Cáncer

BIOL 5117 - Biología Celular y Molecular del
Cáncer
Carlos A. Acevedo Suárez, Ph. D
Oficina: Biología B-227, x2683
Horas de oficina:
lunes y miércoles 10:00-10:50 am
lunes a jueves 1:00-1:50 pm
[email protected]
academic.uprm.edu/~cacevedo/…
Tema 1: Cáncer: Historia y aspectos generales
Capítulo 1, Pecorino, 2016
Objetivos
Describir eventos importantes en la historia de la
caracterización del cáncer como enfermedad
Conocer algunos aspectos generales de los diversos
tipos de cáncer
Describir las características fundamentales adquiridas
por las células cancerosas
De acuerdo al diccionario de la Real
Academia Española de la Lengua
Cáncer:
1. adj. Dicho de una persona: Nacida bajo el signo
zodiacal de Cáncer. Yo soy cáncer, ella es piscis.
2. m. Med. Enfermedad neoplásica con transformación
de las células, que proliferan de manera anormal e
incontrolada.
3. m. Med. Tumor maligno.
4. m. Proliferación en el seno de un grupo social de
situaciones o hechos destructivos. La droga es el
cáncer de nuestra sociedad.
Algunos términos
Cáncer: Es un conjunto de enfermedades que se caracteriza por la
desregulación del crecimiento celular y por la invasión y diseminación de
células desde un punto de origen a otros lugares del cuerpo.
1 de cada 3 personas tendrá cáncer en su vida
~8 millones de muertes anuales: ~13% del total de muertes en el mundo
(en comparación ~2 millones muertes por VIH)
gco.iarc.fr/today/fact-sheets-cancers?cancer=29&type=0&sex=0
Tumor: crecimiento anormal de células, neoplasia
benigno (no invade tejido adyacente) ≠ cáncer
maligno (invade tejido adyacente y puede llevar a cabo metástasis) =
cáncer
Los tumores malignos se pueden clasificar en varios grupos, entre ellos:
carcinomas – derivados de células epiteliales (85% cánceres
humanos).
sarcomas – derivados de células del mesodermo
adenocarcinomas – derivados de tejido glandular
blastomas – cánceres del sistema nervioso, incluyendo algunos
sumamente malignos de la niñez
cánceres de células hematopoyéticas – linfomas y leucemias
Tumor benigno vs tumor maligno
Causas principales de muerte en el mundo:
2012
What kills more people: infectious
diseases or noncommunicable
diseases?
Noncommunicable diseases were
responsible for 68% of all deaths
globally in 2012, up from 60% in
2000.
The 4 main NCDs are
cardiovascular diseases, cancers,
diabetes
and
chronic
lung
diseases. Communicable, maternal,
neonatal and nutrition conditions
collectively were responsible for 23%
of global deaths, and injuries caused
9% of all deaths.
www.who.int/mediacentre/factsheets/
fs310/en/index2.html
Un poco de historia…
Fósiles de huesos de dinosaurios que vivieron hace 80 millones
de años contienen posibles células cancerosas.
3,000 años a. C.: Momias egipcias de esa era presentan evidencia de
cáncer en los huesos (osteosarcoma). Un papiro describe casos de
tumores cancerosos de mama tratados por cauterización.
400 años a. C.: Hipócrates propone que el cáncer se debe a
exceso de bilis negra. Fue el primero en usar los términos
“carcinos” y “carcinoma” para describir tumores.
Cáncer
significa cangrejo en griego, debido a que (según Galeno) los
vasos sanguíneos que salían de tumores se esparcían como las
palancas del crustáceo.
168 años a. C.: Galeno, médico romano que se suscribía a las
teorías de Hipócrates, pensaba que el cáncer era curable en sus
etapas tempranas y que los tumores avanzados se podían
remover. Creía que la mala dieta y el mal clima estaban
directamente relacionados con el cáncer.
1713: Bernardino Ramazzini, médico italiano, notando la
ausencia de cáncer cervical y la alta incidencia de cáncer de
mama en las monjas, concluye que el estilo de vida de la
persona influye en la incidencia de cáncer. Esta observación
ayudó a establecer un rol para las hormonas en la enfermedad.
1761: John Hill publica el primer documento que expone los
peligros del uso de productos de tabaco.
1775: El cirujano Percival Pott demuestra por primera vez que
un factor ambiental (el hollín de las chimeneas) está asociado al
riesgo de cáncer en el trabajo. Este y otros estudios permitieron
establecer medidas de salud pública para proteger a los
trabajadores.
1829: Joseph Recamier reconoce que el cáncer se puede
diseminar por el cuerpo y lo llama metástasis. Hoy en día se
estima que la metástasis ocasiona el 90% de las muertes por
cáncer.
