos novos HOMENS: Próstata Pulmão Estômago MULHERES: Mama Colo Útero

O que é Câncer? Karkinos: origem grega, carcinoma = caranguejo Cancer é um neoplasma maligno ou tumor. Neoplasma (neo = novo, plasma =crescimento ): um crescimento novo e anormal de células Tumor ou câncer: sinônimo de neoplasma  massa celular com características distintas do tecido normal Maligno: quando as células invadem os tecidos adjacentes (metástases)  são considerados câncer. Benigno: as células tumorais permanecem no tecido original (agregadas)  não invadem (não metastizam)

Terminologia do Câncer: conforme os tecidos e os tipos celulares dos quais eles derivam Benignos: adicionado “oma” ao tipo celular -Fibrócitos: fibroma -Células adiposas: lipoma -Células glândulares: adenoma 2. Malignos: conforme origem do tecido afetado a) Células de origem epitelial: carcinomas (> 90% dos cânceres são carcinomas) Ex.: carcinoma de pulmão, de mama, de cólon b) Células de origem mesenquimal (tecido conjuntivo: incluindo osso, músculo, cartilagem ou tecido fibroso): Sarcomas (Sarcomas são relativamente raros, < 2% dos cânceres) Ex.: sufixo sarcoma + tipo celular -Fibrócitos: fibrossarcoma -Tecido adiposo: lipossarcoma Leucemias e linfomas: cânceres malignos do tecido hematopoiético e linfóide.

HIPÓTESE DA MUTAÇÃO SOMÁTICA DO CÂNCER Boveri (1914): processo multipasso devido mutações somáticas em genes celulares Acúmulo de ~10 mutações

Caminhos da célula durante a divisão celular: Ciclo celular normal e pontos de checagem

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) 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

Como as células cancerosas diferem das células normais? Inibição dependente da densidade de crescimento: células normais param em G1  células cancerosas continuam crescendo em densidade muito maior. Perda da inibição por contato: células cancerosas formam várias camadas Necessidade reduzida de fator de crescimento: células cancerosas não precisam de muito fator de crescimento para se dividir  produzem níveis elevados de fatores de crescimento autócrino, expressão aumentada de receptores de fatores de crescimento.

Menor necessidade de adesão ao substrato: expressam menas moléculas de adesão de superfície celular  permite as células moverem-se e invadirem outros tecidos Secreção de proteases: digerem a matriz extracelular  invasão outros tecidos e penetrar nos vasos anguíneos (metástases)

ETAPAS DO PROCESSO DE METÁSTASES

Fatores de angiogênese: desenvolvimento de novos vasos (VEGF e VEGFR) (Angiostatina e Endostatina: bloqueador de angiongênese) Apoptose: células normais cometem “suicídio” quando acumulam mutações  células cancerosas perdem essa habilidade  resistência a apoptose (Terapia apoptótica)

O que causa o câncer? Fatores Ambientais e Genéticos (Herança Multifatorial) Ambientais: hábitos e estilo de vida (80-90% dos cânceres) -Carcinógenos  substâncias que causam câncer: (químicos, radiação e vírus ) tabagismo (benzo-a-pireno) hábitos alimentares (nitrosaminas, sal, aflatoxina) alcoolismo medicamentos (ciclofosfamida, bussulfan) fatores ocupacionais luz UV e raios X infecção viral Genéticos : danos em genes específicos que participam do controle do ciclo celular mutações hereditárias → câncer familiar mutações somáticas → câncer esporádico polimorfismos/mutações em genes de suscetibilidade (fatores genéticos e ambientais)

COMPOSTOS QUÍMICOS NO AMBIENTE Ameaça Câncer REAÇÕES METABÓLICAS DAS FASES I E II I II Ativação Destoxificação CYP450 GSTs, NAT CYP1A1, CYP2E1 GSTM1, GSTT1

VÍRUS CAUSAM CÂNCER EM ANIMAIS E HUMANOS Duas famílias de vírus são responsáveis por um grande número de cânceres humanos (hepatite B e papilomavírus) (HBV) Risco: 200 x (HPV) (HTLV)

Papilomavirus: pequenos vírus de DNA que infecta a pele, trato anogenital e cabeça e pescoço (HPVs). A maioria causa papilomas, mas alguns causam câncer cervical (linhagens 16 e 18): principal causa de morte por câncer em mulheres em muitos países. HPV: tem 7 genes  genes E6 e E7 são oncogenes importantes  se ligam e inativam as proteínas Rb e p53.

BASE GENÉTICA DO CÂNCER Gene anômalo herdado  forma hereditária do câncer (crianças e jovens) Mutações somáticas por agentes ambientais  radiação, agentes químicos e biológicos, hábito alimentar, fumo, exposição ocupacional, etc. REPARO INEFICIENTE: mudanças na função de genes que controlam o crescimento celular

ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS E CÂNCER ABERRAÇÕES: Perda: deleção monossomia Ganho: duplicação, amplificação trissomia poliploidia Relocação: translocação inversão inserção

CULTURA CELULAR E BANDA G

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

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). Oncogene: genes mutados cuja expressão alterada estimula a proliferação celular de forma anormal. Padrão dominante  Ganho de função

MAIS DE 100 ONCOGENES TÊM SIDO IDENTIFICADOS Os genes adquirem habilidade oncogênica devido dois tipos de mudanças: Eles são expressados em níveis muito elevados nas células infectadas pelo vírus devido a LTR. Eles estão frequentemente mutados ou rearranjados após inserção pelo vírus  podem aumentar a atividade do produto do gene.

ONCOGENES componentes da maquinaria que coordena o ciclo celular: estimulam a proliferação celular. fatores de crescimento receptores transdutores de sinais fatores de transcrição

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

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

Oncogenes frequentemente alteram a função das vias dos fatores de crescimento Fatores de crescimento: super produção  crescimento continuado. Ex.: TGF-a Receptores: mutação ou amplificação de genes que codificam receptores aumenta a sinalização. Ex.: ErbB-1,2 Transdução de sinal: mutações em genes que codificam mensageiros secundários. Ex.: ras ou raf  induz ativação constitutiva e promove o crescimento. Fatores de transcrição : mutação induz ativação constante de genes imediatos e crescimento celular. Ex.: jun ou fos

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 Heterozigosidade (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 : (17p12) segundo principal gene supressor de tumor descoberto 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

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) Mutação da linhagem germinativa 5-10% tumores sólidos Tumores múltiplos e bilaterais Início precoce

CÂNCER DE MAMA 5-10% - forma familiar 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

PERSPECTIVAS PARA O TRATAMENTO DO CÂNCER Quimioterapia: resposta parcial, temporária e imprevisível Alvos terapêuticos para apoptose: controle da proliferação e metástases: drogas  ativação de caspases; regulação de genes Bcl-2 Bloqueio da angiogênese: inibidores de angiogênese  marcadores de superfície nos tecidos cancerosos Terapia Molecular: inibidores de proteínas tirosina-quinases

TERAPIA MOLECULAR: Leucêmia mielóide crônica (LMC) Gleevec= imatinib

CÂNCER DE MAMA HERCEPTIN (trastuzumab): anticorpo monoclonal humanizado  bloqueador do Her-2/Neu  câncer de mama metastático http://www.gene.com/gene/products/information/oncology/herceptin/moa.jsp http://www.roche.com/pages/facets/9/herc.htm