Kanser Genetiği ve Epigenetiği SUNUMU - Dr. Sefa KIZILDAG

KANSERİN GENETİK VE EPİGENETİK TEMELLERİ Prof. Dr. Sefa Kızıldağ Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı  Karsinogenez (Proto)-onkogenler - İşlevleri - Onkogen aktivasyon mekanizmaları Tümör baskılayıcı genler - İşlevleri - İnaktivasyon mekanizmaları Ep...

KANSERİN GENETİK VE EPİGENETİK TEMELLERİ Prof. Dr. Sefa Kızıldağ Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı  Karsinogenez (Proto)-onkogenler - İşlevleri - Onkogen aktivasyon mekanizmaları Tümör baskılayıcı genler - İşlevleri - İnaktivasyon mekanizmaları Epigenetik değişimler  MUTAJEN İLK DNA HASARI İŞLEMLEME HÜCRE ÖLÜMÜNÜN KALICI DNA HASARI TAMİR AKTİVASYONU KROMOZOMAL MUTASYON ANOMALİLER HÜCRE ÖLÜMÜ HÜCRE YAŞAMI KANSER  KARSİNOJENLER AİLESEL MUTASYONLAR MİTOZ ARTIŞI ENDOJEN MUTASYON KAYNAKLI MUTASYON MUTASYONLAR VE BİRİKİM DNA (ÖZEL GENLER VE ÜRÜNLERİNDE HATALAR) KANSER  Somatik hücre genomunda değişiklik Tümör baskılayıcı Onkogen Hücre Çoğalmasını, Apoptozu düzenleyen gen kaybı veya aktivasyonu veya DNA onarımın sağlayan inaktivasyonu genlerde değişiklikler Çeşitli gen ürünlerinin ekspresyonu veya düzenleyici gen ürünlerinin kaybı Malign Klonal artış Neoplazm Ek mutasyonlar Heterojenite KANSERde - Genetik Değişiklikler - Onkogen /Proto-onkogenlerin aktivasyonu (dominant etki) işlev kazancı mutasyonu - Tümör baskılayıcı genlerin kaybı (resesif etki) işlev kaybı mutasyonu - DNA Tamir genlerinin mutasyonları (mutator etki) - Epigenetik değişiklikler (gen ekspresyon regülasyonunda değişiklikler) - Promotor metilasyonu - Histon modifikasyonları - Kodlanmayan RNAlar  Normal Proto-onkogenler + Hücre büyümesi ve çoğalması Tümör supressör genler - Kanser Mutant veya “aktive” ++ onkogenler Malign transformasyon Tümör baskılayıcı genlerde kayıp veya mutasyon (PROTO)-ONKOGENLER Hücre çoğalmasının ilerlemesi Apoptozisin engellenmesi Proto-onkogen Normal hücresel genler Hücrenin yaşamını devam ettirmesi - büyüme ve gelişimi için gerekli olan proteinlerin kodlanması Onkogen Fonksiyon veya ekspresyon değişimiyle hücre bölünmesi ve proliferasyonunun anormal uyarılımına yol açan mutant (proto-onko)genler Onkoprotein Onkogenler tarafından kodlanan protein ürün  Mutasyonlar aktive edici “fonksiyon kazanımı” şeklinde “gain of function * PROTO-ONKOGENİN KODLADIĞI PROTEİNİN MİKTAR OLARAK ARTIŞI (OVEREKSPRESYON) * PROTEİNİN AKTİVİTESİNİ DÜZENLEYEN BÖLGELERİN FONKSİYONLARINDA SAPMA Onkogenlerin etkileri genelde dominant  Onkogenler; ilk olarak hayvanlarda kanser oluşumuna neden olan onkojenik retroviruslarda yapılan moleküler çalışmalar ile tanımlanmıştır v-onc : Viral onkogen c-onc : Hücresel onkogen  Proto-onkogen ürünleri Büyüme faktörleri (EGF, PDGF, VEGF, HGF.. ) Büyüme faktörü reseptörleri (ErbB2=Her2/Neu, ErbB3, c-met..) Sinyal iletimine katılan moleküller (Ras,Src, Akt..) Düzenleyici çekirdek proteinler (Myc, Fos..) Hücre döngüsü