Quali sono le cause del cancro ? Cellula Normale Quali sono le cause del cancro ? Solo occasionalmente, il fine controllo che regola la moltiplicazione cellulare si rompe. Una cellula che inizia a crescere e dividere in maniera sregolata trasmette alle cellule figlie la propensione a proliferare senza rispondere alla regolazione, il risultato è un clone di cellule capace di espandersi indefinitivamente. Infine, da questo clone di cellule indesiderate si forma una massa chiamata tumore. Alcuni tumori non hanno conseguenze serie per la salute, ma quelli composti da cellule che diffondono in tutto il corpo causano malattia. Il cancro è causato da mutazioni, ma ci sono due differenze fondamentali fra il cancro e le malattie genetiche. Cellula Tumorale Quali meccanismi provocano la comparsa di cellule neoplastiche ?

Meccanismi della cancerogenesi

Interazione

Epidemiologia dei tumori L’incremento dell’incidenza può essere spiegato da due tendenze opposte: Miglioramento delle tecniche diagnostiche, aumento dei controlli di screening Allungamento della vita media Larga diffusione di sostanze chimiche di neosintesi, con conseguente aumento del rischio cancerogeno da esposizione

Epidemiologia dei tumori Rischio oncogeno occupazionale (20-40%) Rischio oncogeno ambientale (3%) Rischio oncogeno iatrogeno (1%) Rischio oncogeno alimentare Rischio oncogeno voluttuario

Fattori ambientali: l’inquinamento chimico ed industriale

Fattori ambientali: alcuni comportamenti “a rischio”

Periodo di latenza Cancerogenesi a più stadi Agente cancerogeno 1 2 3 Cellula tumorale silente Cellula tumorale Cellula normale Crescita lenta Cellula suscettibile Mesi, Anni Cellula tumorale X X X Instabilità intrinseca Meccanismi di difesa

Iniziazione e promozione Stimolo iniziale Cellula normale Induzione Modificata da: Fattori genetici Accessibilità cellule bersaglio Riparazione Cellula potenzialmente cancerosa Cellula tumorale Periodo di progressione (promozione) Influenzata da: Agenti promoventi Bilancio ormonale Risposta locale dei tessuti Risposta immunitaria

Epidemiologia molecolare per individuare le interazioni gene-ambiente Metabolismo dei cancerogeni Suscettibilità ereditaria Addotti che danneggiano il DNA Ripari al DNA/Instabilità genomica Dose molecolare Rischio di mutazione Mutazioni/Cambiamenti genetici Figure 12.4. Facets of Molecular Epidemiology that investigate gene–environment interactions. Once the internalized chemical carcinogens are metabolized to reactive species that cause damage to DNA (carcinogen–DNA adducts). The innate ability to repair DNA damage may reduce or ablate the overall damage burden. Alternatively, genetic changes (mutations, clastogenesis) may occur. Carcinogen metabolism and DNA repair are categorizable genetic traits (host factors). DNA adducts (molecular dose) and mutational spectra are measures of exposure. Information from assays designed to investigate host factors and exposure measure can be used for human cancer risk assessment. VALUTAZIONE DI RISCHIO DEL CANCRO UMANO identificazione di rischio - dose response - valutazione di esposizione - caratterizzazione del rischio

Fattori che influenzano l’incidenza e la mortalità

INCIDENZA MORTALITA’

Dagli studi di Cancerogenesi chimica sperimentale è emerso: - alcune sostanze chimiche possono dare tumori da sole (“cancerogeni completi”) - altre sostanze non producono alterazioni, finché lo stesso tessuto non viene esposto ad altre sostanze: le prime si definiscono “agenti inizianti”, le seconde “agenti promoventi” - è oggi chiaro che gli agenti inizianti provocano alterazioni a carico del DNA della cellula, mentre gli agenti promoventi in genere inducono stimoli alla proliferazione - durante questa proliferazione indotta da un promovente, si potranno manifestare anomalie nel comportamento di crescita cellulare, derivanti da alterazioni eventualmente prodotte dall’ agente iniziante a carico di geni che partecipano al controllo dei meccanismi del ciclo cellulare e della mitosi.

