Oncogeni ed oncosoppressori

Oncogeni ed Oncosoppressori

Gli Oncogéni sono geni la cui costante attivazione comporta lo sviluppo del tumore. Allo stato funzionale normale, quando hanno ancora subito mutazioni in grado di attivarli, sono detti Protooncogéni. Gli antioncogéni o oncosoppressori sono geni la cui inattivazione comporta lo sviluppo del tumore, in modo che gli oncogéni sfuggono al controllo di oncosoppressori, o perché vengono eliminati i segnali inibitori della crescita e sviluppo cellulare.

Gli Oncogéni e gli Antioncogéni devono essere attivati, ovvero subire una modifica, tramite diversi meccanismi (vedi in seguito), che permette loro di esprimere il loro potenziale dannoso. Le delezioni, mutazioni etc., oltre a trasmettersi come normale carattere mendeliano, possono essere anche attivati mediante cancerogeni conosciuti (radiazioni, virus, cancerogeni chimici).

In particolare un oncogene generico onc, se presente nella cellula in studio ma originato da un virus oncogeno ad RNA, è definito v-onc; al contrario, se è presente come oncogéne cellulare proprio del corredo genomico di una cellula, è definito c-onc

1 Gene ed alterazioni geniche

Normalmente un gene presenta una struttura ben definita, caratterizzata dalla presenza di segmenti specifici:

Promoter: è il segmento che regola la trascrizione; in base a ciò che vi si lega, si sceglie se trascrivere o no il gene.

Enhancer: è il segmento che regola la velocità di trascrizione qualora il promoter sia stato attivato.

Gene: è il segmento vero e proprio con le informazioni specifiche per la proteina da sintetizzare.

Sequenze finali: codon non-senso, sequenze ripetute e invertite etc.; sono i segnali finali di avvenuta trascrizione.

L'espressione di una proteina può essere alterata per alterazione della regolazione (traslocazione di un nuovo promoter, delezione del promoter, mutazioni dell'enhancer etc.), o per alterazione dello stesso gene codificante

Le Mutazioni sono cambiamenti improvvisi di carattere genotipico per variazioni della sequenza di DNA. Queste possono essere:

Congenite: se restano confinate ad una popolazione.

Ereditarie: se si trasmettono in più generazioni.

Si distinguono diverse origini:

Spontanee: quando si verificano in ambiente in cui si presume non agiscano mutagéni.

Indotte: quando c'è l'impiego di sostanze mutagéne.

Si distinguono, inoltre, in:

Germinali: colpiscono i gameti e sono trasmissibili.

Somatiche: restano confinate e danno vita ai tumori

Le mutazioni somatiche a loro volta:

Geniche: su singoli geni;

Cromosomiche: intero assetto cromosomico, da cui si può avere un alterazione del numero dei cromosomi:

Aneuploidia: cromosomi in più o in meno rispetto al numero normale.

Iperdiploidia: presenza di frammenti attivi di cromosomi (Double Minutes) ove la presenza di copie di oncogeni in sovrannumero determina una loro amplificazione.

Aberrazioni strutturali

Delezioni (la massa di nucleotidi è minore).

Traslocazioni passaggio di materiale tra due cromosomi: intracromosomica, intercromosomica non reciproca, intercromosomica reciproca questo passaggio è mediato da enzimi detti ricombinasi, fondamentali per il passaggio di materiale che normalmente avviene nel corso della ricombinazione geniche (es. crossing-over).

Inversioni (di basi della stessa famiglia).

Duplicazioni (di tratti).

Isocromosomia (presenza di un cromatidio in più legato ad un cromosoma mediante lo stesso centromero).

Le alterazioni dei geni normalmente presenti nelle cellule sono responsabili modificazioni di:

Proteine-chinasi.

Fattori di crescita.

Proteine G.

Recettori per ormoni steroidei e tiroidei.

Proteine nucleari.

2 Oncogeni

2.1 Proteine-chinasi

Queste proteine sono responsabili dello stato di fosforilazione di svariate proteine che favoriscono la divisione cellulare, attivano cascate metaboliche per ottenere nuove proteine etc. La famiglia più importante è quella delle proteine tirosin-chinasiche citosoliche appartenenti alla famiglia src . Il bersaglio principale è il recettore della fibronectina (proteina della matrice extracellulare): se è molto fosforilato diminuisce la capacità di adesione alla matrice e ciò comporta un aumento della libertà cellulare.

Sono presenti, inoltre, altre tirosina-chinasi e serina/treonina-chinasi codificate da altri oncogéni quali abl raf mos e pin legati alla fosforilazione di altre strutture importanti quali:

Placche di adesione.

Giunzioni.

Filamenti di actina.

Sistema tubulare.

Tutti questi fattori possono rendere meno stabile la cellula nel tessuto in cui si trova permettendo una maggiore mobilità.

2.2 Fattori di crescita

PDGF: Platelet Derived Growth Factor normalmente un fattore di crescita secreto dalle piastrine durante i processi di coagulazione, prodotto anche da cellule endoteliali arteriose, dai macrofagi, monociti attivati, fibroblasti. La capacità altamente mitogenica suggerisce che il PDGF svolga un ruolo autocrino per le cellule tumorali.