1838: Johannes Muller demuestra que el cáncer está hecho de
células.
1872, 1878, 1890: Primeras cirugías radicales para tratar cáncer.
1899: Primer uso exitoso de rayos X (descubiertos en 1895)
para tratar cáncer.
1910: Descubrimiento del primer virus oncogénico: el virus del
sarcoma de Rous.
1914: Theodor H. Boveri propone la teoría de mutación somática
del cáncer.
1915: Se induce cáncer por primera vez en animales de
laboratorio (conejos).
1946: Descubrimiento de quimioterapia: mostaza de nitrógeno.
1971: Se propone que la angiogénesis juega un rol en desarrollo
del cáncer. Esta idea fue rechazada inicialmente, pero es
aceptada actualmente.
1976: Varmus y Bishop descubren src, el primer oncogén
(versión celular de gen viral).
1986: Friend y otros descubren gen de retinoblastoma (Rb), un
gen supresor de tumores asociado a una forma heredada de
cáncer.
1999: Se crean células cancerosas por primera vez en el
laboratorio (a partir de células epiteliales y de fibroblastos).
2006: La FDA aprueba Gardasil®, una vacuna contra el virus de
papiloma humano, causante principal de cáncer cervical.
www.newscientist.com/articleimages/dn17358/0-hidden-cancer-threat-to-wildlife-revealed.html
Agrobacterium
tumefaciens
causa tumores en ciertas
plantas. ¿Es cáncer?
Estudios preliminares sugieren
que plantas con actividad anticáncer tienen una proporción
mayor de especies resistentes a
tumores causados por A.
tumefaciens
que
plantas
seleccionadas al azar.
Propiedades características del cáncer
*
* propiedad habilitadora
*
Figure 1.1, Pecorino, 4e.
¿Célula normal (N) o célula cancerosa (C)?
(en cultivo)
Pierde la inhibición por contacto ___
Puede crecer con poco suero en el medio de cultivo ___
Tiende a asumir una morfología redonda ___
Tiende a crecer sin depender de anclaje ___
Dificultades en el tratamiento del cáncer: El
índice terapéutico de muchas drogas es bajo
Figure 1.6, Pecorino, 4e.
El índice terapéutico de una droga es el valor de la diferencia entre la dosis
mínima efectiva y la dosis máxima tolerada.
Muchas drogas de quimioterapia convencional se usan a la dosis máxima
tolerada.
Preguntas
¿Por qué el cáncer mata?
¿Cuál es el factor de riesgo más prevalente en los
pacientes de cáncer?
¿Qué es remisión?
¿Cuáles son los efectos secundarios más comunes de
la quimioterapia?
Tema 2: Ciclo celular
Capítulos 3 y 5. Pecorino, 2016
Objetivos
Describir cómo progresa el ciclo celular
Conocer cuáles son los eventos donde se regula el
ciclo celular
Reconocer cómo fallas en la regulación del ciclo celular
pueden contribuir al desarrollo de cáncer
Algunos datos acerca del ciclo celular de una
célula “típica”
En un adulto, más de 25 millones de células llevan a cabo división
celular cada segundo. Células de músculo esqueletal, neuronas y
glóbulos rojos de la sangre son ejemplos de células que NO se dividen
una vez maduran.
Un cromosoma humano contiene en promedio 150 millones de pares
de nucleótidos que son copiados a razón de casi 50 pares de
base/segundo.
El proceso de replicación de ADN toma 6-10 horas y se inicia (aunque
no simultáneamente) en varios orígenes de replicación en el
cromosoma.
Mitosis dura ~1 hora. El resto del tiempo del ciclo celular (~15 horas)
lo ocupa la interfase.
Muchas células entran a G0, una etapa fuera del ciclo celular de la que
pueden salir al recibir señales mitogénicas.
Ciclo celular de una célula “típica”
G0/
Fig. 5.1, Pecorino, 4e.
Mitosis
Mitosis
profase
anafase
metafase
telofase
~2700X
Fig. 5.6. Pecorino, 4e.
Un problema en la replicación de ADN en
cromosomas lineales
1. Las terminaciones de cromosomas
eucariotas contienen secuencias
repetitivas de ADN no-codificante
llamadas telómeros. Consisten de
~2,500 copias de la secuencia
TTAGGG enlazadas a un grupo de
proteínas
llamado
complejo
protector.
2. Los telómeros se acortan por 100200 pares de bases con cada ronda
de replicación de ADN pero pueden
ser extendidos por la enzima
telomerasa, una ribonucleoproteína
con actividad de transcriptasa
inversa.
