Investigating Cancer KRAS Activity 1

Cos’è il cancro? Tutti i tipi di cancro derivano da cellule singole che hanno acquisito la caratteristica di dividersi continuamente senza controllo, invadendo i tessuti circostanti. Le cellule tumorali si comportano in questo modo a causa di mutazioni del DNA riguardanti geni chiave, noti come geni del cancro. Perciò tutti i tipi di cancro sono malattie genetiche. Human melanoma cell undergoing cell division Credit: Paul Smith & Rachel Errington, Wellcome Images

Informazioni sul cancro Nei paesi occidentali una persona su tre si ammalerà di cancro e una su cinque morirà a causa della malattia. Ci sono circa 200 tipi di cancro, ognuno caratterizzato da cause, sintomi e trattamenti diversi. Il rischio individuale di ammalarsi di cancro dipende da numerosi fattori, inclusi età, stile di vita e geni. Cancer Research UK http://info.cancerresearchuk.org/cancerstats/incidence/?a=5441

I tipi di cancro più diffusi (cause di morte in UK, 2008) Cancer Research UK. Accessed July 2010 http://info.cancerresearchuk.org/cancerstats/mortality/cancerdeaths /

Le cellule cancerose hanno genomi alterati Cariotipo di una cellula cancerosa Credit : Mira Grigorova and Paul Edwards, Department of Pathology, University of Cambridge, unpublished Source: www.path.cam.ac.uk/~pawefish/BreastCellLineDescriptions/HCC38.html

Cos’è una mutazione? Mutazione germinale Mutazione somatica Un cambiamento nella sequenza del DNA che può essere ereditato dai genitori Mutazione somatica Un cambiamento nella sequenza del DNA in cellule diverse dall’uovo e dallo spermatozoo La mutazione èpresente nella cellula cancerosa e in tutte quelle che da essa derivano, ma non nelle cellule sane Two key terms that students will encounter are presented on this slide. They may have come across the terms ‘somatic’ and ‘germline’ in discussions of gene therapy previously. 6

Mutazioni e geni del cancro I geni del cancro sono coinvolti nell’oncogenesi. Le mutazioni dei geni del cancro possono essere somatiche o essere ereditate. Il numero minimo di mutazioni a carico di un gene necessarie per trasformare una cellula normale in una cellula cancerosa è 5. Le mutazioni di alcuni geni del cancro possono essere ereditate dai genitori; in questo caso sono presenti in tutte le cellule del corpo e il rischio di ammalarsi di cancro è molto alto. Le mutazioni somatiche possono riguardare qualsiasi cellula del corpo eccetto le cellule germinali, per cuio non possono essere trasmesse ai figli. Cancer genes are causally implicated in oncogenesis – the cellular changes that result in malignant tumour formation Somatic mutations are defined as mutations or other alterations in DNA that occur after conception. Somatic mutations can occur in any of the cells of the body except the germ cells (sperm and egg) and therefore are not passed on to children. These alterations can (but do not always) cause cancer. 7

Importance of somatic DNA changes in human cancer Somatiche Ereditate Entrambe Solo il 5 –10% dei casi di cancro hanno una chiara componente ereditaria, ad esempio BRCA1 e BRCA2 nel cancro del seno Anche quando la predisposizione è ereditata, sono necessarie mutazioni somatiche affinchè il cancro si sviluppi

Cancer genes Ci sono due tipi di geni del cancro : Geni oncosoppressori Oncogeni Ad oggi conosciamo circa 400 geni del cancro somatici, ma sicuramente ne esistono molti di più COSMIC è un catalogo di mutazioni somatiche : http://www.sanger.ac.uk/genetics/CGP/cosmic/ *(COSMIC v47release. July 2010) COSMIC: Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer was created by the Cancer Genome Project at the Wellcome Trust Sanger Institute. 9

Tumour suppressor gene Geni oncosoppressori : Questi geni normalmente IMPEDISCONO la divisione cellulare - per produrre il cancro ENTRAMBE LE COPIE devono essere mutate TS Cancer

