Le prossime due lezioni Cancro: Principi di tumorigenesi Infiammazione e cancro: Introduzione Evidenze di legame infiammazione-cancro Perché infiammazione aumenta rischio tumore Via intrinseca/ Via Estrinseca Oncogeni e infiammazione Relazione infiammazione cancro: il caso di NF-kB Presentazione pubblicazioni scientifiche

Principi di tumorigenesi

I tumori si comportano come tessuti aberranti in cui vengono “dirottate” funzioni fondamentali dell’omeostasi tissutale e della crescita cellulare

Cos’é un tumore? “The most generally accepted definition of a tumor is that it is a tissue overgrowth which is independent of the laws governing the remainder of the body. It is usual to add as a qualifying phrase to separate tumors from reparative processes, such as bone callus, that the neoplasm serves non useful purpose to the organism.” 1922, P.C. Wood, Textbook of Pathology

Tumore = malattia dei geni 80 % tumori: fattori ambientali 20 % tumori: fattori endogeni di cui 1-5 % ereditari

Tumore del seno Tessuto ghiandolare normale Tessuto tumorale

Tumore del Colon Lesione pre-tumorale

Cellule trasformate normale trasformata

Il tumore: malattia genetica! Esistono tumori ereditari Esistono tumori umani indotti da virus Una cellula tumorale orgina una progenie con caratteristiche tumorali Esistono alterazioni cromosomiche associate a insorgenza di tumori L’esposizioni a agenti mutageni aumenta l’incidenza di tumori

agenti carcinogeni o spontaneo. La perdita di regolazione della crescita cellulare che é alla base dell’insorgenza dei tumori é dovuta a un danno del DNA Il danno é indotto da agenti carcinogeni o spontaneo. Quali sono gli obiettivi delle mutazioni?

LA CELLULA E’ COME UN AUTOMOBILE PERFETTA SE BEN TENUTA ACCELERATORE = ONCOGENE FRENO = GATEKEEPER MECCANICO = CARETAKER ONCOSOPPRESORI

SE L’ACCELERATORE RIMANE PIGIATO, SE IL FRENO SI ROMPE SE IL MECCANICO TRASCURA IL MEZZO…

Quali geni vengono mutati nei tumori? ONCOGENI ONCOSOPPRESSORI (tumor suppressor) Regolazione della proliferazione stimolazione inibizione Tipo mutazione Gain of Function Loss of Function modello Acceleratore Freno

Cellule del corpo umano: 10.000 trilioni (1018)… Il DNA é soggetto a continue mutazioni 104-106/giorno /cellula: agenti mutageni - replicazione DNA - metabolismo cellulare Se si tiene conto di questo elevato turn over cellulare, la comparsa di una cellula tumorale é un evento raro: - Eliminazione/riparo - Multi hit model

Destino di una cellula il cui DNA é mutato: Una cellula che ha subito un danno genomico non necessariamente origina un tumore: - apoptosi Riparo del danno - Eliminazione a opera del sistema immunitario

MULTI-HIT MODEL Cellula normale Cellula maligna MUTAZIONI MULTIPLE Cellula normale Cellula maligna Il tumore si origina per selezione clonale! “survival of the fittest”

Lo sviluppo del tumore é guidato dall’acquisizione sequenziale di alterazioni genetiche il cui effetto é l’attivazione costitutiva di oncogeni e l’inattivazione di oncosoppressori. L’effetto finale é l’acquisizione di alcune capacitá comuni a tumori di origine diversa

Capacitá Acquisite Hanahan e Weinberg, Cell 2000

Tappe della progressione tumorale: modello multi-stadio Iniziazione: Cellula normale -> cellula neoplastica latente Promozione: A seguito di ulteriori mutazioni cellula neoplastica latente origina un tumore clinicamente evidente Progressione: Il tumore acquisisce nuove caratteristiche aggressive che lo rendono invasivo e metastatico.