Figure 16.20
~90% de tumores tienen actividad de
telomerasa
Ensayo de proliferación: Incorporación de
timidina radioactiva
purify B cells
2 x 105 cells/well (triplicate)
anti-IgM (48 h)
Proliferation (CPM x 103)
splenocytes
non-Tg B6
non-Tg NOD
125Tg B6
125Tg NOD
[3H]-thymidine (O/N)
Acevedo-Suárez, et al. (2005) J. Immunol. 174: 827-833
count
Citometría de flujo (“Flow cytometry”)
Permite identificar y separar células individuales a base de los “marcadores”
(moléculas) en su superficie.
Citometría de flujo
gráfica de puntos
IgD
X
Eje de Y
cantidad
de células
(-,
(- +)
(+, +)
(-, -)
(+, -)
Y
histograma
X
IgM
Cada punto
representa
una célula
Eje de X
Ejes (X,Y)
intensidad de
fluorescencia ≈
nivel de expresión
intensidad de
fluorescencia ≈
nivel de expresión
Separando poblaciones de células por
citometría de flujo
CD23
CD23
125Tg fresh
125Tg 6 hr
CD23
CD23
Acevedo-Suárez, et al. (2005) J. Immunol. 174: 827-833
Ensayo de proliferación: Dilución de CFSE
Linfocitos B (5 x 106/ml) cultivados por 72 horas a 37°C
10 μg/ml anti-IgM
sin estimular
385*
1 μg/ml anti-CD40 +
1 ng/ml IL4
83*
* intensidad promedio de la fluorescencia
60*
Ensayo de proliferación: Dilución de CFSE
BMC Immunology 2007, 8:29
DNA content
propidium iodide – DNA
FITC - proteína
G1
Protein
J Biol Chem. 2001. 276: 41040-41048
Análisis de ciclo celular por citometría de
flujo
G0
S
G2/M
DNA content
El progreso del ciclo celular es regulado en
varios puntos de cotejo
mitogens or
TGF-β
R point
S checkpoint
G0 /
Una vez se pasa el punto de
restricción (“R point”), el ciclo celular
continúa independientemente de
señales extracelulares.
Cuando los puntos de cotejo del ciclo celular
fallan…
Falta de proteína Rad17 causa replicación de ADN cromosomal ya replicado, alterando
cariotipo celular.
Cuando los puntos de cotejo del ciclo celular
fallan…
Flechas indican puntos frágiles en cromosomas debido a que por falta de una cinasa,
ATR, se prosiguió síntesis de ADN cuando había tenedores de replicación detenidos
Control de crecimiento y proliferación celular
Los niveles de ciclinas fluctúan durante el
ciclo celular
Las ciclinas regulan la actividad de las CDKs, permitiéndoles
fosforilar (en residuos de S/T) diversos sustratos que llevan a
cabo diferentes funciones durante el ciclo celular.
Combinaciones de ciclina - cdk regulan el
progreso del ciclo celular
Fig. 5.2. Pecorino, 4e.
Complejos de ciclina – cdk en una etapa del ciclo celular inhiben los complejos que les preceden.
El progreso del ciclo celular es regulado por
complejos de ciclina-“Cyclin Dependent
Kinase” (cdk)
J Biol Chem. 2001. 276: 41040-41048
-/- = KO de vav
Señales extracelulares que inducen expresión
de ciclina D
Mecanismos de regulación de las CDKs
1. Asociación con ciclinas – permite el enlace del sustrato por
medio de un cambio de conformación, puede aumentar la
afinidad de la CDK por el sustrato, ayuda a obtener la
orientación apropiada del ATP
2. Asociación con inhibidores de CDKs – bloquea la interacción
de la ciclina con CDK y/o interfiere con la actividad
enzimática del complejo ciclina-CDK
3. Adición de grupos fosfato inhibidores de CDKs – fosforilación
en el terminal –NH2 de la proteína bloquea el enlace de ATP
4. Adición de grupos fosfato activadores de CDKs – la T161
debe estar fosforilada (por CAK [cdk-activating kinase] =
cdk7) para la activación de las CDKs (asociación a ciclinas
no es suficiente)
Mecanismos de regulación de las CDKs
Asociación con ciclinas
Asociación con inhibidores de CDKs
Adición de grupos fosfato inhibidores de CDKs
Adición de grupos fosfato activadores de CDKs
Fig. 5.3. Pecorino, 4e.
Inhibidores de CDKs
CDC2 = cdk1
TGF-β inhibe el ciclo celular
CDC2 = cdk1
Balance de señales extracelulares controlan
el ciclo celular
El balance de señales pudiera estar
relacionado a cuán avanzado esté el
tumor.
CDC2 = cdk1
Niveles de acetilación de histonas afectan
transcripción de genes
Fig. 3.8. Pecorino, 4e.
