Cancerogenesi chimica

Agenti chimici Agenti fisici Agenti biologici PROTONCOGENI ONCOGENi geni capaci di indurre lo sviluppo di un tumore altamente conservati nelle varie specie nel corso dell’evoluzione i loro prodotti esplicano una funzione essenziale producono proteine abnormi nella struttura e nella funzione ONCOSOPPRESSORI Sono geni che controllano negativamente l’espressione degli oncogeni e i loro segnali proliferativi. La loro assenza porta ad una abnorme espressione degli oncogeni e/o alla rimozione di segnali negativi sulla proliferazione

Oltre due secoli di storia di cancerogeni chimici Il tabacco:1761 Dr.Hill (Londra) pubblicò un libretto sugli effetti del tabacco da fiuto: polipi che potevano trasformarsi in carcinomi ulcerati (nitrosamine) La fuliggine: 1775 Sir percivall Pott riportò il caso di alcuni spazzacamini con cancro allo scroto Il catrame: 1893 Richard Wolkman relazionò i carcinomi delle mani e degli avambracci di alcuni lavoratori che manipolavano il catrame Anilina: 1895 un chirurgo tedesco L. Rehn segnalò tre casi di cancro alla vescica in operai addetti fucsina (amine aromatiche) Pazienza orientale: 1915 Yamagiwa e IchiKawa spennellarono con catrame gli orecchi di conigli ogni 2-3giorni per un anno, notarono prima lo sviluppo di papillomi poi la trasformazione in carcinomi

Cancerogeno è una molecola elettrofila che forma addotti con il DNA

Dose soglia Periodo di latenza Tossici di sommazione

DEFINIZIONE DI CANCEROGENO CHIMICO AGENTE LA CUI SOMMINISTRAZIONE INDUCE COMPARSA DI TUMORI IN ANIMALI DA ESPERIMENTO DOSE SOGLIA: Quantità minima di cancerogeno necessaria per la comparsa di una neoplasia Dose soglia può essere frazionata: dose giornaliera x tempo = dose soglia Quanto più bassa è la dose giornaliera tanto maggiore è il tempo di latenza PERIODO DI LATENZA: Intervallo di tempo tra l’inizio della somministrazione e il raggiungimento della dose soglia

Cancerogenesi chimica Processo multifasico: Iniziazione Promozione

Teoria difasica Prove di Berenblum Indipendentemente dal cancerogeno chimico usato sulla cute degli animali Lo sviluppo dei tumori non era improvviso ma preceduto da altre manifestazioni patologiche: Fenomeni iperplastici Verruche Papillomi Carcinomi squamosi Teoria difasica

Cancerogenesi chimica Applicazione del cancerogeno: spennellatura di catrame Comparsa delle lesioni preneoplastiche Iperplastico Necrotico-degenerativo REVERSIBILE Fase di iniziazione Alla sospensione del trattamento le lesioni preneoplastiche possono scomparire Fase di latenza Può durare anche decine di anni Dose soglia inferiore non provoca tumore ma con aggiunta della quantità residua tumore

Fase di latenza Fase di promozione Fase di progressione Spontaneamente dopo un periodo variabile di latenza può insorgere il tumore Fase di latenza Il periodo di latenza può essere notevolmente accorciato dal trattamento con un promovente (non cancerogeno) Fase di promozione Fase di progressione Il tumore acquisisce le caratteristiche di invasione, metastatizzazione

Molte sostanze chimiche richiedono un’attivazione Iniziazione La sostanza chimica forma addotti Il risultato dell’interazione del chimico con il DNA è l’attivazione di un oncogene o la perdita di un oncosoppressore L’iniziazione consiste nella comparsa di mutazioni a carico di uno o comunque pochi geni E’ una condizione necessaria ma non sufficiente allo sviluppo della neoplasia Alcuni iniziatori possono agire successivamente anche come promotori (cancerogeno completo) Molte sostanze chimiche richiedono un’attivazione

Promozione I promotori sono generalmente degli irritanti o sostanze che producono attivazione e proliferazione cellulare Gli effetti dei promotori sono reversibili I promotori non possono indurre neoplasia

Rapporti iniziazione promozione

Sostanze chimiche inizianti ad azione diretta, per espletare la loro azione cancerogena non richiedono alcuna trasformazione chimica Sostanze chimiche inizianti ad azione indiretta, richiedono una conversione metabolica in vivo per dare origine a cancerogeni terminali capaci di trasformare le cellule.