I recettori della famiglia del PDGF comprendono almeno quattro tipi di recettori; i più importanti sono per PDGF e per CSF-1, entrambi con attività tirosin-chinasica

PDGFr: sono presenti sulle cellule mesenchimali, su fibroblasti e cellule muscolari lisce; è importante nel processo riparativo, contribuendo all'ispessimento dell'intima vasale. È il prodotto dell'oncogene v-sis, scoperto nel retrovirus del sarcoma della scimmia.

M-CSFr (CSF-1): Macrophage Colony Stimulating Factor Receptor; è codificatto dal protooncogéne fms , caratterizzato da un aumento dello stato di fosforilazione. Induce la comparsa di colonie per la linea macrofagica e ne stimola l'attività citotossica.

FGF: fattore di crescita per i fibroblasti che, nelle sue due forme acido e basico, agisce come fattore proliferante di cellule endoteliali, astrociti, cheratinociti, oligodendrociti, oteoblasti, cellule muscolari liscie e striate; coopera con l'EGF per l'invio di segnali proliferativi sulle cellule epiteliali dello strato basale. Nei tumori sul braccio lungo del cromosoma 11 sono stati riscontrati due oncogéni: int-2 e hst; questi codificano proteine con attività simile all'FGF, rispettivamente FGF-3^int-2 ed FGF-4^hst

TGF Transforming Growth Factor-β che ha un effetto duplice, stimolatorio e inibitorio sulla crescita; è infatti un soppressore per la crescita del Linfociti T e B, dei timociti e di alcune cellule ematopoietiche, quindi è importante nei trattamenti anti-rigetto post-trapianto, stimolando la produzione di p27 e p15^INK4b, responsabili del blocco in G₁, inibendo i complessi cdk4/D e cdk2/E; nei tumori, invece, ha effetto inibitorio sulla crescita quando è secreto con modalità autocrina.

È anche modulatore positivo della crescita in caso di trauma: è usato, infatti, per uso topico per la guarigione di ferite e per processi di riparazione ossea e cartilaginea; nei tumori agisce stimolando i fibroblasti e le cellule endoteliali favorendo l'organizzazione dello stroma del tessuto tumorale.

EGF : Epidermal Growth Factor, detto anche urogastrone per la sua attività inibente la secrezione gastrica, è legato all'iperespressione di EGFR in alcune linee di tumore: glioblastomi, carcinomi squamocellulari e tumori cerebrali. Il recettore EGFR, infatti, può essere codificato, solo la parte catalitica e, quindi, sempre attiva, dall'oncogene erb-B, localizzato sul cromosoma 7; esistono diversi tipi di recettore, ma il più importante è p170^erb-B-1. Questo recettore ha attività tirosin-chinasica

NGF: Nerve Growth Factor è attivo nel SN sui neuroni sensoriali, simpatici e parasimpatici; nei tessuti non nervosi agisce sui neutrofili, monociti, basofili e linfociti. Caratteristica di questo fattore di crescita è che il suo recettore NGFR è il protooncogéne c-trk (controparte cellulare normale del recettore TRK, Tropomiosin Receptor Kinase) che, dunque, può essere iperespresso a seguito di mutazioni; ha attività tirosin-chinasica trk codifica per due recettori: p75^NGF ha affinità per tutte le neurotrofine; p140^trk ha affinità specifica per l'NGF.

BDGF e CNF e NT 3-5: Brain Derived Growth Factor e Ciliary Neutrophic Factor e Neuro-Trophin 3, 4 e 5, simili al NGF.

Recettori per Insulina e IGF-I e IGF-II: fattori di crescita insulino-simili, cha agiscono con attività autocrina sulle cellule tumorali. Il loro recettore, con attività tirosin-chinasica, è molto simile strutturalmente alla proteina p250^ros, codificata dall'oncogene ros, che ha alta affinità per IGF-1; si può ottenere il fenomeno del traboccamento

HGF: Hepatocyte Growth Factor è un fattore di crescita pleiotropico, in particolare per i melanociti, cheratinociti, epitelio tubulare renale, epitelio gastrico ed epatociti normali. Il recettore per HGF è un dimero composto dal due catene (α+ β). L'oncogene met codifica per la proteina p145^met, strutturalmente identica alla catena del recettore per HGF.

2.3 Proteine G

Queste sono un gruppo di proteine capaci di legare GTP/GDP, modificando, così, il loro stato di attivazione. Lo stato attivo dipende dal GTP, mentre lo stato inattivo dipende dal GDP, entrambi dipendenti dal segnale pervenuto al recettore di membrana. La GAP (Proteina Attivante Citosolica) permette l'interazione tra la proteina G ed il substrato citosolico (ad es. adenilato ciclasi). I geni di queste proteine possono far parte della categoria degli oncogéni

La superfamiglia ras contiene almeno cinque sottogruppi di oncogéni: ras rho rac rab arf ran. I più importanti sono le proteine ras propriamente dette. Sono i trasduttori dei segnali che dai recettori arrivano alle serin/treonin-chinasi citosoliche e, quindi, al nucleo. L'attivazione costituiva di questi geni è responsabile dell'attivazione di questi segnali indipendentemente dal sistema ligando/recettore.