La proteína de retinoblastoma
(Rb) regula el ciclo celular
(punto de cotejo de G1 /S)
Fig. 5.4. Pecorino, 4e.
cyclin A, thymidylate synthase,
DHFR
TGF-β colabora con Rb para
inhibir progreso del ciclo celular
Myc es un oncogén.
Punto de cotejo de G1/S
Punto de cotejo de G2/M
Fig. 5.5. Pecorino, 4e.
Chk 1 interactúa con una proteína llamada claspin. Una vez reparado el daño, la
proteína PLK1 ayuda a que claspin y wee1 sean degradados e inactiva a Chk2.
Punto de cotejo de G2/M
Punto de cotejo de M (cotejo del huso
mitótico)
Separase
activation
Sister
chromatid
separation
4-8
Anaphase-Promoting Complex es una ligasa de ubiquitina que también media destrucción de
ciclinas
Varios puntos de cotejo de mitosis pueden
ser regulados por cinasas de Aurora
Fig. 5.7. Pecorino, 4e.
Estas cinasas de S/T que regulan diversos aspectos de la estructura de los
cromosomas y del ensamblaje del huso mitótico, están sobreexpresadas en
varios tipos de tumores.
Ejemplos de mediadores clave en la
regulación del progreso del ciclo celular
BRCA1
ATM/ATR
anaphase promoting
complex, Aurora kinases
p53
Resumen de los puntos de cotejo del ciclo
celular
Cambios que pueden ocurrir en cáncer que
alteran regulación del ciclo celular…
(1 of 2)
Cambios que pueden ocurrir en cáncer que
alteran regulación del ciclo celular
Alteraciones de reguladores del ciclo celular
detectados en tumores humanos
Respuesta a ciertas drogas sirve para
distinguir entre células normales y células
cancerosas
+ staurosporine (S)
+ camptothecin (C)
célula 1
remover drogas
resume ciclo
celular
célula 2
inhibidor de cinasa PKC, detiene ciclo
celular en punto de restricción ¿S/C?
inhibidor de topoisomerasa, detiene
ciclo celular en fase S ¿S/C?
Algunas drogas anti-cáncer que interfieren
con el ciclo celular
“cyclophosphamide” y “mitomycin C” – agentes alquilantes de ADN
“doxorubicin” – se intercala en el ADN deteniendo el progreso de la
topoisomerasa II
“fluorouracil” – inhibidor irreversible de “thymidylate synthase”,
necesaria para producir dTMP
“hydroxyurea” – reduce producción de deoxiribonucleótidos al inhibir
“ribonucleotide reductase”
“methotrexate” – inhibidor competitivo de “dihydrofolate reductase”,
necesaria para producción de tetrahidrofolato: precursor de dTMP y
las purinas
“paclitaxel” (Taxol) – estabiliza microtúbulos
“vinblastine/vincristine” – enlazan tubulina e inhiben polimerización de
microtúbulos
Algunas drogas que interfieren con el ciclo
celular: Antimetabolitos
Fig. 2.12. Pecorino, 4e.
Fig. 2.13. Pecorino, 4e.
Algunas drogas inhibidoras de CDK
actualmente en estudios clínicos
Fig. 5.9. Pecorino, 4e.
Tema 3: Carcinogénesis
Capítulos 1 y 2, Pecorino, 2016
Objetivos
Discutir factores que contribuyen al proceso de
carcinogénesis
Conocer eventos moleculares importantes para el
proceso de carcinogénesis
Distinguir entre mutagénesis y carcinogénesis
Crecimiento de nuevo tejido puede ser por…
Tumores se originan de tejido normal
Metástasis resulta en la invasión de tejido
normal por células cancerosas
Tumores son monoclonales
El gen para G6PD se encuentra en
el cromosoma X.
Incidencia y muertes por cáncer varían por
área geográfica
Cáncer en Puerto Rico…
http://www.rcpr.org/
www.cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/mm6414a5.htm
¿Qué causa cáncer?
mutágeno vs. carcinógeno
mutaciones conductoras (5-7 20) vs mutaciones pasajeras
Mutagénesis vs Carcinogénesis
Factores que influyen carcinogénesis en
seres humanos
1. Ambiente
2. Vida reproductiva
3. Dieta
4. Alcohol
5. Fumar
Casos de cáncer varían entre poblaciones
Pecorino, 4e. Fig. 1.4
Incidencia de muerte por varios cánceres en
hombres
Pecorino, 4e. Fig. 1.5
Muertes por enfermedades del corazón vs
cáncer en EEUU
Causa principal de muerte por estado en
EEUU
Carcinogénesis
Es un proceso que ocurre en varias etapas…
Iniciación: Un carcinógeno interactúa con el ADN de una
célula alterándolo de tal forma que se introduce una
mutación cuando el ADN se replica. Agente causante no
tiene dosis mínima.