Oncogene Oncogeni : questi geni normalmente STIMOLANO la divisione cellulare in modo controllato - è sufficiente la mutazione di una sola delle due copie del gene per provocare il cancro Ras Cancer

Esempi di mutazioni ACTCGTTAGGCA ACTCCTTAGGCA ACTCGTTAGGCA ACTCGGCA Sequence 1 Sequence 2 Type ACTCGTTAGGCA ACTCCTTAGGCA Substitution ACTCGTTAGGCA ACTCGGCA Deletion ACTCGTTAGGCA Insertion ACTCGTTATCAGGCA ACTCGTTAGGCA ACTTTGCAGGCA Inversion ACTCGTTAGGCA ACTCGTTAGTTAGGCA Duplication

Attività Il gene KRAS codifica per una molecola segnale Le mutazione del gene KRAS sono presenti in molti tipi di cancro, incluso il cancro del pancreas Dovrete cercare le mutazioni confrontando la sequenza di DNA normale con quella della cellula tumorale Non tutte le schede contengono una mutazione This is your opportunity to hand out the worksheets. It is important to stress that not everyone will find a mutation. 13

Le schede

Se trovate una mutazione EXAMPLE ONLY

Come usare la ruota dei codoni Cominciate dal centro e andate verso l’esterno

Marcate la sequenza con le frecce This slide demonstrates how to use the banner. 17

Mutazioni esterozigoti Normal DNA sequence Un doppio picco indica una mutazione in un cromosoma e non nell’altro, cioè una mutazione eterozigote A DNA change in cancer T → A BRAF gene mutation Nature 417, 906-7 (June 2002)

Risultati 12 GGT GTT 13 GGC GAC 30 GAT 61 CAA CGA 146 GCA CCA 173 12 Amino Acid Number Healthy DNA Sequence Tumour DNA Sequence Healthy Amino Acid Tumour Amino Acid 12 GGT GTT G (glycine) V (valine) 13 GGC GAC D (aspartic acid) 30 GAT D (Aspartic acid) 61 CAA CGA Q (glutamine) R (arginine) 146 GCA CCA A (alanine) P (proline) 173 Amino Acid Healthy DNA Tumour DNA Healthy Amino Tumour Amino Number Sequence Sequence Acid Acid 12 GGT GTT G ( glycine ) V ( valine ) 13 GGC GAC G (glycine) D (aspartic acid) 30 GAC GAT D (aspartic acid) D (aspartic acid ) 61 CAA CGA Q (glutamine ) R ( arginine ) 146 GCA CCA A (alanine) P (proline) 173 GAT GAC D (aspartic acid ) D (aspartic acid)

Mutazioni significative Amino Acid Number Healthy DNA Sequence Tumour DNA Sequence Healthy Amino Acid Tumour Amino Acid 12 GGT GTT G (glycine) V (valine) 13 GGC GAC D (asparatic acid) 61 CAA CGA Q (glutamine) R (arginine) 146 GCA CCA A (alanine) P (proline)

How common? AA 12 13,894 AA 13 2,111 AA 61 212 AA 146 33 Source: COSMIC July 2010

RB1: tumour suppressor gene Source: COSMIC July 2010

How does this affect the KRAS protein? The 3D model shows the KRAS protein. Here you can ask the students how they think the mutations could affect the protein. The next slides will show where they occur on the molecule. The teachers notes provide more information to start a discussion around the significance of the mutations, including the role of the protein. 23

Amino acid 12

Amino acid 13

Amino acid 61

Amino acid 146

Amino acid 146

Qual è l’impatto? Attivata quando si lega al GTP La proteina KRAS contribuisce a trasmettere i segnali provenienti dall’esterno al nucleo della cellula, regolando la crescita. Essa è : Attivata quando si lega al GTP Inattivata quando il GTP viene idrolizzato in GDP