Glavač, Damjan

Ravnik-Glavač, Metka

Slovene

Digital repository of Slovenian research organizations

MoLEKUIARNA GBNETIKA PLJUČNEGA RAKADamjan Glavac, Metka Ravnik-GlavačŠtevilna odkritja zadnjih let dokazujejo, da je rak genetska bolezen. Tudi zanastanek pljučnega raka je vzrok kopicenje okvar v genĺh, ki so neposredno aliposredno vpleteni v uravnavanje rasti, delitve, diferenciacije ali umiranje celic.Z metodami sodobne molekularne genetike so Že odkrili nekatere genetskedejavnike, ki imajo pomembno vlogo pri pljučni kancerogenezi, vendar panatančni mehanizmi še niso znani' Pljučni rak je tudi paradĺgmatični primerraka induciranega s karcinogeni' Epidemiološke študije so namreč pokazaleneposredno povezavo med pljucnim rakom in karcinogeni iz okolja, predvsemnpr. cigaretnim dimom, organskimi topili, ioni nekaterih teŽkih kovĺn, azbestom,radonom ipd. Vendar pa ostaja večina molekularnih dogodkov na nivoju celice,ki kulminirajo v nastanku pljučnega raka, še vedno le slabo razumljenĺh. To, davečina kadilcev ne razvije pljučnega raka, navaja na obstoj podedovane pre-dispozicije ali na vpliv dodatnih karcinogenov. Respĺratorne bolezni se pravtako nagibajo k razvoju pljučnega raka. Študĺrali so druŽine s pljučnim rakom.Ugotoviliso, da je razvoj pljučnega raka pri bolnikih, mlajših od 50let, primerljivz Mendlovim kodominantnim dedovanjem, ki velja za zelo redke avtosomalnegene' Povezanosti gena z boleznijo pa niso mog|i potrditi, če so v študij zajelitudĺ starejše bolnike (nad 50 let) s pljučnim rakom. Določeni encimi lahkometabolizirajo pro-mutagene in prokarcinogene spojine v tobačnem dimu.Tako je npr encim citokrom P4501A1 zelo močno izrażen na nivoju RNA v nor-malnem pljučnem tkivu kadilcev, medtem ko ga skoraj ni zaslediti v normalnemtkĺvu nekadilcev. Sposobnost metabolizacije karcinogenov tobačnega dima jetorej genetsko pogojena, kar se kaŽe pri posameznikĺh kot večja dovzetnost zarazvoj pljučnega raka.Hĺter razvoj genske tehnologije in molekularne biologije je omogočil prepozna-vanje številnih genskih alteracij pri pljučnem raku. Toda za večino dosedajznanih genetskih nepravilnosti sta vprašljivi tako njihova pomembnost V razvo_ju karcinogeneze pljučnega raka kot tudi njihova molekularno diagnostičnavrednost. Njihovo diagnostično pomembnost zato oteŽuje tudi to, da je bilavečina molekularno genetskĺh študij narejena na celičnih kulturah drobno-celičnega karcinoma, ki predstavlja le okoli 20% celotnega pljučnega raka.Specifični genetski dogodki, ki vodijo do neoplazije, se tako razlĺkujejo od vrstetumorja in jih je teŽko posplošiti na kancerogenezo pljučnega raka. Najpo-membnejša odkritja v zadnjih letih se nanašajo na genetske okvare, povezanez aktĺvacijo onkogenov in inaktivacijo za tumorje zaviralnih genov'OnkogeniGeni, ki so odgovorni za pozitivne signale, so onkogeni' onkogeni so mutĺraneoblike človeških celičnih genov, proto-onkogenov, ki so najpogosteje vključeni17V prenos signalov ali regulacijo izraŽanja genov. Skupno Vsem onkogenom je'da mutacije v teh genih vodijo do dodatnih funkcij njihovih proteinov oz. pove-čajo aktivnost njihovih proteinov. V normalnih celicah obstaja interakcija medpozitivnimi (celična rast) in negativnimi signali (diferenciacija in ustavitev rasticelic), kar ohranja ravnovesje v celici. Prekomerna stimulacija pa povzroči ne-kontrolirano celično delitev. onkogeni delujejo dominantno, kar pomeni, da jeprekomerno delovanje enega samega alela dovolj za povečano rast celice,katere rezultat je klonalna ekspanzija te celične