Promoción: La mutación inicial le confiere a la célula una
ventaja selectiva de crecimiento. Agente causante tiene
dosis mínima.
Progresión: Uno o más eventos genéticos le confieren una
ventaja selectiva de crecimiento permanente a la célula. Es
la etapa más larga.
Conversión maligna: Cambios sufridos durante el proceso
de progresión resultan en la transformación de la célula.
Carcinogénesis
- en la mayoría de los casos requiere tiempo edad
del paciente
- estimado que requiere 2-7 mutaciones
- probablemente requiere cambios epigenéticos
- es reversible en etapas iniciales
Organización de genes y algunos ejemplos
de mutaciones
A
C
T
G
transición
transversión
Pecorino, 4e. Figs. 2.1 y 2.2
Cromotripsis
Rearreglos complejos en el ADN de un cromosoma que
ocurren en un solo evento catastrófico.
Posibles causas:
Ruptura de cromosomas debido a
radiación ionizante
Disfunción telomérica que fusiona
terminaciones cromosómicas
Apoptosis incompleta
Replicación defectuosa o retrasada
de ADN
Reparación defectuosa de ADN
Detectable en 2-3% de todos los cánceres y en 25% de cánceres de hueso.
Prueba de Ames sirve para evaluar potencial
mutagénico de una substancia
Desarrollada por Bruce N. Ames
Luz es una forma de radiación
Consiste de partículas llamadas fotones que se
mueven en ondas.
Los fotones con un largo de onda corto poseen más
energía que los fotones con un largo de onda largo.
Se ha demostrado que la radiación ionizante y la luz
UV son carcinogénicas y dañan el ADN.
Fig. 9-2, p. 192
Espectro electromagnético
microondas,
celulares
Pecorino, 4e. Fig. 2.4
Algunos términos
La cantidad de daño biológico causado por una fuente
de radiación se mide en sieverts (Sv).
La cantidad de energía liberada por una fuente de
radiación y absorbida por el tejido corporal se mide en
grays (Gy). [1 Gy = 1 J de energía liberada/kg de tejido]
Transferencia linear de energía (linear energy transfer,
LET): describe la cantidad de energía liberada por una
fuente de radiación cuando atraviesa una distancia fija.
LET describe la razón a la cual se libera energía. A
mayor LET de radiación (ej. partículas α vs. rayos X),
mayor daño biológico.
*Hay un factor numérico que permite multiplicar LET X Gy para producir Sv.
Radiación ionizante
Es de alta energía y puede desplazar e- en los átomos de
las moléculas con las que choca a . Incluye:
partículas alfa (α) = 2p+ + 2n
partículas beta (β) = erayos gamma
Puede causar daño al ADN de forma a) directa a los
átomos del ADN o b) indirecta a través de la interacción con
H2O (radiólisis) generando especies reactivas de oxígeno
(reactive oxygen species, ROS).
a: oxidación de ADN produce 8-oxoguanina parea con
adenina
Este cambio produce una mutación de ____________.
b: H2O
e- ·OH e-
H2O2
e- O ·- e- O
2
2
Algunos datos adicionales…
Si viaja en avión a gran altitud se expone a 0.005-0.01 mSv/hr
en promedio.
Rayos X de pecho exponen al paciente a ~0.1 mSv.
El daño mayor causado por radiación ionizante es el
rompimiento de la doble hebra de ADN.
El riesgo de desarrollo de tumores cancerosos sólidos aumenta
de forma linear con la dosis recibida.
Exposición a los 30 años de edad aumenta el riesgo de tumores
sólidos en 35%/Gy en hombres y en 58%/Gy en mujeres al
llegar a los 70 años.
El cáncer causado más frecuentemente por radiación ionizante
es leucemia.
La edad de exposición es un factor de riesgo importante.
Efectos severos de la radiación ionizante
Exposición a 50,000 µSv
puede causar náusea y
fatiga en horas
50,000 µSv causarán
pérdida de cabello en 2-3
semanas
1 Sv puede causar
hemorragia; ~4 Sv muerte
Sobrevivientes de
Hiroshima y Nagasaki:
0.08 cánceres fatales/Sv
Límites recomendados de exposición a
radiación ionizante
International Commission on Radiological Protection (www.icrp.org)
Radiación ultravioleta (UV)
Los dobles enlaces conjugados de los anillos de las bases
nitrogenadas del ADN absorben radiación UV.
Hay tres tipos: UVA (320-380 nm), UVB (290-320 nm), UVC (200-290
nm). La radiación UVB es el agente carcinogénico más efectivo de los
tres tipos.