düzenleyicileri (Siklinler, Siklin bağımlı kinazlar...) * Telomeraz Onkogenlerin aktivasyon mekanizmaları * Proviral aktivasyon Translokasyonlar Nokta mutasyonları Amplifikasyon Proviral aktivasyon Onkojenik retroviruslar Akut transforme ediciler Kronik taransforme ediciler (v-onc bulunur) (v-onc bulunmaz) Onkogenlerin önüne veya içine yerleşerek aktif viral promotorların etkisi ile fazla ve / veya hatalı protein üretimi Translokasyon Homolog olmayan kromozomlar arasında parça değiş-tokuşu olması Yeni bir kimerik (melez) gen oluşumu Transkripsiyonel olarak aktif bir bölgeye yerleşme Neoplazma Translokasyon Proto-onkogen Burkitt lenfoma t(8;14) 80% c-myc t(8;22) 15% t(2;8) 5% KML t(9;22) 90-95% bcr-abl ALL t(9;22) 10-15% bcr-abl myc transkripsiyon faktörü hücre siklusunda “Restriksiyon noktası”ndan sonra hızla aktive olur bölünmede yer alan pek çok genin ekspresyonunda rol alır abl tirozin kinaz 9q34.12 bcr 22q11.2 t(9;22)(q34;q11.2) Artmış tirozin kinaz aktivesi  t(8;14)(q24;q32) Artmış myc protein ekspresyonu  Nokta mutasyonları Ras Hücre içi sinyal ileti proteinleri GTP bağlanmasıyla aktive olur Büyüme faktör sinyallerini hücre yüzey reseptörlerinden hücre içine taşır GTP’nin GDP’ye hidrolizi ile inaktive olur Mutasyonlar Ras GTPaz’ı inaktive eder -GTP’ye bağlı kalır mutant Ras proteini sürekli aktif kontrolsüz hücre büyümesi  amino asit pozisyonu Ras geni 12 59 61 Tümör c-ras (H, K, N) Gly Ala Gln normal hücreler H-ras Gly Ala Leu akciğer ca. Val Ala Gln safra kesesi ca. K-ras Cys Ala Gln akciğer ca. Arg Ala Gln akciğer ca. Val Ala Gln kolon ca. N-ras Gly Ala Lys neuroblastoma Gly Ala Arg akciğer ca. Murine sarcoma virus H-ras Arg Thr Gln Harvey strain K-ras Ser Thr Gln Kirsten strain  Amplifikasyon Genin kopya sayısının artması Sitogenetik olarak dms veya HSR olarak - HSR Homojen boyanan bölge (Homogeneous staining region) - dms Double Minutes (kromozom) Onkogen Amplifikasyon tümörün kaynağı c-myc ~20- kat lösemi – akciğer ca. N-myc 5-1,000- kat neuroblastoma retinoblastoma L-myc 10-20- kat küçük hücreli akciğer ca. c-abl ~5- kat KML c-myb 5-10- kat ALL – kolon ca. c-erbB ~30- kat epidermoid ca. K-ras 4-20- kat kolon ca. 30-60- kat adrenocortical ca. Telomeraz Germ hücrelerinde, telomer kısalmasını engelleyen enzimdir Çoğu somatik hücrede bulunmaz Kanserde Telomer kısalmasını engeller hücrelerin sonsuz sayıda bölünebilmesi TÜMÖR BASKILAYICI GENLER Hücre çoğalmasının inhibe edilmesi Apoptozisin indüklenmesi  Mutasyonlar “fonksiyon kaybı” şeklinde “loss of function * TÜMÖR BASKILAYICI GENİN KODLADIĞI PROTEİNİN ÜRETİLEMEMESİ * PROTEİNİN FONKSİYONLARINDA KAYIP Tümör supressörler etkilerini genellikle resesif olarak gösterir Tümör baskılayıcı gen ürünleri “Gatekeepers” Hücre-hücre teması (kontakt inhibisyon), hücre- matriks ilşkiler, hücre morfolojisi ile ilgili proteinler Transkripsiyon faktörleri Hücre siklusu kontrol proteinleri * Apopitotik proteinler DNA