MULTI HIT MODEL: una semplice evidenza Frequenza di mutazioni negli eucarioti é 10-4 to 10-6 per gene per generazione Statistica: multiple mutazioni richiedono tempo Infatti: Il rischio di tumore aumenta con l’etá

Infiammazione e cancro Introduzione Evidenze di legame infiammazione-cancro Perché infiammazione aumenta rischio tumore Via intrinseca/ Via Estrinseca Oncogeni e infiammazione Relazione infiammazione cancro: il caso di NF-kB

Rudolf Virchow 1863 Osservazione: Ipotesi Infiltrato leucocitario presente in biopsie di tumori Ipotesi Tumore si sviluppa in siti di infiammazione cronica

Oggi: evidenze 15% dei tumori ha origine da un infezione: Agente patogeno causa una situazione di infezione cronica associata a infezione persistente -Helicobacter pylori: tumore del stomaco -Herpes virus: tumore della cervice uterina -HBV/HCV: tumore del fegato Infiammazione cronica aumenta rischio tumore: Malattie infiammatorie del colon (chron disease, colite ulcerosa): carcinoma del colon Pancreatite cronica: carcinoma del pancreas Epatite: Hepatocellular carcinoma Oncogeni inducono pathway infiammatorio Cellule infiammatorie, citochine e chemochine presenti in fasi precoci sviluppo tumore Inibizione dei pathway infiammatori (inattivazione genetica o farmacologica) inibiscono incidenza tumore

Un sito di infiammazione cronica é un’ambiente che favorisce stadi iniziali dell’insorgenza tumori: perché?

Un richiamo alle tappe della carcinogenesi chimica aiuta a comprendere questo fenomeno

Occorrono piú mutazioni per avere un tumore: multi hit model

Tappe della progressione tumorale: modello multi-stadio Iniziazione: Cellula normale -> cellula neoplastica latente Promozione: A seguito di ulteriori mutazioni cellula neoplastica latente origina un tumore clinicamente evidente Progressione: Il tumore acquisisce nuove caratteristiche aggressive che lo rendono invasivo e metastatico.

Tappe della progressione tumorale: modello multi-stadio Iniziazione: Cellula normale -> cellula neoplastica latente Promozione: Agenti promotori : Agenti chimici (esteri del forbolo), fattori rilasciati nelle ferite, resezione parziale di un organo, ormoni, infiammazione cronica. Progressione: Il tumore acquisisce nuove caratteristiche aggressive che lo rendono invasivo e metastatico. Agenti promotori: inducono proliferazione richiamano cell. infiammatorie Favoriscono l’insorgenza di nuove mutazioni

esempio

DMBA-TPA Cancerogeno (DANNO) - DMBA (DiMetilBenzAntracene) Co-cancerogeno (PROMOZIONE) - TPA Induzione di papillomi su cute di topo: -1 trattamento con DMBA -Due trattamenti settimanali con TPA, per 12 - 24 settimane monitoraggio

ESEMPIO DMBA

Un sito di infiammazione cronica é un’ambiente che favorisce : -stadi iniziali dell’insorgenza tumori -fasi successive della tumorigenesi perché?

Danno al DNA + stimolo proliferativo Le fasi iniziali 1) Danno leucocitario: Rilascio di sostanze tossiche, specie reattive ossigeno e azoto 2) Rigenerazione tissutale CIOÉ: Danno al DNA + stimolo proliferativo Rischio tumore

Gli attori dell’infiammazione sono coinvolti anche in fasi successive della tumorigenesi -interazione leucociti-tumore -Tumor Associated Macrophages

Interazione tra leucociti e cellule tumorali Citochine possono influenzare la migrazione/crescita di cellule tumorali che esprimono il recettori corrispondente: TUMORIGENESI/METASTASI COME: Melanomi esprimono numerosi recettori per chemochine, infatti altamente metastatici. Oncogeni inducono espressione dei recettori o di citochine (caso RET, vedi dopo) Cellule tumorali rispondono a citochine/chemochine infiammatorie. es.: TNF-IL6 inducono recettori su cellule tumorali che ora “sentono” il ligando e crescono di piú e diventano invasive.

Infiltrato leucocitario e tumori ruolo dei TAM Bilancia macrofagica: I macrofagi possono avere due tipi di fenotipo: M1: funzione citotossica M2: proliferazione, angiogenesi, degradazione ECM Nei tumori sono presenti Macrofagi richiamati da chemochine specifiche per (CCL2): sono chiamati TAM (Tumor Associated Macrophage) Sono macrofagi di fenotipo M2: Stimolano proliferazione, angiogenesi, metastasi!