Radiación UVA promueve la formación de radicales libres, causando
daño indirecto al ADN
Radiación UV es particularmente carcinogénica a la piel debido a que
no puede penetrar tejidos más profundos: UVC penetra sólo la capa
superficial de la piel, UVB penetra hasta el nivel basal de la epidermis,
UVA penetra hasta la dermis.
Cánceres de la piel se clasifican acorde al tipo de célula afectada:
carcinoma de células escamosas, carcinoma de células basales y
melanoma.
Ejemplos de daño al ADN causado por
radiación UV
Ejemplos de daño al ADN causado por
radiación UV
cyclobutane pyrimidine
dimers (CPDs): 20-40X más
que otros fotoproductos
pyrimidine (6-4) pyrimidone
photoproducts [(6-4) PPs]
causados por UVB
T-T>T-C o C-T>C-C
causados por UVB
Doblan el ADN, a menudo resultan en
T-C>>C-C>T-T>C-T
transiciones.
Responsables por ≥
Resultan en la formación de sitios
80% de mutaciones inducidas por
abásicos que son reparados con
UVB. Dichas mutaciones son únicas
mayor eficiencia que CPDs.
para cáncer de la piel.
Generación de mutaciones de transición por
radiación UV
Pecorino, 4e. Fig. 2.5c
Broncearse = producción de melanina. Aunque ésta sirve como
defensa a la absorción de radiación UV, efectos de exposición a
UV son acumulativos.
Bloqueadores contienen compuestos orgánicos que absorben
UV(ej. cinamatos) y óxidos de Zn y/o Ti que absorben, dispersan,
reflejan UV.
“5-methoxy psoralen” – algunos bloqueadores solares
fluoroquinolones – antibióticos (ej. ciproflaxin, levofloxacin, etc.)
Xeroderma pigmentosum (XP): Daño al ADN
causado por radiación UV que no puede ser
reparado
En niños con XP la edad mediana de desarrollo de cáncer en la
piel es 8 años (vs 58 años en la población general).
Si no se repara el daño al ADN causado por
radiación UV las células mueren por
apoptosis
En 2009, la Agencia Internacional para la
Investigación del Cáncer (IARC) comenzó a
clasificar el equipo para bronceado que
emite luz UV como carcinogénico.
Carcinógenos químicos
Su mecanismo de acción se basa en que una especie
electrofílica del carcinógeno reacciona con un sitio nucleofílico en
los anillos de las bases nitrogenadas.
Algunos actúan
directamente sobre el ADN, otros necesitan ser metabolizados
primero para ser carcinogénicos.
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)
Aromatic amines - incluyen ~20 heterocyclic amines (HCAs), producidas al
cocinar carnes
Azo dyes
Nitrosamines and nitrosamides
Hyrazo and azoxy compounds
Carbamates
Halogenated compounds
Natural products
Inorganic carcinogens
Miscellaneous compounds – agentes alquilantes, aldehídos, entre otros
Algunos compuestos carcinogénicos
HCAs se
producen al
cocinar carnes
(cigarillos)
PAHs se derivan de (a); producen metabolitos que
forman aductos con las purinas del ADN
hornear, marinar
y empanar carnes
probablemente
reduce HCAs
Pecorino, 4e. Figs. 2.6-2.9
Nitrosaminas/
nitosamidas se
producen por reacción
de nitritos + aminas
mayormente producen transversiones de GT
IARC ha clasificado 81
componentes del humo de
cigarillo como
carcinógenos
(cigarillos, carne/pescado ahumado)
gas mostaza
(agente alquilante)
Asbestos contribuye a mutaciones, aberraciones cromosómicas,
aneuploidía, poliploidía, y alteraciones epigenéticas en cáncer
Producto principal
Contaminación ambiental y cáncer:
Perspectivas diversas
"For the first time in the history of the world, every
human being is now subjected to contact with
dangerous chemicals, from the moment of conception
until death.”
Rachel Carson, Silent Spring. 1962
"I think pesticides lower the cancer rate.”
"Nearly all the polluted wells in the U.S. seem less of a
hazard than chlorinated tap water.”
Bruce N. Ames, Entrevista con el New York Times, 5 de julio de 1994
Riesgo relativo de contraer cáncer pulmonar
como función de cigarrillos fumados/día
Causas conocidas (o sospechadas) del
cáncer
Ejemplos de carcinógenos en la
dieta identificados por la prueba
de Ames
Otros agentes carcinogénicos
Agentes infecciosos: incluyen varios virus y bacterias. Algunos
suprimen la actividad de genes supresores de tumores mientras
que otros expresan oncogenes.