Reazioni che determinano l’ossidazione di un procancerogeno e la sua trasformazione a cancerogeno Gli enzimi del sistema enzimatico P-450 sono codificati da una famiglia di geni altamente polimorfici Variazioni nelle varie specie e individuali di sensibilità agli stessi composti chimici

L'organismo è quindi in grado di: -Formare composti da precursori inerti -Incrementare il potere cancerogeno di sostanze attive -Trasformare sostanze cancerogene in composti inerti

Gli enzimi del sistema del CYP sono codificati da geni altamente polimorfici Alta variabilità tra: Diverse specie Individui della stessa specie Tessuti dello stesso individuo

Individuale Attivazione ed inattivazione dei cancerogeni La variazione individuale alla risposta ai diversi cancerogeni è anche amplificata dalla inducibilità del sistema enzimatico (es: trattamento farmaci, fumo)

tappe della cancerogenesi Riepilogo tappe della cancerogenesi

Cancerogeni genotossici Mutazioni o Fenomeni epigenetici:Metilazione Maggiore suscettibilità della cellula Fase S Durante la sintesi del DNA le due eliche si separano e sono più esposte all’azione dei cancerogeni

Gli idrocarburi policiclici Combustione del carbon fossile e del gasolio Combustione del tabacco Cottura della carne alla brace Cancerogeni indiretti

Amine aromatiche Viene idrossilata a 1-idrossi-2-aminaftolo e Subito glicuronata nel fegato Azione cancerogena nella vescica è legata alla presenza nelle cellule vescicali dell’enzima β-glicuronidasi

(burro, pasta, margarina) Composti azoici Giallo di burro (burro, pasta, margarina) Doppio legame

Tumori al polmone, alla vescica e alla mucosa nasale Nitrocomposti Nitrosasmine (fumo di tabacco) Tumori al polmone, alla vescica e alla mucosa nasale nitrosamidi Cancerogeni indiretti Metildiazonio (interagisce con la Guanina)

Composti alchilanti Cloruro di vinile, materiali plastici Formazione di legami crociati Delezione e sostituzione di basi Cloruro di vinile, materiali plastici mostarde azotate, gas vescicante ciclofosfamide, chemoterapici

DNA con analoghi di base

Specie reattive dell'ossigeno

I cancerogeni e la ricerca del piacere: fumo e alcol

Virus oncogeni

La trasformazione cellulare è un processo a colpo unico Cancerogenesi virale La trasformazione cellulare è un processo a colpo unico Il genoma virale, completo o parziale, persiste nella cellula integrato nel DNA o persiste in forma episomica Un numero limitato di geni virali è continuamente espresso

Virus Neoplasie Papilloma virus Tumori della cervice uterina Virus Epstein-Barr Ca naso-faringeo Linfoma di Burkitt Virus epatite B e C Carcinoma epatico HHV8 Sarcoma di Kaposi HTLV I Leucemie Sospetta eziologia virale 15-20% tumori umani

le cause biologiche di tumore (1800) Batteri Tumori Virus 80% dei tumori non sono causati da un agente biologico

Il virus del sarcoma di Rous aveva razziato un gene cellulare nel corso della sua evoluzione Ciascun retrovirus contiene un gene razziato Lo stesso oncogene può essere presente in diversi virus oncogeni I geni virali non sono delle copie perfette dei geni cellulari: la trascrizione inversa è un meccanismo soggetto a molti errori

Interazione virus-cellula Immortalizzazione Trasformazione Crescono continuamente in coltura Alterazioni fenotipiche simili alle cellule trasformate Non provocano tumori se iniettate in topi nudi Interazione virus-cellula Trasformazione

Virus oncogeni a RNA Virus oncogeni a DNA Retrovirus: tumori ematopoietici, alcuni carcinomi e sarcomi Virus oncogeni a DNA Hepednavirus: carcinoma epatocellulare Papova virus:alcuni tumori solidi, papillomi e carcinomi Adenovirus: vari tumori solidi Herpesvirus:linfomi, sarcomi e carcinomi Poxvirus: fibromi

Virus oncogeni a DNA e RNA

Interazione virus oncogeno a DNA e cellula ospite Le cellule permissive non vengono trasformate (infezione litica) La trasformazione può avvenire in cellule che non permettono la produzione di virioni SV40 scimmia,topo Avvengono solo le fasi precoci Non si ha rilascio di particelle virali

Infezione litica No trasformazione Es:SV40 No replicazione Bassa efficienza di trasforazione

VIRUS ONCOGENI A DNA     Nella trasformazione neoplastica avvengono solo gli eventi precoci 1) Integrazione del DNA nel genoma cellulare dipende del tipo di cellula infettato l'intero genoma può essere integrato (anche in copie multiple), solo parte può integrarsi, oppure il genoma virale persiste sotto forma di episoma 2) Uno o più geni virali codificano proteine che hanno un ruolo determinante nella trasformazione 3) Non sono presenti oncogeni nel genoma virale

Come trasformano le cellule? Proteine trasformanti Interazione con geni cellulari che controllano la crescita

