Biologia i desenvolupament del càncer - Apunts PDF

Institut FP Sanitària, Hospital del Mar. Laboratori Clínic i Biomèdic. MP8UF2 i MP7UF2: Immunologia Tema 2.1. Biologia i desenvolupament del càncer Curs: 2024-25 LAB, Immunologia Professor: Jofre Sendrós Gil MP8UF2RA03  Algunes da...

Institut FP Sanitària, Hospital del Mar. Laboratori Clínic i Biomèdic. MP8UF2 i MP7UF2: Immunologia Tema 2.1. Biologia i desenvolupament del càncer Curs: 2024-25 LAB, Immunologia Professor: Jofre Sendrós Gil MP8UF2RA03  Algunes dades... https://gco.iarc.fr/ Cancer was the second leading cause of death, after heart disease, in the United States in 2020. In 2020, there were 602,350 cancer deaths; 284,619 were among females and 317,731 among males. 2  Els Hallmarks of Cancer de Weinberg i Hanahan Hallmarks, new dimentions Hallmarks, new dimentions Robert Weinberg D. Hanahan, R. A. Weinberg (2020) The hallmarks of cancer. Cell, Vol. 100, 57–70. DOI:https://doi.org/10.1016/S00 92-8674(00)81683-9 Douglas Hanahan 3 Sustaining proliferative signaling Habitualment, les cèl·lules necessiten una senyal externa per iniciar el procés de divisió i creixement cel·lular; aquesta senyal és el que es coneix com el Factor de Creixement (GF). No passa això en el cas de les cèl·lules tumorals… Les cèl·lules tumorals no necessiten aquest GF!!! © 2011 Pearson Education, Inc. 4  Sustaining proliferative signaling El càncer és una malaltia provocada per la divisió descontrolada de cèl·lules en algun teixit o òrgan del nostre cos. Les nostres cèl·lules es divideixen a un ritme regular per mitosi, donant lloc a dues cèl·lules filles clòniques. Algunes mutacions genètiques o alteracions epigenètiques poden alterar aquest cicle de divisions i provocar una neoplàsia. Neoplàsia benigna Neoplàsia maligna El tumor que no és capaç de créixer de forma indefinida i que no envaeix els teixits circumdants sans es considera benigne, mentre que els tumors que creixen indefinidament i es tornen invasors s’anomenen malignes. El terme càncer fa referencia a tumors malignes. 5  Sustaining proliferative signaling Això serien cèl·lules tumorals en creixement: https://www.biorender.com/ 6 Sustaining proliferative signaling 1. Hipoplàsia: Menys cèl·lules del normal. 2. Hiperplàsia: Més cèl·lules del normal. 3. Neoplàsia: Hiperplàsia acompanyada d’una multiplicació anormal i amb canvis de forma i aspecte. 4. Displàsia: Canvis en la forma, mida i organització del teixit. Canvis en els epitelis deguts a un estímul crònic. 5. Metaplàsia: Canvis en els tipus cel·lulars. 6. Anaplàsia: Desdiferenciació i retorn a la cèl·lula mare. https://histologyblog.com/2012/ 08/04/cells-and-their-plasia/ 7  Sustaining proliferative signaling Normal cells may become cancer cells. Before cancer cells form in tissues of the body, © 2014 Terese Winslow LLC U.S. Govt. the cells go through abnormal changes called hyperplasia and dysplasia. In hyperplasia, has certain rights there is an increase in the number of cells in an organ or tissue that appear normal under a microscope. In dysplasia, the cells look abnormal under a microscope but are not cancer. Hyperplasia and dysplasia may or may not become cancer. 8 Sustaining proliferative signaling Neoplàsia benigna Neoplàsia maligna 9 Sustaining proliferative signaling Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. 10  Sustaining proliferative signaling Parènquima de cèl·lules neoplàsiques Estroma vascularitzat Guangna Liu, Wei Rui, Xueqiang Zhao & Xin Lin (2021) Enhancing CAR-T cell efficacy in solid tumors by targeting the tumor microenvironment. Cellular & Molecular Immunology volume 18, pages1085–1095. En el microambient tumoral es genera un espai compost per multitud de cèl·lules tumorals, cèl·lules immunitàries atretes pel tumor per lluiter-hi en contra, i cèl·lules Nicolas A. Giraldo et. Al. (2018) The clinical role of the i estructures pròpies de la matriu extracel·lular com fibroblasts, cèl·lules endotelials TME in solid cancer. British Journal of Cancer volume i col·làgena. Els vasos sanguinis associats al tumor envolten el microambient. 120, pages45–53. Link. 11 Sustaining proliferative signaling Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. 12 Sustaining proliferative signaling Hallmarks Hallmarks Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. 13  Evading growth supressors Hallmarks Hallmarks Els tumors no paren de créixer perquè les cèl·lules tumorals ignoren les senyals que puguin rebre per aturar el seu creixement. 