HHV-8, HTLV-I, EBV, virus de hepatitis B y C, HPV (12 tipos),
Helicobacter pylori, Salmonella enterica serovar Typhi
Reacciones carcinogénicas endógenas:
Reacciones de respiración celular y peroxidación de lípidos
producen ROS en las células.
Respiración celular tiende a producir superóxidos que son menos reactivos
que otros ROS y que se encuentran solamente en ciertas partes de la
célula.
Reacciones
químicas
espontáneas
pueden
ocasionar
daño/mutaciones al ADN, por ejemplo, creación de sitios
abásicos; deaminación de citosina a uracilo por APOBEC.
Ocurren ~104-106 mutaciones/célula humana/día.
Ausencia de corrección de errores por la
polimerasa durante replicación de ADN
aumenta incidencia de cáncer
Algunos mecanismos de reparación de
errores en el ADN
1. Reparación de errores
alquiltransferasas
de
alquilación
por
enzimas
2. Distorsiones en la doble hebra de ADN causadas por UVB y
PAHs requieren reparación y escisión de nucleótidos
(“Nucleotide excision repair”) – defectuoso en XP
3. Mutaciones de punto causadas por mecanismos endógenos
requieren reparación y escisión de bases (“Base excision
repair”)
4. Errores de replicación no editados por la polimerasa requieren
reparación de bases mal apareadas (“Mismatch repair”) –
defectuoso en HNPCC (cáncer de colon)
5. Rompimiento de la doble hebra de ADN requiere reparación
recombinatoria
Reparación recombinatoria
Algunos mecanismos de reparación de
errores en el ADN
Reparación y escisión de nucleótidos
Terapias convencionales
Quimioterapia
1. Agentes alquilantes y drogas a base de platino – chlorambucil (mostaza
de nitrógeno); cyclophosphamide (metabolizado a derivado de mostaza);
cisplatin y carboplatin
2. Antimetabolitos – methotrexate y F-dUMP
3. Compuestos orgánicos – doxorubicin (antibiótico que inhibe
topoisomerasa II); vincristine y vinblastine (alcaloides vegetales que
enlazan tubulina y previenen formación de microtúbulos), paclitaxel
(compuesto encontrado en la corteza de un árbol que enlaza la subunidad
de β-tubulina de los microtúbulos y previene su depolimerización)
Ej.
Pacientes de non-Hodgkin lymphoma reciben
cyclophosphamide/hydroxydaunorubicin/oncovin/prednisone
CHOP
–
Radioterapia
Administrada sola o en combinación con otros tratamientos a ~60% de todos
los pacientes de cáncer en los EEUU.
Compuestos anti-cáncer en alimentos
Tema 4: Oncogenes
Capítulo 4, Pecorino, 2016
Objetivos
Discutir características de oncogenes
Conocer
cómo
oncogenes
transformación celular
Describir
algunos
involucrados en cáncer
oncogenes
contribuyen
a
comúnmente
Transfección
Técnica para insertar ADN en una célula mamífera. Es equivalente a la
transformación de bacterias. En este ejemplo, la formación de un tumor
indica la presencia de un oncogén en el ADN transfectado.
Oncogén – Gen mutado cuyo producto se expresa en mayor cantidad o tiene
mayor actividad de lo normal; por lo tanto, actúa de manera dominante. Se
origina de un proto-oncogén. Más de 100 oncogenes han sido identificados.
“Southern Blot” y “Northern
Blot”
Sirven para detectar
específicas
de
ADN
respectivamente.
Figure 4.4 The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)
secuencias
y
ARN,
ADN celular hibrida con ADN retroviral
(-)
(+)
Fibroblastos transfectados con ADN de carcinoma de vejiga
Sonda derivada de oncogén (H-ras) retroviral
Oncogenes asociados a retrovirus que se
han encontrado alterados en cáncer
Diversos mecanismos pueden dar origen a
oncogenes
1. Amplificación del ADN (~80 genes)
2. Traslocaciones cromosómicas
3. Mutagénesis por inserción
4. Mutaciones de punto
5. Rearreglos locales en el ADN (cromotripsis)
Amplificación de oncogén HER2/Neu/erbB2
en cánceres de mama influye en la
sobrevivencia del paciente
Amplificación de HER2/Neu/erbB2 puede
ocurrir a nivel de ADN, ARN o proteína
Amplificación de expresión de genes
cercanos al oncogén HER2/Neu/erbB2 en
cánceres de mama
Oncogenes presentes en regiones
cromosomales comúnmente amplificadas
Amplificación del oncogén N-myc y
prognosis de neuroblastoma pediátrico
EFS = event-free survival
Una traslocación cromosómica da origen a
BCR-ABL
t(9;22)(q34.1;q11.2)
Pecorino, 4e. Fig. 4.10
c-abl produce una cinasa de Y que responde a factores de crecimiento y que puede
moverse al núcleo donde juega un rol en la inducción de apoptosis por daño al ADN
causado por radiación ionizante y alguna drogas vía ATM.
bcr produce una enzima que funciona como cinasa de S/T y como GAP.
