Genetyka nowotworzenia Magdalena Badura Katedra i Zakład Genetyki Medycznej UM w Poznaniu Onkogeneza (nowotworzenie) Wielostopniowy proces patologiczny, którego rezultatem jest powstanie nowotworu. Początkiem procesu nowotworowego jest pierwotna mutacja somatyczna w DNA Skutkiem pierwotnej mutacji są podziały komórkowe nie poddające się mechanizmom kontroli gospodarza KANCEROGENY MUTACJA KONSTYTUCJONALNA MUTACJA SOMATYCZNA WIELE GENÓW NOWOTWÓR Zawsze konieczne Nie konieczne Nowotwór jako choroba wieloczynnikowa Na wystąpienie nowotworu mają wpływ poza czynikami genetycznym (konstytucjonalne mutacje predysponujące do rozwoju nowotworu) również czynniki środowiskowe (tzw. karcynogeny). Zaliczamy do nich: Karcynogeny chemiczne: azbest, benzen, arsen, chrom, sadza, smoła, węglowodory aromatyczne, dym tytoniowy, estrogeny Karcynogeny fizyczne: promieniowanie Roentgena, radu, innych izotopów promieniotwórczych, promieniowanie nadfioletowe (słoneczne, lamp kwarcowych) Karcynogeny biologiczne: wirusy onkogenne Geny zaangażowane w onkogenezę 1. Onkogeny Prawidłowe elementy genomu człowieka - około 200 tzw. protoonkogenów (c-onc) Regulują wzrost i różnicowanie komórek, uczestnicząc w trandukcji sygnału do jądra komórkowego (czynniki wzrostu, receptory dla czynników wzrostu, kinazy tyrozynowe, czynniki transkrypcyjne) 1
Doprowadzają do transformacji nowotworowej, jeżeli nastąpi ich nadmierna ekspresja. Mutacje aktywujące protoonkogeny zachodzą w jednym allelu protoonkogenu są dominujące na poziomie komórkowym. Aktywacja potencjału onkogennego onkogenu: Mutacje punktowe (RAS) Translokacja (ABL, MYC) Amplifikacja (zwiększenie ilości kopii protoonkogenu) ERBB2 Poddanie onkogenu kontroli aktywniejszego promotora (np. retrowirusowego) Wirusy onkogenne Niektóre wirusy zawierają w swojej strukturze onkogeny (v-onc) przejęte z genomu kręgowców na drodze ewolucji Onkogeny wirusowe (v-onc) są aktywniejsze od protoonkogenów komórkowych (c-onc) Po zakażeniu komórki genom wirusa integruje się z genomem jądrowym i może spowodować transformację nowotworową komórki (np. poddając onkogen komórkowy kontroli silniejszego promotora) Przykłady: HPV, HBV, EBV, HIV1, HTLV 2. Geny supresorowe Geny, których zadaniem jest zapobieganie nowotworom Utrata lub inaktywacja obu alleli genu supresorowego prowadzi do rozwoju guza Geny supresorowe wykazują efekt recesywny na poziomie komórkowym! Siatkówczak (retinoblastoma) Najczęstszy nowotwór wewnątrzgałkowy u dzieci (1:25000 urodzeń żywych) Objawy: leucokoria (biała źrenica, kocie oko ), zez, wytrzeszcz 90% przypadków <5rż Występuje sporadycznie (60%, zwykle jednostronny) lub dziedziczona jest autosomalna dominująca predyspozycja do rozwoju nowotworu (40%, w 80% obustronny) Osoba predysponowana do rozwoju nowotworu odziedziczyła 1 zmutowany allel genu supresorowego Rb na chromosomie 13q14 (wszystkie komórki siatkówki mają tylko jeden prawidłowy allel genu Rb) Drugi allel traci w wyniku mutacji somatycznej (zjawisko utraty heterozygotyczności LoH) 90% osób z mutacją konstytucjonalną 1 allelu genu Rb zachoruje! Białko P53 Produkt genu supresorowego Zwane strażnikiem genomu Uszkodzenie DNA powoduje zwiększenie ilości P53 w komórce P53 wpływa na nasilenie procesu apoptozy i eliminację komórki z uszkodzonym DNA 2