14 Resisting cell death L’apoptosi és un mecanisme de control de les cèl·lules per induir la seva mort quan alguna cosa falla. https://mediaplayer.pearsoncmg.com/assets/sec s-cellbio-videos-phosphate-induced-Apoptosis Cytology of apoptosis. The different stages of apoptotic cell death start by cellular shrinkage and chromatin condensation, concomitant with formation of membrane blebs. Organelles and nucleus fragment and the blebs begin formation of apoptotic bodies which are eventually engulfed by macrophages or neighboring cells by endocytosis/phagocytosis. The lack of release of cellular components to the extracellular fluid results in the absence of inflammation. 15  Resisting cell death © 2011 Pearson Education, Inc. 16 Resisting cell death © 2011 Pearson Education, Inc. 17 Resisting cell death Hallmarks Hallmarks Intrinsic and Extrinsic Apoptosis pathways: Apoptosis can be mediated by either the intrinsic (mitochondria-mediated) pathway or extrinsic (death-receptor mediated) pathways. Both pathways converge upon executioner caspases (Caspase-3 and 7) that induce apoptosis. https://www.youtube.com/watch?v=-vmtK- E. Wanner (et. Al.) (2021) Senescence bAC5E and Apoptosis: Architects of Mammalian Development. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8:620089. DOI:10.3389. 18  Enabling replicative immortality Hallmarks Hallmarks Les cèl·lules sanes tenen un temps de vida determinat. En els seus gens està programat el número de divisions que pot fer una cèl·lula. A cada divisió es perd un trosset de telòmer. A les cèl·lules tumorals, la telomerasa està activa i es dedica a regenerar els telòmers a cada divisió. Així, les cèl·lules tumorals evadeixen la mort cel·lular. 19  Inducing angiogenesis Degut al creixement desrregulat de cèl·lules, a la zona del microambient tumoral es genera una regió d’hipòxia. Això és rellevant perquè és aquesta situación la que activarà la vascularització del tumor. Wikipedia: Hipoxia Tumoral. https://es.wikipedia.org/wiki/Hipoxia_tumoral 20  Inducing angiogenesis Factors Angiogènics Tumorals (FAT) Factor de Creixement de l’Endoteli Vascular (VEGF). Factor de Creixement Basic dels Fibroblasts (bFGF). Factors Antiangiogènics Angiostatina. Els receptors de l’endoteli reben els VEGFs i Endostatina. s’activa la formació de nous vasos sanguinis. Vasculostatina 21 Inducing angiogenesis Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. 22 Inducing angiogenesis C. Bernauer, Y. K. Stella Man, J. C. Chisholm, E. Y. Lepicard, S. P. Robinson & J. M. Shipley (2020) Hypoxia and its therapeutic possibilities in paediatric cancers. British Journal of Cancer volume 124, pages539–551. Link. La hipòxia activa el procés d’angiogènesi Les cèl·lules amb hipòxia comencen a sintetitzar un factor de transcripció conegut com Factor 1 induïble per hipòxia (HIF-1). Aquest FT activa una sèrie de gens que donen resposta a la situació d’hipòxia. Aquests gens es transcriuen a proteïnes que pertanyen al grup dels Factors Angiogènics Tumorals (FAT); VEGFs i CAIX. 23  Inducing angiogenesis Under normal oxygen conditions, the HIF1A gene is constitutively Regulation of hypoxia transcribed to HIF1A mRNA, which inducible factor-1 α is then translated to HIF-1α (HIF-1α) stability and protein. In normoxia and the HIF-1 transactivation presence of oxygen, the HIF-1α under normoxia and protein is rapidly hydroxylated by hypoxia. the prolyl hydroxylases (PHDs) enzymes, which enables binding of von Hippel-Lindau tumor suppressor protein (pVHL) and the ubiquitin ligase, leading to proteasomal degradation. Under chronic hypoxia, hydroxylation no longer occurs, enabling HIF-1α to move into the nucleus and form the active HIF transcription complex. Chloe-Anne Martinez, Bernadette Kerr, Charley Jin & Peter Cistulli (2019) Obstructive Sleep Apnea Activates HIF-1 in a Hypoxia Dose-Dependent Manner in HCT116 Colorectal Carcinoma Cells. International Journal of Molecular Sciences 20(2):445. DOI:10.3390/ijms20020445 24 Inducing angiogenesis Hallmarks Hallmarks En conclusió… Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. 25 Activating invasion and Metastasis Schematic overview of the essential steps of the metastatic process. Cancer cells detach from the primary tumour, degrade the extracellular matrix (ECM), invade through the basement membrane and migrate through the tumour stroma (1). They then intravasate into vasculature (2) and transit through pre-existing and newly formed blood vessels (3). After extravasation through the endothelial barrier (4), cancer cells form micrometastasis (5) to finally colonize target organ/s to originate secondary tumour/s (6). C. Ruggiero, E. Lalli. (2021) Targeting the cytoskeleton against metastatic dissemination. Cancer and Metastasis Reviews. 40(4) 26 Activating invasion and Metastasis Hallmarks Hallmarks Sabem que certs tumors primaris tenen tendència a generar tumors secundaris en determinats òrgans. Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. 27  Hallmarks of cancer; New dimensions (2022) Els Hallmarks originals (2000); 6 característiques pròpies dels tumors. Segona generación Hanahan D. Hallmarks of de Hallmarks (2011); Cancer: New Dimensions. Se n’afegeixen dues Cancer Discov. 2022 més. Jan;12(1):31-46. doi: New generation 10.1158/2159-8290.CD- Hallmarks (2022); 21-1059. PMID: Publicació recent que 35022204. complementa les New Dimensions in característiques Cancer Biology: Updated prèviament Hallmarks of Cancer proposades. Published. January 21, Actualment n’hi ha 2022 by Silvia Licciulli, un total de 14. PhD. Link. 28  Institut Hospital del Mar, Parc de salut Mar. Laboratori Clínic i Biomèdic. MP8UF2 i MP7UF2: Immunologia Tema 2.2. Bases moleculars del càncer Curs: 2024-25 LAB, Immunologia Professor: Jofre Sendrós Gil MP8UF2RA03  Els inicis: Els estudis de Peyton Rous Una gallina amb sarcoma; L’extracte de les seves cèl·lules tumorals, provoca sarcoma a una gallina sana…. Què està passant aquí? The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Link. La resposta; Un virus! El virus del sarcoma de Rous 2 Els inicis: Els estudis de Peyton Rous Peyton Rous va rebre el premi Nobel de Medicina l’any 1966, per la seva descoberta del rol dels virus en la transmissió de certs tipus de càncers A) Peyton Rous in his lab. B) The hen that started everything. In 1909, Payton Rous was brought a hen with a sarcoma. He transferred this sarcoma from this hen to other healthy ones. They developed similar sarcomas that can, in turn, be transplanted to other healthy hens. After several serial transplantations, he injected a cell-free extract to a healthy hen and it developed a sarcoma similar to the original one. The viral origin of this cancer was established. C) RSV particles observed in electron microscopy observed in 1955 by Gaylord et al. (Gaylord, 1955). 3  Experiments posteriors amb fibroblasts de ratolí The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Link. The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Link. 4  Oncogens i Proto-Oncogens; funcionament molecular Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings 5  Oncogens i Proto-Oncogens; nous oncogens a la dècada dels 80 Each transforming retrovirus carries an oncogene derived from a cellular gene. Viruses have names and abbreviations reflecting the history of their isolation and the types of tumor they cause. This list shows some representative examples of the retroviral oncogenes 6  Oncogens i Proto-Oncogens; c-onc i v-onc Els virus oncogènics transporten Aquests gens no se’ls han gens que poden provocar tumors inventat els virus… Possiblement en les cèl·lules que infecten. apareixien per mutació a les cèl·lules d’un altre hoste que havien infectat prèviament. c-src: Oncogen a l’ADN cel·lular. v-src: Oncogen a l’ADN víric Src = Proto-oncogen tirosin-proteïna quinasa. L'abreviació ve de Sarcoma The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Link. 7 Oncogens i Proto-Oncogens; oncogens humans, exemples 8  Exemples d’oncogens; BCR-ABL i HER-2 La sobreexpressió de HER-2, un receptor de membrana per a factors de creixement s'associa a càncer de Translocació uneix els gens BCR i ABL, el producte format mama. Més receptor implica més és una nova proteïna que estimula la proliferació cel·lular proliferació cel·lular. 9 Mecanismes d’aparició del càncer, dominants o recessius? Els oncogens tenen una herencia dominant; si una de les dues còpies del gen està mutada, la cèl·lula es torna cancerosa. En canvi, existeixen altres mutacions que poden provocar cáncer per herencia recessiva: Els gens supressors de tumors. 10  Gens supressors de tumors Els gens supressors de tumors són gens que, sense mutar, regulen el cicle cel·lular i prevenen que hi hagi una proliferació cel·lular excesiva. Quan aquests gens muten es pot produir una proliferació cel·lular excesiva! Aquests efectes es produeixen quan la mutació apareix en homozigosi. 11  Gens supressors de tumors Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings 12  El cicle cel·lular; Fases i checkpoints A quina fase del cicle cel·lular correspon cadascuna de les seccions que mostra aquest gràfic? 13  El cicle cel·lular; Fases i checkpoints Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings 14  Ciclines; reguladores del cicle cel·lular Les ciclines són proteïnes que s’expressen de forma diferencial durant el cicle cel·lular i permeten regular-lo. En determinats moments s’expressa una ciclina i després una altra. L’expressió dels gens de les ciclines està molt regulat. Són les reguladores més importants del cicle cel·lular i la seva concentració canvia en diferents moments del cicle. La seva funció será la d’unir-se a les Cycline-Dependent Kinases (CDK). Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings 15  La interacció entre les ciclines i les CDKs La ciclina augmenta la seva concentració durant una fase determinada del cicle cel·lular. Aleshores s’uneix a una CDK. Aquesta CDK és una quinasa depenent de ciclina. En unir-s’hi, començarà a fosforil·lar altres proteïnes importants per la fase del cicle cel·lular corresponent, activant-les. D’aquesta forma la cèl·lula activa les proteïnes que li calen a cada fase. 16 La interacció entre les ciclines i les CDKs 17 La interacció entre les ciclines i les CDKs D-type cyclins (D1, D2, and D3) are associated with CDK4/6, and are essential for entry into G1. Cyclin E is also important in G1. It associates with CDK2 to regulate late G1 phase and the induction of DNA synthesis in early S phase. The cyclin E/CDK2 complex is of vital importance for G1/S phase transition. As the cell cycle progresses, cyclin A replaces cyclin E as the partner of CDK2, and then controls DNA synthesis and replication in the S phase15. Cyclin A subsequently associates with CDK1 to promote entry into the M phase. CDK1 also cooperates with other kinases, such as polo-like kinases and Aurora, to drive the transition from G2 to M phase, thus contributing to mitotic progression in cell division. In the G2 phase, cyclin B replaces cyclin A, and the cyclin B/CDK1 complex triggers mitosis. 18  Gens Supressors de tumors; Gatekeepers i Caretakers Gens supressors de tumors guardians (Gatekeepers): Regulen directament la proliferació cel·lular a través de la seva intervenció en diferents punts de control del cicle cel·lular i de la regulació de l’apoptosi. Exemple: p53. Gens supressors de tumors de manteniment (Caretakers): Relacionats amb la reparació de l’ADN i amb la integritat del genoma. La seva inactivitat o mutació provoca una acumulació de mutacions i, per tant, inestabilitat genètica. Exemple: BRCA-1 i BRCA-2. Gens supressors de tumors del microambient (Landscapers): Gens mutats a les cèl·lules del microambient tumoral, no a la pròpia cèl·lula tumoral. La seva mutació afavoreix el creixement del tumor i l’aport de nutrients i recursos. 19  Gens Supressors de tumors; Gatekeepers i Caretakers Copyright ® Mac Graw-Hill Education In the late 1990s, Kenneth Kinzler and Bert Vogelstein proposed a model of tumorigenesis based on their observations of the oncogenic mechanisms underlying hereditary colorectal cancer. Tumor-promoting genes were classified as gatekeepers, caretakers, and landscapers, according to their function. Gatekeeper genes encode proteins that regulate cell fate, be it proliferation, growth, arrest, death, or differentiation. Because deregulation of these mechanisms is likely to lead directly to abnormal growth, mutations in these genes correlate with the highest risk of cancer. Caretaker genes encode proteins that are responsible for guarding the integrity of the genome, with loss of function increasing the risk of acquiring mutations, for instance, in gatekeeper genes, that would lead to oncogenic growth. Mutations occurring in cells of the surrounding tissue stroma can create a microenvironment that is more permissive for tumorigenesis, and the associated genes were categorized as landscapers. As the functions of these genes are primarily supportive, in isolation, these mutations are much less penetrant. 20 Gens supressors de tumors; Exemples 21 P53; la guardiana del genoma La proteïna p53 és un Factor de Transcripció. Quan s’activa degut a un dany en l’ADN, activa la transcripció de gens inhibidors de CDK per tal d’aturar el cicle cel·lular. Gatekeeper La p53 també pot induir a l’apoptosi de la cèl·lula si el dany cel·lular és molt gran. 22 P53; la guardiana del genoma © 2011 Pearson Education, Inc. In a normal cell, p53 is inactivated by its negative regulator, mdm2. Upon DNA damage or other stresses, various pathways will lead to the dissociation of the p53 and mdm2 complex. Once activated, p53 will induce a cell cycle arrest to allow either repair and survival of the cell or apoptosis to discard the damaged cell. How p53 makes this choice is currently unknown. 