linije. V resnici onkogeni delu-jejo na vseh nivojih biokemijskih procesov, vključujoč hormonc, receptorje,encime in transkripcijske dejavnike. Pri pljučnem raku je predvsem pomembnaaktivacija onkogenov iz druŽine myc in ras ter vloga rastnih faktorjev predvsemepidermalnega rastnega faktorja (EGF) in tranformirajočega rastnega dejavni-ka (TGF-alpha).Tabela 1: Genetske alteraciie v onkogenih in za tumorie zaviralnih genov prinlillňnam rąlnlDrobnocelični karcĺnomc-myc, L-myc, N-mycc-raf, c-myb, c-erbc-fms, c-rlfp53Rbostali tipi oljučnega rakaK-ras, N-ras, H-rasc-myc, c-raf, c-fes, c-erbC-sis, bcl-1p53Rbonkogeni dľužine ľasonkogeni druŽine ras (K-ras, N-ras, H-ras na treh različnih kromosomskihlokusih 1,11 in'12) so med najbolj pogosto aktiviranimi onkogeni pri raku nasplošno. Gen Ras kodira protein, ki se nahaja znotraj plazemske membrane inima GTP-azno aktivnost ter sodeluje pri prenosu signalov, pomembnih zaindukcijo celične rasti. Aktivirajo ga točkaste mutacije (najpogostejše so nakodonih 12,13in 61), kispremenijo aminokislinsko sekvenco p21. Najpogo-stejša je zamenjava glicina na mestu 12 z valinom. Posledica mutirane oblikeproteina je počasnejši prenos signala v celico, kar povzroči nekontroliranoindukcijo celične rasti. Mutacije so identiÍicirali v pribliŽno 30% adenokarcino-mov kadilcev in so povezane s slabo prognozo za bolnika.onkogeni dľužine mycGenetske spremembe V c-myc onkogenu so bile ene prvih identiÍiciranih pripljučnem raku. Myc ima pomembno vlogo pri mehanizmu podvojitve DNA,uravnavanju prehoda iz G0 v G't v celičnem ciklusu in diferenciaciji celic. Celič-na kultura drobnoceličnega karcinoma pljuč z močno izraŽenim myc onkoge-nom je imela zelo kratek čas podvojevanja in povečano odpornost na X-Žarke.Povečana ekspresija v drobnoceličnih karcinomih pljuč je povezana s slabimodzivom bolnika na kemoterapijo in skrajša preŽivetje.1BRastni dejavnfü in ľegulaciia kontrole ľastiUsklajena rast, razvoj tkiv, obnova in odmiranje celic temelji na sposobnosticeĺic, da medsebojno komunicirajo. Regulacija poteka npr. z izločanjem rastnihfaktorjev in povečanim izraŽanjem receptorjev zanje. Tumorske celice, ki proiz-vajajo rastnĺ faktor in ekspresirajo receptor' lahko kaŽejo avto-stimulatorno aliavtokrino delovanje. Celice, ki so regulirane po takem mehanizmu, imajo na-slednje značilnosti' Ko izločajo biološko aktivni rastni faktor, pľide tudi doprekomernega razmnoževanja. Protitelesa, ki se veŽejo speciÍično na rastnidejavnik, bodo to razmnoŽevanje upocasnĺla. Erb B-2 je član druŽine epider-malnega rastnega faktorja (EGFR), ki obsega tri gene strukturno podobnestrukturi receptorja: t.j.; z zunanjo domeno zavezavo liganda, transmembran-sko domeno in citoplazmatsko tirozin kinazno domeno. Erb B-2 je močnoaktiviran v adenomih in ploščatoceličnih karcinomih pljuč, medtem ko se slaboizraŽa ali pa sploh ne v drobnoceličnem karcinomu. Visoko izraŽanje Erb B-2 vadenokarcinomu je povezano s skrajšanim preŽivetjem.Tranformirajoči rastni dejavnik (TGF-alpha) je enojna polipetidna veriga, ki josestavlja 50 aminokislin. strukturno in funkcijsko je podoben epidermalnemurastnemu dejavniku (EGF) in se veŽe na EGFR' Ugotovljeno je bilo, da je TGF-alpha pomemben rastni dejavnik z avtokrinim delovanjem predvsem pri skva-moznocelĺčnem karcinomu in adenokarcinomu pljuč.Tumoľsko zav ĺr alni ge niDruga skupina genov' ki je morda še bolj pomembna za nastanek in progresi-jo različnih tipov pljucnegaraka, so za tumorje zaviralni geni. Ti geni kodirajoraznoliko skupino