Câncer:Genes e ambiente

Prof. Dr. Rodrigo Cabral Luiz

OS GENES

Regulação do crescimento celular

� Um tecido vivo sempre mantém a mesma quantidade de células

� Esta quantidade é mantida pela relação entre a morte das células por apoptose e a velocidade de divisão celular para produção de novas células

� As células somente entram em divisão celular quando devidamente estimuladas por fatores de crescimento

cdk = ciclin dependent kinaseciclinas = proteínas degradadas de forma cíclica

Genes ativados pela E2F:

-Ciclina E

- síntese de nucleotídeos

- helicases

- primases

- DNA polimerase

- c-myc

- c-myb

- PCNA

Fator de crescimento

Fonte Célula-alvo

EGFEpidermal growth factor

Glândula submandibular e urina

Células epiteliais, mesenquimais e gliais

TGF-betaTransforming growth factor

Plaquetas, placenta, endotélio, macrófagos

Fibroblastos, queratinócitos

PDGFPlatelet-derived growth factor

Plaquetas, placenta, endotélio, macrófagos

Células mesenquimais, trofoblasto, células musculares lisas

Exemplos de alguns fatores de crescimento

Fatores de crescimento

� Atuam ao interagir com receptores celulares

� A interação desencadeia uma sinalização celular em cascata �transcrição de genes pró-mitóticos

Pl-3-K: fosfatidil-inositol3-quinase, PLC: fosfolipase C; MAPK: mitogen activated protein kinase; IP3: inositol 3 fosfato

GNTP: proteína liberadora de guanina

GDP: guanina difosfato

GTP: quanina trifosfato

Pl-3-K: fosfatidil-inositol3-quinase

PLC: fosfolipase C

GAP: proteína ativadora de GTPase

Parada no ciclo de divisões

� Ausência de FC

� Inibição por contato célula-célula

� Deficiências de nutrientes e oxigenação

� Lesão celular (organelas, DNA, ...)

Genes e neoplasias

(1) Proto-oncogenes: proteínas que estimulam a mitose � Oncogenes

(2) Genes supressores tumorais: proteínas que inibem a mitose

(3) Genes da apoptose

(4) Genes de reparo do DNA

(5) Genes de regulação da expressão gênica

Proto-oncogenes

� Alguns exemplos:� Genes de fatores de crescimento

• Gene sis (cadeia beta do PDGF) � c-sis: fibrossarcomas, osteossarcomas, ...

� Genes dos receptores de fator de crescimento

• Gene erb (receptor da EGF) � c-erbB : astrocitomas, adenocarcinomas (mama, ovário, ...)

• Gene ret � c-ret (receptor de fator neurotrópico): neoplasias de glândulas endócrinas

Proto-oncogenes

� Alguns exemplos:� Proteínas ligadoras de GTP:

• gene ras � c-ras: carcinomas de colo uterino, pâncreas, tireóide, ...

� Proteínas com atividade quinase:• Gene abl � abl-bcr: leucemia mielóide

crônica

Proto-oncogenes

� Alguns exemplos:� Ciclinas e cdks:

• Gene cdk4: melanomas e sarcomas

� Proteínas nucleares:• Gene myc (neuroblastoma), myb e fos

Como um proto-oncogene se transforma em um oncogene?

Proto-oncogene � Oncogene� Mutação por substituição

� Códons 12, 13 e 61 do gene ras � reduz a atividade da GAP� Gene ret � dimerização constitutiva: neoplasias endócrinas

� Mutação por inserção� Inserção de seqüências virais � novo promotor gênico

� Superexpressão gênica• c-sis : astrocitomas e osteossarcomas

� Amplificação gênica� Várias cópias de um mesmo gene

• her-2: CA mama• c-myc: carcinomas e leucemias• n-myc: neuroblastomas

Sonda para N-myc

Sonda para cromossomo 2

HSR

Sonda para N-myc

“DoubleMinutes”

Proto-oncogene � Oncogene

� Translocação cromossômica� Cromossomo philadelphia � gene abl-bcr:

leucemias

� t8;14 � gene Ig-myc: linfoma de Burkitt

Proto-oncogenes

� Para que um proto-oncogene se torne um oncogene, basta que haja mutação em único cromossomo

Padrão dominante de herança

Supressores tumorais

� Genes cujas proteínas participam dos sinais de parada no ciclo celular

� Falhas em sua atividade ou expressão também levam ao câncer

� A manifestação fenotípica é decorrente de um padrão recessivo de herança.