TP53 Mutacja somatyczna genu TP53 jest najczęstsza zmianą genetyczną, występującą w procesie powstawania nowotworów u człowieka Leży u podłoża raka jelita grubego, sutka, płuca, mózgu i in. 3. Geny mutatorowe Mogą naprawiać mutacje prowadzące do aktywacji protoonkogenu lub inaktywacji genu supresorowego Mutacje w genach mutatorowych mogą prowadzić do rozwoju nowotworów! Zespoły dziedzicznej predyspozycji do powstawania nowotworów Powodowane mutacjami w komórkach rozrodczych Mutacje dotyczą onkogenów, genów supresorowych, mutatorowych Dziedziczą się zgodnie z prawami Mendla Nowotwory występują w młodszym wieku, mogą występować obustronnie lub wieloogniskowo. Nerwiakowłókniakowatość ( NF1, NF2) Gruczolakowatość mnoga wewnątrzwydzielnicza (MEN1, MEN2) Zespół Li-Fraumeni Zespół Gardnera Zespół Lyncha Zespół Peutz-Jeghers Autosomalny dominujący typ dziedziczenia Nerwiakowłókniakowatość typu 1 Choroba von Recklinghausena, Neurofibromatosis, NF1 Mutacje w genie supresorowym NF1 Nowa mutacja odojcowska 50% przypadków Częstość 30/100000 urodzeń NF 1 objawy kliniczne plamy café au lait nerwiakowłókniaki skóry guzki Lischa na tęczówkach (hamartoma z melanocytów) piegi pod pachami i w pachwinach niekiedy wielkogłowie, asymetria twarzy, nadciśnienie (zwężenie tętnicy nerkowej), niepełnosprawność intelektualna (10%), padaczka Glejaki nerwu wzrokowego Barwiaki chromochłonne Rhabdomiosarcoma NF 1- nowotwory 3
Zezłośliwienie nerwiakowłókniaka 5-10% Gruczolakowatość mnoga wewnątrzwydzielnicza (MEN) MEN1powodowana mutacją konstytucjonalną w genie MEN1, MEN2 w onkogenie RET MEN1: Gruczolaki przytarczyc, wysp trzustkowych, przysadki, powodujące nadczynność gruczołów Zagrożenie wystąpieniem raka tarczycy, raka nerki, rhabdomiosarcoma MEN2: Rak rdzeniasty tarczycy, pheochromocytoma, gruczolaki przytarczyc Niekiedy sylwetka marfanoidalna Zespół Li Fraumeni Spowodowany konstytucjonalnymi mutacjami w genie supresorowym TP53 Tendencja do występowanie od dzieciństwa mnogich nowotworów :mięsaków, raka sutka, raka nadnerczy, guza Wilmsa, nowotworów CUN, białaczek Częstość raka jelita grubego, płuc, pęcherza, jajnika podobna jak w populacji ogólnej FAP Rodzinna polipowatość gruczolakowata jelit, FAP, zespół Gardnera jest jednym z podtypów Mutacje w genie supresorowym APC Częstość 1/8000 urodzeń Od wczesnego dzieciństwa bardzo liczne polipy jelita grubego Ryzyko zezłośliwienia polipów przed 40 rż wynosi 100%! 1% raków jelita grubego powstaje na podłożu FAP Wymaga profilaktycznego postępowania chirurgicznego HNPCC Niepolipowaty rak jelita grubego (HNPCC/zespół Lyncha) Dziedziczony jest defekt naprawy nieprawidłowo sparowanych nukleotydów DNA (mutacja w genach mutatorowych MSH2, MSH6, MLH1, PMS1, PMS2) Rak jelita grubego 75% w wieku 75 lat (średni wiek diagnozy 45 lat) Rak trzonu macicy 40% kobiet z HNPCC Rak jajnika <10% kobiet z HNPCC HNPCC kryteria amsterdamskie (1999 r) U co najmniej 3 członków rodziny wykryto nowotwór związany z HNPCC (rak jelita grubego, rak endometrium, rak jelita cienkiego, rak dróg moczowych) Jeden z nich jest krewnym I stopnia dwóch pozostałych Chorują 2 kolejne pokolenia Przynajmniej u jednej osoby nowotwór był zdiagnozowany <50 rż Wykluczono FAP 4