È noto che la GAP aumenta di 100.000 volte l'idrolisi di GTP dalla proteina G cui è legata, quindi, il segnale si esaurisce subito; anche questa proteina può essere inattivata amplificando il segnale che la cellula ha ricevuto. Se fosforilata, infatti, la GAP perde la capacità di aumentare l'idrolisi di GTP, lasciando la proteina G in fase attiva.

Al 97% è presente nel carcinoma pancreatico

2.4 Recettori per ormoni steroidei e tiroidei

Inizialmente il gene erb-A, il cui prodotto è a localizzazione nucleare, è stato ritrovato nel virus dell'eritroblastosi aviaria. Questo oncogéne codifica per una sequenza di aminoacidi simile a quella normale per glucocorticoidi e tiroxina, promuovendo sempre la trascrizione dei geni specifici, indipendentemente dagli ormoni.

2.5 Proteine a localizzazione nucleare

Alcuni oncogéni codificano per proteine localizzate nella membrana nucleare:

Myc : è attivo in sarcomi, carcinomi, leucemie mieloidi e leucemie causate da virus a RNA.

Fos: è attivo in osteosarcomi. Tra le proteine codificate da questo gene vi è anche quella adibita al controllo della sua trascrizione.

Jun : il prodotto di questo oncogéne è simile al fattore nucleare AP-1, stimolatore di trascrizione; è stato isolato dal virus del sarcoma aviario 17.

Myb: isolato da due differenti virus della leucemia mieloide aviaria ed è legato alla codifica di proteine a localizzazione nucleare. La sua espressione è massima in G₁.

3 Oncosoppressori

Molti dei geni oncosoppressori sono proteine DNA-binding, fattori di trascrizione responsabili di segnali proliferativi negativi. Questi geni sono recessivi, dunque c'è bisogno che si instauri omozigosi

Oncosoppressore RB e pRB o p110^RB1: è il gene caratteristico del retinoblastoma familiare. Il suo prodotto pRB o p110^RB1 è responsabile del legame con il complesso E2F. questo gene si trova sul cromosoma 13. Mutazioni, legami con proteine di origine virale come LTA di SV40 E1A degli Adenovirus ed E7 del papillomavirus possono inattivarla liberando il complesso E2F. In genere questa è attivata del TGF-β

Oncosoppressore p53: il gene codifica per la proteina p53 soprannominata "sentinella genomica": ha il ruolo fondamentale di indurre la sintesi di p21 (inducendo la trascrizione dell' oncogéne ras) legandosi al complesso cdk4/D impedendo la fosforilazione di pRB. La mutazione di p53 è presente in quasi tutti i tumori (70% CA colon, 50% tumore polmonare, 40% CA mammario); è presente sul locus 17q21 . Può essere inattivato mediante complessi con LTA (antigene T grande) di SV40 , con E6 del papillomavirus 16/18, con E1B degli Adenovirus e con EBNA-5 di Epstein-Barr.

Oncosoppressore WT-1: è presente sul locus 11p13 associato al tumore di Wilms (nefroblastoma). Questo gene è espresso in determinati tessuti per brevi periodi: nel sistema uro-genitale (cellule renali, del Sertoli, cellule della granulosa dell'ovaio, utero), nel peritoneo fetale e in strutture muscolari e cardiache. Ha un ruolo preponderante, infatti, nella formazione degli abbozzi uro-genitali e nello sviluppo di determinate strutture specifiche.

Oncosoppressore p16 : è presente sul cromosoma 9p21 . Il prodotto genico è la proteina p16 che si lega a cdk4 impedendole il legame alla ciclina D arrestando la cellula in fase G₁ Mutazioni a carico di 9p21 sono responsabili dell'insorgenze di melanomi

4 Geni dell'apoptosi e morte programmata

I geni meglio conosciuti sono quelli appartenenti alla famiglia bcl bcl-2 bax bcl-x S e bcl-x L; sono da considerare importanti anche analoghi del cd3 ICE) e cd4, così come i principali oncosoppressori p54, pRB e WT-1.

Le proteine più importanti sono bax e bcl-2. In effetti bax è la proteina apoptotica per eccellenza, innesca, infatti, meccanismi di produzione di radicali liberi proteasi e endonucleasi. In una cellula in condizioni stabili bax è alle stesse concentrazioni di bcl-2 cui è legato. Bcl-2, è espressa a livello mitocondriale, nucleare e reticoloendoplasmatico: è la proteina antiapoptotica per eccellenza: offre, infatti, protezione dai radicali liberi e dagli enzimi litici prodotti da bax. Spostamenti dell'equilibrio possono risultare fatali per la cellula, oppure possono conferirle immortalità. Le citochine sono al comando di questo equilibrio. Alcuni virus possono influenzare questo equilibrio:

Marcando ed eliminando la p53.

Producendo proteine con attività simile a bcl-2.