onarım proteinleri “Caretakers”  Tümör baskılayıcı genlerin inaktivasyon mekanizmaları Kromozomal delesyonlar Fonksiyonel inaktivasyonlar (epigenetik faktörler) Yapısal mutasyonlar (delesyon – insersiyon – nokta mutasyonları) Knudson’un Çift-Vuruş (two-hit) Hipotezi Kanser patogenezi için tümör süpressör genlerin her iki allelinde de fonksiyon kaybı gerekir İlk kayıp (vuruş) (mutasyon) + İkinci kayıp (vuruş) (mutasyon) İkinci allelin kaybı için olası mekanizmalar Heterozigozitenin Kaybı – Loss of Heterozygosity LOH Tek alleli mutant (delete) olan (heterozigot) hücrenin mutasyon için homozigot hale gelmesi İkinci allede farklı bir mutasyon İkinci allede transkripsiyonal inaktivasyon İkinci vuruş için olası mekanizmalar A a Yapısal Rb wt genotip B b A a A A A Rb Rb Rb Rb Rb B b B B B Lokal Kromosom Kromosom mutasyonlar kaybı kaybı ve dublikasyon  Normal Sporadik tümör suppressor gen tek allelde somatik mutasyon diğer allelde somatik mutasyon tek tümör, tek taraflı, geç yaşta  tek allelde germline mutasyon - Ailesel mutasyon için heterozigot diğer allelde somatik mutasyon multiple tümör, bilateral, erken yaşta Retinoblastoma geni Rb fosforilasyonu hücre restriksiyon noktasını geçer ve S fazına girer Hiperfosforile Rb p p p p Rb Rb p p p p Restriksiyon noktası p S Rb p G1 G0 G2 M p p p Rb Hipofosforile Rb p p Rb p p p Rb p p  p53 İnsan kanserlerinde mutant formu en yaygın gözlenen t.s.g. Homozigot kaybı hemen her kanser tipinde gözleniyor p53 kanser oluşumuna karşı hücrede bir gatekeeper olarak görev alıyor – hücrenin gardiyanı Hücre UV, İ.radyasyon veya mutajenik ajanlar ile etkilendiğinde Hücre döngüsünü durdurur DNA’nın tamiri için hücreye zaman kazandırır DNA’da ki hasar tamir edilemezse apoptozis’e götürür  Meme kanseri Sarkoma Diğer malign neoplazmlar Li-Fraumeni ailesi - otosomal dominant kalıtım davranışı  DNA tamir genleri Spontan veya indüklenmiş DNA hasarına karşı işlev gören onarım genlerindeki bozukluklar hücrelerin neoplastik transformasyon riskini artması mutator fenotip Nükleotid çıkartma onarımı *Xeroderma pigmentosum Mismatch (hatalı eşleşme) onarımı * Hereditary Non Polyposis Colorectal Cancer (HNPCC)  EPİGENETİK DEĞİŞİKLİKLER DNA metilasyon değişimleri Histon modifikasyonları miRNA’lar ile regülasyon Mutations and Epimutations in the origin of Cancer. Päivi Peltomäki, Exp. Cell. Res. (2011), doi:10.1016/j.yexer.2011.12.001 Alcohol, DNA Methylation, and Cancer March 2013 Alcohol research : current reviews 35(1):25-35 Kanserde metile olmuş DNA onarım genleri Değişik insan kanserlerinde, DNA metilasyon gen değişimleri Fig.3. Combinatorial histone modification patterns in normal and cancer cells. A, In normal cells, the promoters of active tumor- suppressor genes (TSG) are enriched with combinatorial histone modification markers including acetylation of histone tails, methylation of lysine 4 on histone H3 (H3K4), and DNA repeats and transposons