� Gene Rb: Retinoblastoma

� Gene p53: maioria do cânceres

� Gene p16 (INK4a): muitos cânceres

Supressores tumorais:

Supressores tumorais

� Para estes genes mutações SOMÁTICASe mutações HERDADAS podem promover resultados distintos

� Retinoblastoma e Rb

Lesão no DNA

Parada no cicloCelular/Reparo

Bcl-2Bax

Sinalização por lesão no DNA

Caspase 8

Bid

Bax

Bcl-2

Citocromo c

Apoptossomo

Caspase 9

Enzimas:- Topoisomerases- Proteases

(laminina e actina)

CAD (endonuclease)

Caspase 3

Caspase 6 e 7

bcl-2

Lesão no DNA

p53

p21GADD45

bax

+ +

CDK4

CiclinaD

-

Reparo no DNA

+

Correção

-

mdm2

+

CorreçãoImpossível

+

+

PARADA EM G1

SEGUE PARA S

APOPTOSE

RbE2F

-

E2F

Rb

-

Supressores tumorais:

� Receptor de TGF-β e via da E-caderina� Inibição do crescimento: Carcinoma de cólon

intestinal

� Gene DCC (Deleted in colon cancer)

� Receptor de matriz extracelular: Carcinoma de cólon intestinal

� Gene NF-1� Ativa a atividade GTPase de ras

Neurofibromatose tipo 1: Schwannomas e sarcomas

� Gene NF-2� Ligada ao citoesqueleto: função desconhecida

Neurofibromatose tipo 2 � SNC

Supressores tumorais:

SUPRESSORES TUMORAIS: Transdutores de sinais

� Gene APC� Regula crescimento e movimento celular por

contato com matriz extra-celular � Degradação da β-catenina

• proteína associada as caderinas, que promove sinal pró-mitótico pela via Wnt

(Polipose adenomatosa familiar do cólon)

� Gene WT-1� Transcrição nuclear: Tumor de Wilms

(nefroblastoma)

Supressores tumorais:

Supressores tumorais

� Bcl-2 � membrana mitocondrial, ao ser removida libera o citocromo C ativando o apoptossomo

� Caspases efetoras

Reparo do DNA

� hMSH2� reparo de mal pareamento� instabilidade de microssatélites: Câncer de

cólon não-polipose hereditário

Reparo do DNA

� Genes XP� reparo de excisão de nucleotídeos� sensibilidade à luz ultra-violeta

(Xeroderma pigmentoso)

Reparo do DNA

� Genes BCRA 1 e 2� envolvidas no reparo de excisão de

nucleotídeos no remodelamento da cromatina

� sinalização de apoptose(Câncer de mama)

Mantenedores da vida celular

� Gene da Telomerase� reparo dos telômeros� quando reativado permite a manutenção

das sucessivas divisões celulares

O AMBIENTE

- Agentes químicos- Agentes físicos- Agentes biológicos

Carcinogênese química

� John Hill: pólipo intestinal x rapé

� Sir Percival Pott: câncer de pele escrotal em limpadores de chaminés

Ativação

Nucleo

CÂNCER CLÍNICO

CÉLULANORMAL

Carcinogênese em múltiplas etapas

AlteraçõesGenéticas

ExpansãoClonalSeletiva

AlteraçõesGenéticas

Heterogeneidadecelular

Agente químico

INICIAÇÃO PROMOÇÃO PROGRESSÃOAgente físico oubiológico Irreversível Reversível

Conseqüências das lesões

Agressão ao DNA

Lesão

Fixação

REPARO E DIVISÃO CELULAR

Agentes Químicos,

Físicos e Biológicos

Reparo Apoptose

R

Dependência em relação ao ciclo celular

Células com alta taxa de divisão celular são mais sensíveis

Agentes de iniciação

� Agentes Genotóxicos = Mutagênicos

� Classificados de inúmeras formas- somáticas e germinativas- espontâneas e induzidas- endógeno e exógeno

Agentes de iniciação- local e mecanismo de ação

� no cromossomo� inibidores do fuso mitótico (ex.mitomicina)� agentes clastogênicos (ex. ciclofosfamida)

� no DNA� agentes alquilantes (ex. mostarda nitrogenada)� agentes intercalantes (ex. chumbo, aflatoxina)� agentes desaminantes, de “crosslink”, ...