proteinov, ki s številnimi mehanizmi, negativno regulirajocelično rast in razvoj. Najnovejša odkritja biokemijskih in funkcĺonalnih študijza tumorje zaviralnih genov so pokazala, da so ti geni vključeni v številne inter-akcije protein-protein. Raziskave so bile najbolj intenzivno usmerjene v spoz-navanje uravnavanja cel|čnega cikla. Da postanejo tumor supresorski genivključeni v onkogenezo, morajo bĺti mutirani, tako da izgubijo svojo normalnovlogo prĺ negativni regulaciji. Najpogostejše mutacije so zato velike delecije alimanjše mutacije, ki povzročijo prezgodnje končanje prepisa in nastanek skra-jšanega proteina, ki izgubi svojo normaĺno vlogo. Do sedaj je bilo izoliranih inkarakteriziranih pribliŽno trideset tumor supresorskih genov, vendar ĺmajo pripljučnem raku pomembno vlogo le trije in sicer na kromosomskih lokusih; 3p,13q in 17p. lzguba kratke ročice kromosoma 3p je sploh najboljpogosta opa-žena mutacija pri pljučnem raku, sajje bila najdena pri 100% prĺmerih drobno-celičnega karcinoma in pri50% drugih pljučnih tumorjev.GenRBRb je eden prvih kloniranih tumorsko zaviralnih genov in je odgovoren za na-stanek druŽinske oblike retinoblastoma' Gen je |okaliziran na kromosomu13q14 in obsega pribliŽno 200 kilobaznih parov ĎNR. Sestav lja ga 27 eksonovin se izraŽa v proteinu 1'lOkDa' skoraj v vseh telesnih celicah. Protein je loka-liziran v jedru celice. Delecija RB gena ali njegova inaktivacija zaradi mutacij je'ĺ9povezana zrazvitlem retiniblastoma in sarkoma v druŽinah z dedno obliko reti-noblastoma. Mutirani ali deletirani RB gen pa prispeva tudi k nastanku števil-nih drugih tumorjev, saj so bile mutacije v RB genu najdene tudi v večjemštevilu drobno-celičnih pljučnih karcinomov in v manjšem številu (33% prime-rov) karcinomov mehurja in dojke. Mutacije v genu so lahko delecije ali inser-cije, ki ponavadi skrajšajo RB protein, ki je praviloma nestabilen. Take vrstemutacij so dokaz za izgubo dejavnost proteina. Veliko bolj iníormativne sotočkaste mutacije, ki spremenijo eno aminokislino. Take mutacije so našli vdveh predelih RB gena, v delu, ki kodira aminokisline med 393 in 572 in v pre-delu, ki kodira aminokisline od 646 do 772. Ta dva predela RB proteina se-stavljata Vezavno mesto oziroma interakcijsko mesto za številn celularne invirusne proteine. Vloga RB proteina je najbrŽ ta, da sodeluje s transkripcijski-mi dejavniki in uravnava njihovo zmoŽnost, da delujejo na številne gene, ki sopotrebni za vstop v S-fazo celičnega cikla. RB protein vsaj delno uravnavajo zafosforilacijo specifične kinaze. V mirujoči celici, v fazi G0 ali G1' je RB proteinprisoten v obliki kompleksa s celičnim transkripcijskim faktorjem E2F. EZF vpli-Va na uclnKovltost stevllnln genov, Kl Koolra;o encime, xi sinteilzirajo nuĺieoticiein polimerizirajo DNA (S faza genske ekspresije)' Če je RB gen okvarjen v pre-delih vezavnih mest, pride do sprostitve transkripcijskih dejavnikov, s tem paRB gen izgubi svojo nadzorovalno vlogo v celičnem ciklu. E2F protein se spro-sti Že v G1 Íazi in stimulira transkripcijo genoy ki so normalno dejavni v S-fazi.Veliko število celic v S- fazi je slab prognostični kazalec za večino tumorjev.Gen TP53Gen TP53 je lokaliziran na kratki ročici kromosoma'l7p13. Sestavlja ga 11eksonov in proizvaja 2,2 do 2,5 kb mRNA' ki se izraža v skoraj vseh tkivih vtelesu. P53 ima ključno vlogo pri kontroli genomske stabilnosti. Po fizikalni alikemični poškodbi DNA je naloga p53 namreč ta, da ustaviti rast celice, to pacelici omogoči, da popravi svojo DNA. V primeru, da je