are associated with repressive markers including methylation of K27 and K9 of H3. B, In transformed cells, the promoters of TSG genes lose the 'active' histone marks and gain repressive methylation marks, such as lysine 9 or 27 on histone H3. On the other hand, DNA repeats and transposons are characterized by active marks, thus initiate unexpected transcription. From Bench to Bedside: Targeting Epigenetics for Cancer Therapy November 2011 Clinical Oncology and Cancer Research 8(4):191-201 DOI: 10.1007/s11805-011-0580-x Çeşitli insan kanserlerinde, histon modifikasyon genlerinin değişimleri Oliveto S, Mancino M, Manfrini N, Biffo S. Role of microRNAs in translation regulation and cancer. World J Biol Chem 2017; 8(1): 45-56 URL: https://www.wjgnet.com/1949-8454/full/v8/i1/45.htm DOI: https://dx.doi.org/10.4331/wjbc.v8.i1.45  Cancer type OncomiRs B-cell lymphoma, small cell lung cancer, colon miR17-92 cancer, gastric cancer miR-21 Breast, colon and lung cancer, glioblastoma miR-106 Gastric cancer, colorectal cancer miR-10b Breast cancer miR-191[134,135] Human colorectal and breast cancer Tumor suppressor miRNAs let-7[105,106] Lung cancer, Burkitt lymphoma miR-15a, miR16-1[103,104] CLL, prostate cancer, mesothelioma miR-29 Lung cancer, breast cancer miR-34a Prostate cancer, mesothelioma, HCC miR-126 Lung and breast cancer Both O and TS Breast cancer, glioma (O) miR-24[137,138] Laryngeal carcinoma (TS) Pancreatic and prostate cancer (O) miR-125[122,123] Melanoma, osteosarcoma, ovarian cancer (TS) Lymphoma, breast cancer (O) CLL: Chronic lymphocytic leukemia; miR-155[120,121] HCC: Hepatocellular carcinoma; Melanoma, ovarian and gastric cancer (TS) O: OncomiR; TS: Tumor suppressor miRNA. Glioblastoma, HCC, breast cancer (O) miR-221/222 Tongue squamous cell carcinoma (TS) Oliveto S, Mancino M, Manfrini N, Biffo S. Role of microRNAs in translation regulation and cancer. World J Biol Chem 2017; 8(1): 45-56 Table 1 URL: https://www.wjgnet.com/1949-8454/full/v8/i1/45.htm List of selected tumor suppressor microRNAs and oncomiRs in cancer DOI: https://dx.doi.org/10.4331/wjbc.v8.i1.45 Çeşitli insan kanserlerinde, miRNA değişimleri Robbins Temel Pataloji Vinay Kumar, Abul K. Abbas, Jon C. Aster Çeviri editörleri: Sıtkı Tuzlalı, Emine Güllüoğlu, Uğur Çevikbaş Yayınevi: Nobel Tıp Kitabevi ISBN: 978-605-335-002-6, 9. basım, 2014 Moleküler Hücre Biyolojisi Harvey Lodish , Arnold Berk , Chris A. Kaiser , Monty Krieger , Matthew P. Scott , Anthony Bretscher , Hidde Ploegh , Paul Matsudaira Çeviri editörleri: Hikmet Geçkil, Murat Özmen, Özfer Yeşilada Yayınevi: Palme Yayınevi - Akademik Kitaplar ISBN: 9786054414949, 6.basım, 2020 Hücre Moleküler Yaklaşım Cooper G.M., Hausman R.E Çeviri editörleri: Neşe ATABEY, Ersan KALAY, Meral SAKIZLI Yayınevi: İzmir Tıp Kitabevi ISBN: 978-605-6681-70-7, 7.basım, 2016 Soru ve katkılarınız için [email protected] e-posta adresinden ulaşabilirsiniz