23  Retinoblastoma, pRb Cyclin D1/ CDK4 and CDK6/ Rb/ E2F pathway for G₁ to S transition. General Rb-E2F pathway whereby E2F activity is controlled by the phosphorylation state of Rb. S. Akin et al. (2014) A novel targeted therapy in breast cancer: Cyclin dependent kinase inhibitors. Journal of A. Gruenzel (2011) The Role of E2F3 Phosphorylation in Rb-mediated Tumorigenesis B.U.ON.: official journal of the Balkan Union of Oncology and Embryonic Development. Link 19(1):42-6 24 BCRA1 i BCRA2 Caretaker BRCA1 and BRCA2: chromosome custodians. (A) The structural domains of human BRCA1 (1863 amino acids) and BRCA2 (3418 amino acids) proteins. An additional RAD51-binding region at the C terminus of BRCA2 is not marked, for simplicity. (B) Functions of BRCA1 and BRCA2 at different stages of the cell cycle discussed in the main text. During HR-mediated repair of replication-associated DNA damage, BRCA1 helps to initiate HR by displacing 53BP1 (p53 binding protein 1), thus triggering end resection (scissors). The C-terminal DNA binding domain of BRCA2 binds to the junction between ssDNA and dsDNA at the lesion, displacing RPA, an ssDNA-binding protein. The BRC repeats of BRCA2 bind to RAD51 recombinase and recruit it to the lesion. The BRC repeats promote nucleoprotein filament formation by stabilizing RAD51 ssDNA interactions while inhibiting RAD51-dsDNA binding. Both BRCA1 and BRCA2 participate in G2 checkpoint enforcement. During mitosis, they promote mitotic spindle assembly (BRCA1) and regulate the mitotic checkpoint (BRCA2). BRCA2 participates in the abscission step of cytokinesis through functions at the midbody. Not all proposed functions of the BRCA proteins in chromosome maintenance are shown. Further detail is provided in the text. ASHOK R. VENKITARAMAN (2014) Cancer Suppression by the Chromosome Custodians, BRCA1 and BRCA2. Science. Vol 343, Issue 6178. pp. 1470-1475. DOI: 10.1126/science.1252230. Link 25 Metilació dels gens supressors de tumors en provoca la inactivació Methylation of multiple genes within tumor cell genomes. This three-dimensional bar graph summarizes measurements of the methylation state of the promoters of 12 different genes (p16INK4A, p15INK4B, p14ARF, p73, APC, BRCA1, hMLH1, GSTP1, MGMT, CDH1, TIMP3, and DAPK) that are known or presumed to play an important role in suppressing the development of human tumors. The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Link. 26  La transformació maligna sol ser acumulativa; Exemple colorectal The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Link. 27 El circuit integrat de la cèl·lula Progress in dissecting signaling pathways has begun to lay out a circuitry that will likely mimic electronic integrated circuits in complexity and finesse, where transistors are replaced by proteins (e.g., kinases and phosphatases) and the electrons by phosphates and lipids, among others. In addition to the prototypical growth signaling circuit centered around Ras and coupled to a spectrum of extracellular cues, other component circuits transmit antigrowth and differentiation signals or mediate commands to live or die by apoptosis. As for the genetic reprogramming of this integrated circuit in cancer cells, some of the genes known to be functionally altered are highlighted in red. Douglas Hanahan and Robert A. Weinberg. (2000) The Hallmarks of Cancer. Cell, Vol. 100, 57–70. 28  Institut Hospital del Mar, Parc de salut Mar. Laboratori Clínic i Biomèdic. MP8UF2 i MP7UF2: Immunologia Tema 2.3. Immunitat antitumoral i immunoteràpies Curs: 2024-25 LAB, Immunologia Professor: Jofre Sendrós Gil MP8UF2RA03 Gradació i estadificació dels tumors; Sistema TNM T (Grandària del tumor): Abast i extensió del tumor primari. T0 – T4. N (Ganglis, o Nòduls limfàtics): Disseminació del tumor a ganglis limfàtics propers. N0 – N3. M (Metàstasi): Presència (M1) o absència (M0) de metàstasi a òrgans distants. Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. 2  Gradació i estadificació dels tumors; Sistema TNM Categoria T: El Tumor Primari TX indica que no hi ha informació sobre el tumor primari o que no va ser possible la seva anàlisi. T0 indica que no es té evidència del tumor primari (que no es va poder localitzar). Tis significa que les cèl·lules canceroses es reprodueixen a la capa més superficial del teixit on es va originar el tumor, sense envair els teixits més profunds. Pot ser que un tumor amb aquesta classificació sigui referit també com a càncer in situ o pre- càncer. Qualsevol número de seguida de la lletra T (com T1, T2, T3, T4) podrien descriure la mida del tumor i/o quant s'ha propagat cap a estructures properes al cos. Com més gran sigui el nombre T, més gran la mida del tumor i/o més gran la propagació a teixits propers. Categoria N: Els Ganglis (Nòduls) Limfàtics NX indica que no hi ha informació sobre els ganglis limfàtics propers o que no va ser possible la seva anàlisi. N0 indica que els ganglis limfàtics propers no contenen càncer. Els números després de la N (com N1, N2, N3) podrien descriure la mida, la ubicació i/o el nombre de ganglis limfàtics propers afectats pel càncer. Com més gran sigui el número N, més és la propagació del càncer als ganglis limfàtics propers. Categoria M: Metàstasi M0 indica que no hi ha propagació distant del càncer. M1 indica que sí que hi ha propagació cap a teixits o òrgans que són distants al lloc on va sorgir el càncer. 