okvara DNA prevelika'pa nastopi apoptotična smrt celice' V inaktivacijo p53 proteina so vključeništevilni mehanizmi. Najpogostejši mehanizem inaktivacije p53 proteina v č|o-veških tumorjih je zaradi mutacij v TP53 genu. p53 pa inaktivirajo tudi produk-ti virusnih in celičnih onkogenov' Mutacije v TP53 so našli v pribliŽno 50 do60% vseh tumorjev. Najpogostejše so točkaste mutacije (87o/o) na enem alelugena, ki povzročijo nastanek napačnega proteina, drugi alel gena pa se izgu-bi. Večina mutacij je v predelu aminokislin 120 in 290. P53 mutacije so takozelo značilne tudi za pljučne tumorje in so jih našli v 33% pri adenocarcinomihin celo v 70% pri drobnoce|ičnem karcinomu. Te mutacije so večinomatransverzije GC v TA. (Slika 1) Ugotovljena je bila zelo močna povezava medpogostostjo teh mutacij in trajanjem izpostavljanja tobačnemu dimu. Prav takoso ugotovili, da se alteracije v p53 zgodijo relativno v zgodnji Íazi razvĄatumorja sajje bilo 30% mutacij najdenih Že pri milih ali zmernih displazijah innad 600/o p53 mutacij pri hudih displazijah. Kljub številnim študijam pa zaenkrat ne kaže, da bi p53 imel kakšno klinično pomembno vrednost za prog-nozo.20Slika 1: Pogosŕosŕ in narava mutacfi V genu TP53 pri pljučnem raku248 273175 A-vsi raki05{tĘ3{t20ĺ0015724824579B-pljučnirak5ĺ ĺ0ĺ ĺ5'| ^1 5l nĺ 5lĺlGenYHLGen VHL je bil odkrit leta 1993 pri študiju avtosomno dominantne dednebolezni Von Hippel-Lindau. Kodirajoči del gena vsebuje 852 nukleotidov, raz-deljenih v tri eksone. VHL gen se izraŽa v vseh človeških tkivih, protein sesto-ji iz 213 amino kislin. Ker je izguba heterozigotnosti (t.j. kromosoma 3p) enanajbolj pogostih napak v pljučnih tumorjih, so predvidevali, da bi lahko imel tagen pomembno vlogo tudi pri pljučnem raku. lzkazalo pa se je, da je gen muti-ran samo v zelo redkih primerih drobnoceličnega karcinoma.Zakĺiučlĺi in peľspektiva molekulaľne genetikePrenehanje izpostavljanja zunanjim kancerogenom (tobačnemu dimu, kemika-lijam ipd.) je trenutno najbolj učinkoviti način preprečevanja pljučnega raka.Ker pa tudi v prihodnosti ni pričakovati uresničitve tega cilja, ostajajo zgodnjadetekcija in nove terapevtske moŽnosti edino upanje' Molekularno genetskadiagnostika bo verjetno v prihodnje mnogo bolj prisotna pri identifikaciji visokorizičnih oseb in pri zgodnjem odkrivanju pljučnega raka nasploh. Genskozdravljenje bo v prihodnje verjetno mogoče. Dokazali so, da transfekcijatumorsko zaviralnih genov ali onkogenov v večini primerov zavre tumorskorast v rakavih celičnih linijah. Ker so celice respiratornega sistema zelo primer-na tarča za različne načine genskega zdravljenja (rekombinantne adeno-viruse, retroviruse in kationske liposome), lahko Že v bliŽnji prihodnostipričakujemo na tem področju velik napredek.21Liteľatura1. Swisher SG, Roth JA, Gene therapy for human lung cancers. Surg Oncol Clin N Am1998; 7(3):603-162. Salgia R, Skarin AT, Molecular abnormalities in lung.cancer, J Clin Oncol I 998; 16(3):1207-17.3. Groeger AM, Esposito V, Mueller MR, Caputi M, Kaiser HE, Giordano A, Advances inthe understanding of lung cancer. Anticancer Res 1997;17(4A):2519-22 .4. Martinet I Hirsch ER, Martinet N, Vignaud JM, Mulshine JL., (Ecls.) Clinical and Bio-logical Basis of Lung Cancer Prevention, 1998, Birkhauser Verlag, Berlin.22

Molekularna genetika pljučnega raka

http://dirros.openscience.si/Dokument.php?id=12162&dn=

Molekularna genetika pljučnega raka

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Digital repository of Slovenian research organizations