Agentes de iniciação:- ativação metabólica

� Ação direta (ex. brometo de etídio)

� Ação indireta (ex. cisplatina, aflatoxina)� Metabolização de fase I (CYP1A1)

• Reação direta sobre a molécula (hidrólise)

� Metabolização de fase II (GST)• Conjugação com elementos hidrossolúveis

O O

O

O

O

OCH3

Aflatoxina B1

Benzopireno

Tabagismo Alcoolismo

Terpenos

- Estimulam eliminação de xenobióticos por ativação da GST (glutationa S-transferase)

Licopeno

- Antioxidante

Fibras

- Aumentam a velocidade do trânsito intestinal

- Reduzem a proliferação de bactérias que fazer a conversão secundária dos sais biliares

- Quela agentes genotóxicos

- Quando fermentadas liberam ácidos graxos de cadeia curta (ác. butírico)

�Induzem apoptose� Induzem diferenciação celular

Beta Glucana

- Antimutagênico polivalente

- Estimulante do sistema imunológico

Camelia sinensis

Polifenóis flavonóides

- Potentes antioxidantes- Alguns reduzem PA e glicemia

(catequinas)

Agentes de promoção

Agentes promotores de divisão celular

Também denominados oncopromotores

Exemplos: ésteres de forbol, ácido ocadóico,

dietilestilbestrol e ácidos biliares

A remoção do promotor � reversão

TPA

Diacilglicerol

≅

Ativação ProteinoquinaseC

1 – Estireno � mutação

2 - Xenostrógenos � promoção

Isoflavonas (genisteína e daidzeína)

- Similaridade com o estrogênio, ocupando os receptores estrogênicos

?

Procianidinas (~catequinas) da casca

- Induzem apoptose em células neoplásicas

Carcinogênese física

� Agente físicos genotóxicos:

� Calor

� Radiação não ionizante (UV)

� Radiação ionizante

Dímerosde pirimidina

Reparo de excisão de nucleotídeos

Reconhecimento

ProteínasXP

Incisão

Excisão

Reparo

XERODERMA PIGMENTOSO

Radiação ionizante

� Exemplos: Raio X e a radiação gama

� Capazes de danificar o DNA

� forma direta: quebra das ligações químicas

� forma indireta: produção de radicais livres pela radiólise

Radiação ionizante

� Órgãos e tecidos apresentam sensibilidade diferente à radiações ionizantes:

� sensíveis: medula óssea (leucemias)tireóide (jovens)

� intermediária: mama, pulmão e gland. Salivares

� resistentes: pele, ossos e TGI

Carcinogênese biológica

� Vírus:

� 2 Ciclos de vida:• lisogênico � integração do DNA viral ao

DNA celular• lítico � replicação viral e destruição da

célula

Papilomavírus (HPV)

� Vírus DNA: Cepas 16 e 18 � Carcinoma de cólo uterino)

� Produção das proteínas� E6 � induz a destruição da p53

� E7 � assume o local da proteína Rb em relação ao complexo com a E2F

� Progressão do carcinoma in situ é facilitada por desnutrição, alterações hormonais, tabagismo e infecções microbianas

Displasia no Exame de Papanicolau

Papilomas em cólon uterino

Vírus Epstein-Barr (EBV)

� Vírus DNA:• Linfoma de Burkitt africano• Linfoma de células B em imunodeprimidos• Doença de Hodgkin• Carcinomas nasofaríngeos

� Produção das proteínas� LMP-1 � inibe a apoptose por hiperexpressão de bcl-2

� EBNA-2 � ativa a ciclina D e membros da família src

� ativa o rearranjo nos genes das imunoglobulinas

Hepatite B (HBV)

� Vírus DNA

� Efeito indireto � Morte dos hepatócitos� Divisão celular para o reparo� Aumenta risco de mutações espontâneas e induzidas

� Efeito direto � proteína Hbx� Transcrição de ILGF-II e receptor de ILGF-I� Associação com p53 interferindo na parada do ciclo

Vírus da Leucemia de Células T Humano tipo I (HTLV-1)

� Vírus RNA

� Infecta células T CD4+

� Proteína tax � Transcrição de proto-oncogenes nucleares

• c-fos, c-sis, IL-2 e GM-CSF

� Impede a ligação entre a CDK4 e a p16

Carcinogênese por bactérias

� Helycobacter pylori

� Linfomas associados à mucosa (MALT)� Carcinomas gástricos

� Ação indireta� Induz proliferação de células T � células B� População de células B monoclonais independentes� Produção de etanol � acetaldeído

Fontes de Agentes Mutagênicos

Fonte Exemplo

Endógeno Radicais livres de oxigênio

Ocupacional Compostos petroquímicos

Dieta Cozimento de alimentos - aminas heterocíclicasConservantes, Contaminantes - aflatoxina

Estilo de vida Tabaco, Sol (luz UV)

Medicamento Antineoplásicos

Radiação Raio X, radioterapia, testes nucleares

Poluição Efluentes industriais, gases de veículos, agrotóxicos

Biológico Infecção crônica por vírus, bactérias ou parasitas