3 Gradació i estadificació dels tumors 4  Practiquem... Quina classificació, utilitzant les sigles TNM, faríeu d’aquests tumors, a partir de la seva descripció i en quin estadi els situaríeu? 1. Càncer de mama, amb un tumor primari de 5,5 cm, disseminat a diversos ganglis limfàtics propers, però que no ha arribat a altres òrgans del cos. 2. Càncer de pròstata mitjà, amb uns valors de PSA en sang de 15 ng/mL, sense afectació als ganglis limfàtics ni disseminació a altres parts del cos. 3. Tumor de bufeta amb invasió del greix perivisceral, sense afectació als ganglis propers ni disseminació a altres òrgans. 4. Melanoma amb ulceració que penetra 6 mm en la pell, amb afectació considerable als ganglis més propers però sense metàstasi. 5. Càncer de pàncrees de més de 4 cm, amb afectació a diversos nòduls limfàtics propers i aparició de tumors secundaris al fetge. 5  Marcadors tumorals; seguint la pista al càncer... Fisiopatología general, 2ª edición. Isabel Crespo González. Editorial Paraninfo. 6  Antígens tumorals (TATAs i TSTAs) Diferentes mecanismos generan antígenos de Inmunología de Kuby, 2007. McGraw Hill; 7 trasplante específicos de edition (2014) ISBN- tumor (TSTA) y antígenos 10: 6071511267. Pdf aquí! de trasplante relacionados con tumor TATA = Antígens Associats a Tumor. (TATA). Estos últimos son más frecuentes. TSTA = Antígens Específics de Tumor. (La T que falta ve de Transplant) 7 El cicle immunològic del càncer The generation of immunity to cancer is a cyclic process that can be self propagating, leading to an accumulation of immune stimulatory factors that in principle should amplify and broaden T cell responses. The cycle is also characterized by inhibitory factors that lead to immune regulatory feedback mechanisms, which can halt the development or limit the immunity. This cycle can be divided into seven major steps, starting with the release of antigens from the cancer cell and ending with the killing of cancer cells. Each step is described above, with the primary cell types involved and the anatomic location of the activity listed. Abbreviations are as follows: APCs, antigen presenting cells; CTLs, cytotoxic T lymphocytes. Daniel S. Chen and Ira Mellman. (2013) OncologyMeetsImmunology:TheCancer- ImmunityCycle. Immunity 39, Elsevier Inc. 8  DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) H. Nanini, C. Bernardazzi, H. D. de Souza (2018) Damage-associated molecular patterns Inmunología de Kuby, 2007. McGraw Hill; 7 edition in inflammatory bowel disease: From biomarkers to therapeutic targets. World Journal (2014) ISBN-10: 6071511267. Pdf aquí! of Gastroenterology. World Journal of Gastroenterology 9  Limfòcits T citotòxics contra les cèl·lules tumorals Els DAMPs poden ser detectats per les CPA i fagociten Ags tumorals. Presenten els antigens. Comença; L’activació i migració del Limfòcits citotòxics cap a la zona del tumor i La migració dels Limfòcits helpers per estimular-los amb citocines. Anti-cancer immune responses. DCs, the professional antigen presenting cells of our immune system are important in the immunological control of cancer. When immature DCs take up cancer cells in the presence of pathogen or damage associated molecular patterns (e.g. viral components and HMGB1 respectively) several processes are started, including processing of tumor antigens for presentation in MHC molecules and DC maturation. The latter results in migration of the DCs to tumor draining lymph nodes where they in their fully mature state provide peptide/MHC complexes as well as co-stimulatory surface molecules (CD40, CD70, CD80, CD83, CD86, etcetera) and secreted cytokines (IL- 1, IL-6, IL-12, TNF- , etcetera) to both CD4+ and CD8+ T cells. In the lymph node, CD4+ T cells that recognize MHC II/peptide complexes via their TCR will upregulate CD40L as such initiating cross talk with CD40 expressing DCs. This further potentiates the DCs to stimulate CD8+ T cells. The latter can only be activated to CTLs after recognition of MHC I/peptide complexes by their TCR. The net effect of these interactions is activation of CD4+ T cells preferably to a TH1 phenotype and of CD8+ T cells to CTLs. Both will migrate to the tumor site. Here CD4+ T cells support CD8+ T cells in their killing spree by secretion of several cytokines and through direct help of tumor rejection. 