Infiammazione e cancro Introduzione Evidenze di legame infiammazione-cancro Perché infiammazione aumenta rischio tumore Via intrinseca/ Via Estrinseca Oncogeni e infiammazione Relazione infiammazione cancro: il caso di NF-kB

Infiammazione - rischio tumori VIA ESTRINSECA Un sito di infiammazione cronica é un micromabiente ricco in fattori che possono alterare il controllo della crescita cellulare e indurre danno al DNA le leggi che normalmente regolano la morte/proliferazione sono alterate: si puó avere la replicazione del DNA e duplicazione di cellule con alterati meccanismi di controllo della crescita. Vedi quanto detto in slide precedenti

Oncogeni e rischio tumore VIA INTRINSECA Perché infiltrato leucocitario e mediatori dell’infiammazione sono presenti nella maggior parte tumori, quindi anche in casi per cui non c’é una base epidemiologica per l’infiammazione? Esistono alterazioni genetiche (oncogeni) che determinano un ambiente infiammatorio: attivano gli stessi pathway attivati durante l’infiammazione

Prima evidenza via intrinseca un oncogene attiva pathway infiammatori: RET/PTC Tumore: carcinoma papillare della tiroide Proto-oncogene: RET, tirosin-chinasi Sistema cellulare: tirociti umani normali esprimenti RET/PTC Risultato: trasformazione + attivazione pathway infiammatorio REarranged during Transfection/Papillary Thyroid Carcinoma

Trasduzione del segnale

RTK attivate da ligando solubile: es.: EGF, PDGF Trasduzione del segnale

RET/PTC RET is an abbreviation for "rearranged during transfection”: exp in 3t3 cells, genomic DNA from Lymphomas Tyrosin Kinase

Il proto-oncogene RET codifica per un recettore tirosin-chinasico: mutationi RET gain of function: associate a vari tumori umani, tra cui carcinoma della tiroide.

RET/PTC1 overespresso Cellule crescono di piú acquisiscono un fenotipo “trasformato” NB: PTC=Carcinoma Papillare della Tiroide H4 = il gene con cui avviene la fusione Y451F: mutazione inattivante

RET induce proteine infiammatorie -1

sunto

RET induce proteine infiammatorie - 2 Alti livelli di proteine infiammatorie sono state ritrovate anche in biopsie di pazienti affetti da PTC e portatori di mutazioni RET. se affetti da metastasi ai linfonodi, I livelli sono ancora piú alti.

Ras e IL6

model

RAS: trasduzione del segnale Ligando Recettori Trasduzione del segnale RAS trascrizione

Segnale a valle di RAS Mitogeno RAS G0G1: Early Response Genes (jun, fos)

Regolazione del ciclo cellulare Segnale a valle di RAS Mitogeno RAS G0G1: Early Response Genes (jun, fos) Regolazione del ciclo cellulare

Segnale a valle di RAS Mitogeno RAS Raf MAPKK MAPK chinasi attivata da interazione con RAS - cambio conformazione MAPKK Attivate da fosforilazione da Raf MAPK Attivate da fosforilazione da MEK G0G1: Early Response Genes (jun, fos)

RAS: famiglia di GTPasi di membrana non legata a recettori (H-Ras, N-Ras , K-Ras) Esempio di GAP: NF1:codifica per Neurofibromin. Tumor suppressor in Neurofibromatosi! GEF: GTP Exchange Factor GAP: GTPase Activating Protein

conclusioni Oncogeni sono in grado di modulare i pathway infiammatori Tale capacitá é essenziale per la tumorigenesi

messaggio Gli eventi genetici necessari e sufficienti per l’insorgenza di un tumore umano risultano associati all’attivazione di un ambiente infiammatorio Un ambiente infiammatorio favorisce tumore domanda Qual é la cooperazione tra oncogeni e infiammazione?

RASV12 e pancreatite cronica Sistema: -Attivazione tessuto specifica di RASv12 nel pancreas -Induzione di pancreatite tramite trattamento con un analogo della Colecistochinina(*) RASV12 induce carcinoma del pancreas solo se é in atto pancreatite (*) Caeruleina: analogo della colecistochinina, induce rilascio di enzimipancreatici

Modello: carcinoma insorge in seguito a cooperazione tra infiammazione cronica e mutazione di un oncogene Topo adulto pancreatite attivazione RASV12 attivazione RASV12 No tumore tumore