Virus a RNA Inducono tumori nei loro ospiti naturali Trascrittasi inversa Inducono tumori nei loro ospiti naturali Possono sia replicarsi che trasformare cellule omologhe Integrazione di alcuni geni virali nella cellula ospite Attivazione di alcuni geni della cellula ospite

Il provirus viene incorporato in prossimità di un c-onc Il gene cellulare viene regolato dalle LTR virali Retrovirus cis-attivante Periodo di latenza medio I geni virali v-onc vengono incorporati nel genoma cellulare Retrovirus acuti Retrovirus trans-attivante Periodo di latenza lungo Transattivazione

Attivazione di un proto-oncogene Inibizione di un anti-oncogene Virus oncogeni a DNA Hepednavirus: carcinoma epatocellulare Papova virus: alcuni tumori solidi, papillomi e carcinomi Adenovirus: vari tumori solidi Herpesvirus: linfomi, sarcomi e carcinomi Poxvirus: fibromi Attivazione di un proto-oncogene Inibizione di un anti-oncogene

Virus a DNA hanno come bersaglio proteine che controllano il ciclo Host cell tumor suppressor protein Viral oncoprotein Simian virus 40 large T antigen p53 E1b Adenovirus E1a Rb E6 Human papillomavirus E7

Papovavirus Poliomavirus Papillomavirus

Polioma virus: è solo un virus animale, ed induce tumori nei topi Polioma e SV40 sono piccoli virus: 6-7 geni Polioma virus: è solo un virus animale, ed induce tumori nei topi Ag T grande, medio e piccolo. Ag T medio si associa alla membrana cellulare si complessa con c-src e ne attiva l’attività tirosin-chinasica SV-40: è uno dei pochi virus capace di trasformare le cellule umane in cultura. Non è stato associato a nessun tumore umano, sebbene molte persone siano state infettate dal virus che contaminava i primi lotti di vaccino antipolio Sequenze virali presenti in t cerebrali e mesotelioma. Significato? Ag T grande di SV40 lega p53 e Rb

SV-40 Oltre 98 milioni di persone solo negli USA sono stati esposti a SV40 infettivo SV-40 Sequenze di DNA virale in Tumori cerebrali MESOTELIOMA

Hanno trofismo per le cellule epitelali cutanee e delle mucose PAPILLOMA VIRUS (HPV) Hanno trofismo per le cellule epitelali cutanee e delle mucose (cute, esofago, vescica) Questi tumori benigni possono progredire verso la malignità Nell'uomo il papilloma virus induce lesioni benigne dell'epitelio squamoso: l'infezione virale si produce solo in cellule che sono in fase terminale di differenziazione verruche cutanee, papillomi laringei e condilomi acuminati della vulva e cervice uterina, del pene e della regione perianale Occasionalmente i papillomi laringei ed i condilomi acuminati vanno incontro a trasformazione maligna in carcinoma a cellule squamose Sequenze del DNA di alcuni ceppi, in particolare il 16 ed il 18, sono stati trovati nel 70-90% dei tumori cervicali intraepiteliali e nel carcinoma invasivo della cervice uterina

L’infezione avviene nello strato basale, a livello di microlesioni degli epiteli o della mucosa Le cellule infettate si dividono, alcune migrano nello strato di cellule soprabasale differenziante e il genoma virale viene attivato Il DNA virale viene replicato Le particelle virali sono rilasciate in superficie e possono infettare altre cellule

Il meccanismo con cui il papillomavirus 16 (HPV 16) produce la trasformazione neoplastica si basa sull'interazione tra proteine virali e prodotti dei geni soppressori tumorali Il virus produce due proteine chiamate E6 ed E7 che sono direttamente coinvolte nella genesi tumorale E6 interagisce con la proteina p53 e la indirizza verso una rapida degradazione E7 interferisce nel complesso che si forma tra prodotto del gene del retinoblastoma ed i fattori di trascrizione cellulare (E2F)

VIRUS DELL'EPATITE B (HBV) Hepedna virus provoca danni acuti e cronici alla cellula epatica e induce nel fegato un processo flogistico La correlazione con il carcinoma epatico primitivo è puramente epidemiologica. Il rischio di cancro aumenta di 200 volte in soggetti che hanno contratto l'infezione DNA integrato nel genoma, livelli di HSbAg nel siero Il genoma del virus è stato riscontrato nei tumori epatici (ma anche in pazienti cirrotici) Il virus non cresce in culture cellulari e non provoca la loro trasformazione.