10 Limfòcits T citotòxics contra les cèl·lules tumorals La resposta immunitària contra els tumors és bàsicament citotòxica, per tant, és mediada per limfòcits T citotòxics, ja siguin els CD8 o les Natural Killers. La capacitat del sistema immunitari de detectar tumors s’anomena vigilància immunològica. 11  Com mata un limfòcit T citotòxic? Perforines i Granzimes Perforines: Perforen. Granzimes: Proteases. Inmunología de Kuby, 2007. McGraw Hill; 7 edition (2014) ISBN- 10: 6071511267. Pdf aquí! Els limfòcits T citotòxics CTL = Citotoxic T Lymphocyte primer reconeixen l’antigen presentat per MHC I gràcies al seu TCR, després s’acoplen a la cèl·lula tumoral connectant les membranes cel·lulars i es desgranulen, alliberant les perforines i granzimes. 12  Com mata un limfòcit T citotòxic? Perforines i Granzimes Inmunología de Kuby, 2007. McGraw Hill; 7 edition (2014) ISBN- 10: 6071511267. Pdf aquí! En este modelo, el aumento de Ca2+ intracelular que desencadena la interacción de CTL y la célula blanco (1) induce exocitosis, en la cual se fusionan los gránulos con la membrana de la célula CTL (2) y se libera perforina monomérica hacia el espacio pequeño entre las dos células (3). Los monómeros de la perforina liberada experimentan un cambio de conformación inducido por Ca2+ que les permite insertarse en las membranas de la célula blanco (4). En presencia de Ca2+ se polimerizan los monómeros dentro de la membrana (5) y forman poros cilíndricos (6). 13  Com mata un limfòcit T citotòxic? Inmunología de Kuby, 2007. McGraw Hill; 7 edition (2014) ISBN-10: 6071511267. Pdf aquí! Dos vías de apoptosis de células blanco que estimulan linfocitos T citotóxicos (CTL). a) Vía Fas. La fijación de unidades triméricas de Fas por ligando Fas originado en CTL conduce a la unión de los dominios de muerte de Fas con FADD, lo que a su vez tiene como resultado una serie de reacciones que conducen a apoptosis de la célula blanco. b) Vía perforina/granzima. La exocitosis de gránulos libera granzimas y perforina del CTL hacia el espacio entre este último y la célula blanco. La granzima B penetra la célula blanco en dos formas: a través de poros generados por perforina o por unión a receptores de 6-fosfato de manosa que se endocitan después. A continuación se libera la granzima B al citoplasma en un proceso dependiente de perforina. La segmentación de procaspasa 8 por granzima B activa una cascada de caspasa que causa la muerte apoptósica de la célula, y la interacción de granzima B con otros blancos puede crear vías de muerte mediadas de manera mitocondrial. 14  Com mata un limfòcit T citotòxic? A) B) Death receptors (A) Five families of “death receptor” proteins are displayed on the surfaces of various types of mammalian cells. For example, the FasL and APO2L/TRAIL ligands bind to the FAS, DR4, and DR5 death receptors (top left). The cytoplasmic tails of these receptors act via the FAS-associated death domain (FADD) protein to assemble a death-inducing signaling complex (DISC), and the latter proceeds to convert procaspases 8 and 10 into their respective active caspases. These then converge on the caspase cascade that is activated through the intrinsic apoptotic program. (B) Death receptor ligands, notably FasL, are frequently used by cytotoxic T lymphocytes (CTLs) to kill cancer The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Link. cells, which display the FAS receptor on their surfaces. (In addition, granzymes may be injected by CTLs into target cells) In this colorized scanning electron micrograph, a CTL FASL (Lligand de FAS, a la Superfície del LT (orange) is attacking a cancer cell, which is in cit) FAS (Receptor de mort) the throes of apoptosis, as evidenced by the numerous blebs on its surface. 15 Com mata un limfòcit T citotòxic? FASL (Lligand de FAS, a la Superfície del LT cit) FAS (Receptor de mort) FADD (Domini actiu que activa l’apoptosi) The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) Link. 16  Evasió del sistema immune La inhibición de la expresión de MHC de clase I sobre las células tumorales puede permitir al tumor escapar al reconocimiento mediado por CTL. Es posible que la inmunorreacción en sí participe en la selección de células tumorales que expresan concentraciones más bajas de moléculas MHC clase I al eliminar de manera preferencial las células que expresan concentraciones elevadas de estas moléculas. Las células tumorales malignas que expresan menos moléculas MHC pueden escapar así a la destrucción mediada por CTL. Inmunología de Kuby, 2007. McGraw Hill; 7 edition (2014) ISBN- 10: 6071511267. Pdf aquí! 17 Natural Killers i hipòtesi del “Missing-self” J. Dębska- Zielkowska et. Al. (2021) KIR Receptors as Key Regulators of NK Cells Activity in Health and Disease. Cells 2021, 10(7), 1777; https://doi.org/1 0.3390/cells1007 1777. “Missing self” hypothesis according to NK cells kill cells with weak or no MHC-I expression. MHC molecules play a protective role against normal host cells, protecting them against lysis through NK cells. (A) On a normal cell there are MHC antigens (ligands for KIR)—no reaction. (B) On tumor/infected cells no MHC- NK cells activation. https://en.wikipedia.org/ wiki/Natural_killer_cell 18 Immunoteràpies; Vacunes de Cèl·lules Dendrítiques En càncer de pròstata resistents a castració s’ha utilitzat amb èxit. La idea consisteix en cultivar Cel·lules Dendrítiques del pacient amb gens d’antígens tumorals. En re- injectar les cèl·lules al pacient, aquestes activaran els LT per lluitar contra el càncer. Giuseppe Di Lorenzo, Carlo Buonerba & Philip W. Kantoff (2011) Immunotherapy for the treatment of prostate cancer. Nature Reviews Clinical Oncology. Volume 8, pages 551–561. 19 Immunoteràpies; Expansió Ex-vivo de limfòcits infiltrants de tumor (TILs) Les immunoteràpies adoptives són totes aquelles que consisteixen en extreure cèl·lules pròpies del pacient, cultivar-les ex-vivo o modificar-les genèticament, per després re-injectar-les al pacient i que realitzin la seva funció. Amb aquesta estratègia s’eviten els rebuigs ja que les cèl·lules són pròpies. Una opció és aïllar els limfòcits infiltrants de tumor a partir d’una mostra de biòpsia i cultivar-los i expandir-los en un cultiu mitjançant citocines (IL-2), posteriorment injectar els limfòcits de nou al cos del pacient i esperar que s’encarreguin de matar el tumor. L’inconvenient és que cal tenir una biòpsia relativament gran per poder fer aquest procés. S’aplica en melanoma metastàtic, càncer colorectal i de coll uterí. Nicholas P. Restifo, Mark E. Dudley & Steven A. Rosenberg (2012) Adoptive immunotherapy for cancer: harnessing the T cell response. Nature Reviews Immunology. Volume 12, pages269–281. 20  Immunoteràpies; Modificació del TCR dels LTs Una altra immunoteràpia adoptiva consisteix en extreure els limfòcits T de l’organisme i cultivar-los a l’hora que se’ls modifica el TCR. Això farà que, en re-injectar els limfòcits, aquests tinguin un receptor específic contra els antígens tumorals que ens interessi. Al cultiu de limfòcits se li afegeix un vector víric portador d’un gen determinat que codifiqui per les proteïnes del TCR específic de tumor. Els limfòcits comencen a expressar aquest TCR i es re-injecten al pacient. Malgrat tot, aquesta immunoteràpia ha mostrat alts nivells de toxicitat i, a dia d’avui, no passa els assajos clínics. Nicholas P. Restifo, Mark E. Dudley & Steven A. Rosenberg (2012) Adoptive immunotherapy for cancer: harnessing the T cell response. Nature Reviews Immunology. Volume 12, pages269–281. 21  Immunoteràpies; LTs amb Receptor Antigènic Quimèric (CARs) Què passa si fabriquem nosaltres mateixos els receptors? Lekha Mikkilineni & James N. Kochenderfer (2021). CAR T cell therapies for patients with multiple myeloma. Nature Reviews Clinical Oncology. Volume 18, pages71–84. Els receptors quimèrics tenen un domini extracel·lular que reconiex antígens tumorals fet a partir d’anticossos i un domini intracel·lular fet a partir del TCR. 22 Immunoteràpies; LTs amb Receptor Antigènic Quimèric (CARs) 23 Immunoteràpies; LTs amb Receptor Antigènic Quimèric (CARs) https://www.cancer.gov/espanol/cancer/tratamiento /investigacion/celulas-t-y-car La teràpia amb CAR-T consisteix en extreure limfòcits T del pacient, cultivar-los ex-vivo insertant-los el gen dissenyat que codifica per © 2017, Terese Winslow LLC U.S. el receptor quimèric i finalment reinjectar-los Govt. has certain rights. al pacient. 24 Immunoteràpies; Anticossos monoclonals contra el càncer (PD-1 i PD-L1) 25 Immunoteràpies; Anticossos monoclonals contra el càncer (CTL-A4) T-cell response is activated when CD 28 interacts with B7, however when B7 interacts with CTLA-4 the T-cell response is inactivated. Blocking CTLA-4 with ipilimumab, B7 can interact with CD28 leading to activation of the T-cell response. APC, antigen presenting cell; CTLA-4, cytotoxic T-lymphocyte antigen-4; MHC, major histocompatibility complex; TCR, T-cell receptor 26 Immunoteràpies; Anticossos monoclonals contra el càncer https://www.science.org/doi/10.1 126/science.aar4060 Temporalització i desenvolupament clínic dels anticossos monoclonals Anti-CTLA-4, Anti-PD-1 i Anti-PD-L1, des dels primers assajos clínics en humans fins a l’aprovació per part de la Food and Drug Administration, agencia estadunidenca del medicament. 27