Nowotwory zostały zweryfikowane histopatologicznie Zespół Peutz-Jeghers 1/2-1/3 to nowe mutacje w genie STK11 Objawy: polipy przewodu pokarmowego (każdy odcinek) przebarwienia na błonach śluzowych jamy ustnej, odbytu, narządów płciowych, na skórze dłoni, stóp Zespół Peutz-Jeghers - nowotworzenie Rak jelita cienkiego ryzyko 500x większe niż w populacji ogólnej Rak żołądka ryzyko 200x większe niż w populacji ogólnej Rak trzustki (100x) Rak jelita grubego (85x) Rak przełyku (60x) Rak jajnika (30x) Rak trzonu macicy, sutka, płuc (15-20x) 2. Zespoły związane z nieprawidłową naprawą DNA i łamliwością chromosomową Tendencja do spontanicznych pęknięć chromosomów Defekty mechanizmów naprawy DNA xeroderma pigmentosum ataksja-teleangiektazja zespół Nijmegen Xeroderma pigmentosum Inaczej: Skóra pergaminowata i barwnikowa Częstość 1/70.000 urodzeń Upośledzona naprawa DNA po uszkodzeniu promieniowaniem UV Występują liczne raki skóry (kolczysto- podstawnokomórkowe oraz czerniak) i bliznowacenie rogówki Ataksja-teleangiektazja (zespół Louis-Bar) Mutacja w genie ATM, którego produkt jest zaangażowany w inicjację naprawy podwójnej nici DNA 1-2,5/105 żywo urodzonych, heterozygoty 1% populacji ogólnej W kariotypie rearanżacje chromosomowe, zwłaszcza w obrębie 7 i 14 pary Łamliwość chromosomów nasila ekspozycja pacjenta na promieniowanie X Objawy: ataksja móżdżkowa, niedobór odporności, teleangiektazje, hipogonadyzm, 100 x wyższe ryzyko nt układu chłonnego (!), rak skóry, żołądka, sutka, jajnika 5
Zespół Nijmegen gen NBS1 Białko nibrin uczestniczy w naprawie uszkodzeń podwójnej nici DNA Większość pacjentów pochodzenia słowiańskiego (Polacy, Czesi) efekt założyciela Cytogenetyka aberracje struktury w 10-30% metafaz, zwykle w obrębie 7 i 14 pary chromosomów Łamliwość chromosomów nasila ekspozycja pacjenta na promieniowanie X Objawy: Małogłowie Niskorosłość W 30% prawidłowy rozwój intelektualny Ptasi profil (cofnięte czoło, małożuchwie) Podatność na infekcje Nowotworzenie częste chłoniaki z limfocytów B, medulloblastoma, glioma, rhabdomiosarcoma 3. Zespoły dysmorficzne z predyspozycją do nowotworów Zespół Beckwith-Wiedemann (guz Wilmsa, gonadoblastoma, rak nadnerczy, hepatoblastoma, ogółem 7,5%) Zespół Rubinstein-Taybi (oponiaki, ALL, pheochromocytoma, rhabdomiosarcoma, ogółem 5%) Zespół Sotosa (guz Wilmsa) Zespół Noonan (schwannoma) Stwardnienie guzowate (guzy serca, gwiaździaki, wyściółczaki, angiomiolipoma nerki- 75% pacjentów, rak nerki) Zespół Costello (rhabdomiosarcoma, schwannoma, rak pęcherza moczowego, ogółem 15%) Nabyte aberracje chromosomowe Powstają w przebiegu większości nowotworów złośliwych Zmiany w kariotypie następują w komórkach guza w miarę rozwoju choroby Niekiedy każda komórka guza ma inny kariotyp! Nasilenie i jakość zmian w kariotypie może być wskazówką prognostyczną Nie są dziedziczone Przykład - chromosom Philadelphia w przewlekłej białaczce szpikowej Chromosom Philadelphia Translokacja włącza protoonkogen c-abl chromosomu 9 w region BCR chromosomu 22 Powoduje to aktywację protoonkogenu Charakterystyczny dla przewlekłej białaczki szpikowej (CML) 6