IL VIRUS DEL HCV - Dimensioni particella 50nm - Flaviviridiae RNA - Replicazione: citoplasma - Eterogenicità genomica cronicizzazione Persistenza infezione

Vi sono molti HERPES VIRUS oncogeni negli animali ( ad esempio il virus della linfocitosi del pollo o malattia di Marek, per cui esiste dagli anni 50 un vaccino) HERPES VIRUS UMANI: HSV1 (labialis) HSV2 (genitalis) CMV (citomegalovirus) VZV(varicella-herpes Zoster) non è stato in alcun modo associato al cancro EBV (Epstein Barr) il linfoma di Burkitt ed il carcinoma nasofaringeo HHV6 e 7 infettano inf T (Human Herpes virus 6) HHV8 associato al sarcoma di Kaposi

Primo virus associato a una neoplasia umana Virus di Epstein-Barr Primo virus associato a una neoplasia umana (linfoma endemico nell’Africa)

La maggior parte degli adulti sono EBV sieropositivi, HERPES VIRUS - EBV La maggior parte degli adulti sono EBV sieropositivi, data la frequenza di infezioni lievi e non specifiche (nel bambino piccolo) e della stessa mononucleosi (nel giovane adulto). Il virus però è in grado di trasformare i linfociti B umani in coltura e causa linfoma in alcuni primati Infezione primaria attraverso scambi di saliva nell’orofaringe replicazione virale nelle cel epiteliali pluristratificate Infezione secondaria dei linfB Persistenza Linf B

Caratteristiche genetiche Fattori ambientali virus Infezione nella prima infanzia nel cavo oro-faringeo, Ospite nei Linf B modificazioni ambientali possono riattivarlo Infezione nell’adolescenza mononucleosi infettiva Il virus viene rilasciato nel la saliva e nel sangue In particolari situazioni virus viene associato ai tumori nell’uomo

è limitato all'Africa tropicale Linfoma di Burkitt: è limitato all'Africa tropicale (non si verifica in africani che vivono al di fuori dell'area di endemia) e colpisce i bambini è un linfoma scarsamente differenziato (B linfociti) Il DNA virale è stato rilevato in > 90% dei casi. I B-linfociti presenti nei linfomi, compreso quello di Burkitt, hanno una caratteristica anomalia cromosomica, la traslocazione dell'oncogene C-Myc dal cromosoma 8 ad uno dei cromosomi coinvolti nella sintesi delle catene delle immunoglobuline(14, 2 o 22) Presenza di endemia malarica

Carcinoma nasofaringeo si verifica in Asia sud-orientale (soprattutto nella Cina sud-orientale) o in persone di quelle regioni che vivono in altre zone Il virus è stato identificato nelle cellule del carcinoma nasofaringeo, praticamente in tutti i pazienti specifici geni virali vengano espressi in queste cellule Il virus è stato però anche identificato in soggetti normali Fattori ambientali: consumo di pesce essiccato (nitrosamine), terapia con Euphorbiacee (esteri di forbolo)

in pazienti immuno-soppressi Linfomi di Hodgkin in pazienti immuno-soppressi sequenze del DNA virale sono state ritrovate in circa il 50 % dei casi.

DNA di HHV-8 è presente in tutti i casi di sarcoma di Kaposi Possiede numerosi geni omologhi a geni cellulari che controllano processi quali: apoptosi, risposta immune e ciclo cellulare Utilizza proteine che gli permettono -di eludere la risposta immune (vIRF) -inibire l’apoptosi (vFLIP e vBcl-2) Possibile trasmissione orizzontale e verticale (saliva)

RETROVIRUS I retrovirus sono costituiti da una doppia copia di un filamento di RNA (a singola catena), durante la replicazione virale viene trascritto dalla trascrittasi inversa e si integra nel genoma Questa forma è nota come provirus i geni virali rimangono integrati per sempre nel DNA cellulare Si duplicano con il DNA cellulare e non portano a morte la cellula (nel caso dei virus oncogeni) rilasciando il virus per gemmazione.

I Retrovirus umani HLTV I e II HTLV I identificato nel 1980 R. Gallo VIRUS ONCOGENI A RNA RETROVIRUS UMANI I Retrovirus umani HLTV I e II HTLV I identificato nel 1980 R. Gallo in una linea cellulare derivata da una micosi fungoide, linfoma cutaneo a cellule T • HLTV I e II producono rapidamente la trasformazione in cultura di T linfociti anche se non stimolati con IL-2 • E' probabile che il meccanismo di induzione della neoplasia coinvolga l'espressione dell'IL-2 e dei suoi recettori • Nell'HTLV-1 il gene tax stimola il promoter di IL-2 e del suo recettore il gene rex stabilizza l'mRNA del recettore dell'IL-2

La malattia associata all'HLTV I (più raramente dall'HLTV II) VIRUS ONCOGENI A RNA RETROVIRUS UMANI   La malattia associata all'HLTV I (più raramente dall'HLTV II) sembra sia una leucemia\linfoma caratterizzata da un decorso aggressivo Vi è un' area di endemia del virus nel sud del Giappone e in parte dei Caraibi dove una sostanziale proporzione della popolazione è portatrice del virus Negli Stati Uniti solo una piccola percentuale delle neoplasie sono positive