La fusión de estos genes produce una nueva proteína citosólica de 185-210 kDa.
Cuando BCR-ABL se oligomeriza la Y177 se autofosforila, activando a ABL.
Asociada a 95% casos leucemia mielógena crónica y 25% casos adultos + 2-10%
casos pediátricos de leucemia linfoblástica aguda.
Traslocaciones cromosómicas que producen
proteínas de fusión oncogénicas
Traslocación cromosómica produce
sobreexpresión de c-myc
Mitelman, et al. 2007. Nature Reviews Cancer 7: 233-245.
Traslocación común en linfoma de Burkitt
Factor de transcripción: ↑ciclinas, rARN, proteínas ribosomales, entre otros
↓bcl-2, p21
Areas de incidencia de linfoma de Burkitt en
Africa coinciden con distribución de
Anopheles gambiae
Traslocaciones cromosómicas que dan
origen a oncogenes
David P. Vetter – El niño de la burbuja
21 septiembre, 1971 – 22 febrero, 1984
Nació con X-linked Severe Combined Immunodeficiency
(X-SCID), causada por defecto en gen para γc (cadena
gamma común) componente del receptor para IL-2, IL-4,
IL-7, IL-9, IL-15, IL-21
Mutagénesis por inserción puede generar
oncogenes
Algunos virus que causan cáncer carecen de oncogenes. Avian
leukosis virus causa cáncer (en aves) porque se inserta cerca de
c-myc causando su sobreexpresión.
Observado en pacientes que recibieron terapia génica para XSCID:
“Moloney murine leukemia virus” - vector utilizado para terapia
lmo2 - oncogen localizado en el cromosoma 11, asociado a
leucemia linfoblástica aguda
cuatro pacientes que recibieron terapia desarrollaron cáncer
No todos los oncogenes son amplificados
Una mutación de punto que resulta en un cambio de un
aminoácido convierte a ras en un oncogén.
Mutaciones de punto que activan a k-ras
Mutaciones de punto de ras presentes en
células cancerosas humanas
Activación de Ras
Ciclo de activación de Ras
Ras puede ser activado por un gran número
de señales
Cascada de señales producida por activación
de Ras
Rol de Ras en cascada de señales
dependiente de Epidermal Growth Factor
(EGF)
Pecorino, 4e. Fig. 4.7
Integración de cascadas de señales
dependientes de Ras
BCR-ABL activa a Ras
Fig. 6.22
Diversos mecanismos pueden dar origen a
oncogenes
ras, egfr
bcr-abl
myc
lmo2
HER2/Neu/erbB2
myc
Pecorino, 4e. Fig. 4.11
Micro-ARNs (miARNs)
Pequeños ARNs (20-22 nucleótidos) no-codificantes de doble hebra que
regulan un gran número de procesos celulares porque reprimen la
transcripción de mARNs.
Se generan a partir de moléculas precursoras de ARN de mayor tamaño.
Una hebra de miARN se enlaza al terminal 3’ del mARN (no son
necesariamente 100% complementarios) resultando en la degradación del
mensaje y/o la inhibición de su traducción. No necesariamente se inhibe
expresión totalmente.
Cada miARN puede regular varios genes.
Se han identificado ~1000 miARNs humanos. Se estima que ~60% de genes
podrían ser regulados de esta manera.
Muchos genes para miARNs están localizados en áreas del ADN que
presentan lesiones en varios cánceres pero que carecen de oncogenes
conocidos.
leucemia linfocítica crónica – caracterizada por una deleción en
cromosoma 13 banda q14 que contiene miARNs miR-15a y miR-16
los cuales regulan a bcl-2.
miARNs (cont.)
Varios cánceres tienen perfil alterado de expresión de miARNs
Expresión de miARNs puede ser regulada por oncogenes
Avian leukosis virus puede insertarse cerca de un miARN y causar cáncer en
aves.
En humanos, sobreexpresión de miARNs está asociada a varios cánceres.
miR-371-373 cooperan con oncogén ras para bloquear el punto de
cotejo del ciclo celular controlado por p53.
miR-17-92 está amplificado en varios cánceres.
También funcionan como supresores de tumores.
Proto-oncogenes están involucrados en
muchos procesos celulares
Ratón desnudo (nu/nu)
Figure 3.13 The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)
Ratón SCID
Haciendo un ratón “knockout”
Haciendo un ratón “knockout”