Nowotwory sutka i jajnika 5% nowotworów sutka jest spowodowane dziedziczeniem mutacji w jednym z genów podatności: BRCA1 (30-40%) BRCA2 (10-30%) TP53 (<1%) PTEN (<1%) 1/3 przypadków rodzinnego występowania raka sutka spowodowana mutacją nieznanego genu BRCA1 i BRCA2 Biorą udział w regulacji procesów proliferacji komórkowej oraz replikacji i naprawy DNA. Hamują wzrost komórek raka jajnika i sutka in vitro Lokalizacja chromosomowa: BRCA1: 17q21 BRCA2: 13q12-13 Cechy raków zależnych od BRCA1 Średni wiek w momencie diagnozy raka sutka 40 lat. Średni wiek w momencie diagnozy raka jajnika 51 lata. W 32% przypadków obustronne raki sutka. Szybkie tempo wzrostu guza. Grupa wysokiego ryzyka zachorowania na raka piersi i/lub jajnika 3 krewnych dotkniętych rakiem piersi i/lub jajnika (włączając w to pacjentkę) Jednoczesny rak sutka i jajnika u pacjentki lub u jej krewnej I lub II stopnia Wcześniej stwierdzona u pacjentki mutacja genu BRCA1 2 raki piersi i/lub jajnika wśród krewnych I lub II stopnia (włączając w to pacjentkę) w tym jedno zachorowanie<50 rż Pacjentka lub jedna z jej krewnych I stopnia zachorowała na raka piersi lub jajnika< 40 rż Postępowanie diagnostyczne Pacjentki z rodzin odpowiadających kryteriom 1 i 2 powinny być w celach diagnostycznych kierowane do genetycznej poradni onkologicznej oraz włączone do badań nosicielstwa mutacji genu BRCA1 i ewentualnej mutacji innych genów rozwoju raka piersi i jajnika Kobiety z w.w. rodzin, z wyjątkiem pacjentek z rodzin, w których stwierdzono mutację genu BRCA1 a nie są nosicielkami tej mutacji, powinny być objęte programem profilaktycznym. Badanie nosicielstwa należy rozpocząć od pacjentki z już rozpoznanym nowotworem 7
Jeśli przy silnie obciążonym wywiadzie rodzinnym nie stwierdza się nosicielstwa mutacji genu BRCA1 wówczas cała rodzina pozostaje w grupie wysokiego ryzyka! W Polsce testowanie BRCA1 jest niezwykle efektywne (90% stanowią 3 mutacje: 5382insC, C61G i 4153delA) cena około 400 PLN WARUNKI: Osoba testowana musi być pełnoletnia! Przed i po teście obowiązuje przeprowadzenie specjalistycznej konsultacji przez genetykaonkologa. Wynik testu jest poufny Postępowanie profilaktyczne Od 20-25 rż badanie palpacyjne i obrazowe piersi (<35 rż - USG, 35-50rż mammografia i USG, >50rż mammografia); najkorzystniejsza opcja: coroczne badanie MRI) Od 30 rż coroczne badanie ginekologiczne+usg przezpochwowe z dopplerem Ca-125 w surowicy Profilaktyczne usunięcie przydatków Nosicielkom mutacji w BRCA1 z rodzin, w których wystąpiły zachorowania na raka jajnika <50 rż lub u jednej krewnej wystąpiły kolejne zachorowania na raka piersi i jajnika proponuje się profilaktyczne usunięcie przydatków. BRCA2 Częstość występowania mutacji jest zwiększona w rodzinach z rakiem piersi u mężczyzny (15%) U nosicielki mutacji BRCA2 ryzyko wystąpienia raka piersi sięga 31-56% (średni wiek 52 lata) Ryzyko wystąpienia raka jajnika sięga 11-27% (średni wiek 62 lata) Aktualizacja 2006-02-22 8