Cancerogenesi Chimica Lo studio delle sostanze chimiche come causa di neoplasie ha permesso di comprendere la patogenesi della maggior parte dei Tumori spontanei Tali tumori dipendono dall’esposizione prolungata a dosi elevate di alcune sostanze chimiche dette cancerogeni Tumori indotti chimicamente sono caratterizzati da lunghi tempi di insorgenza

Cancerogenesi Chimica Durante lo sviluppo del tumore si possono distinguere diverse fasi (Ca polmonare dei fumatori, Ca del collo dell’utero) Si può riconoscere una prima fase di lesioni preneoplastiche reversibili, seguite da un periodo si latenza, dall’acquisizione di atipie neoplastiche vere e proprie e infine all’acquisizione dell’invasività e della capacità di metastatizzare Queste caratteristiche possono essere riprodotte in laboratorio, studiando l’insorgenza dei tumori indotti sperimentalmente

Cancerogenesi Sperimentale I fondamentali studi di Cancerogenesi Sperimentale negli animali da laboratorio

Cancerogenesi Chimica Applicazione di un cancerogeno Spennellatura di catrame Fase di iniziazione Comparsa di lesione preneoplastica Lesioni di tipo iperplastico, necrotico-degenerative Sospendendo il trattamento Scomparsa delle lesioni preneoplastiche Fase di latenza

Cancerogenesi Chimica Spontaneamente dopo il tempo di latenza può insorgere il tumore Fase di latenza Il tempo di latenza può essere ridotto applicando sostanze promuoventi Con il passare del tempo il tumore Acquisisce caratteristiche di malignità,invasività, capacità di metastatizzazione, cachessia Fase di promozione Fase di progressione

INDUZIONE SPERIMENTALE DI TUMORI IN LABORATORIO A differenza di come si somministrano le sostanze inizianti e promuoventi la neoplasia può insorgere o meno

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Attivazione metabolica extraepatica dei pro-cancerogeni Il benzo(a)pirene può essere modificato a livello cutaneo (sito di assorbimento) e causare tumori cutanei. La modificazione strutturale che il benzopirene subisce a livello cutaneo e diversa da quella epatica O O O Zone preferenziali di ossidazione ed ossigenazione

Attivazione metabolica extraepatica dei pro-cancerogeni Nitrati, nitriti Amine (derivate dalla digestione delle proteine) Acidità gastrica Nitriti e nitrati, perché sono dannosi? NITRATI: di per sé sono innocui ma in particolari condizioni possono trasformarsi in nitriti (lunghi periodi di conservazione, calore, pH acido). Questa percentuale si aggira normalmente intorno al 20-30% e li rende molto meno pericolosi dei nitriti. NITRITI: hanno la capacità di legarsi all'emoglobina (la proteina del sangue che trasporta l'ossigeno nel nostro organismo) trasformandola in metaemoglobina e riducendo di conseguenza il trasporto di ossigeno ai tessuti. Questo aspetto è particolarmente pericoloso per i bambini ed i neonati che assorbono maggiori quantitativi di nitriti dall'alimentazione. La scarsa ossigenazione può, in questi casi, provocare asfissia e difficoltà respiratorie. La capacità dei nitriti di combinarsi con le ammine (composti organici presenti soprattutto negli alimenti proteici, come carne, salumi e formaggi) genera sostanze cancerogene chiamate nitrosamine. Queste sostanze si formano già nella cavità orale per opera di alcuni enzimi salivari. Nello stomaco viene invece secreta la vitamina C (o acido ascorbico) che impedisce la trasformazione delle ammine in nitrosammine, generando però acido nitrico, un potente agente mutageno. Inoltre se da un lato la presenza di vitamina C impedisce questa reazione dall'altro l'ambiente acido dello stomaco la favorisce. L'ente Americano Food and Drug Admistration ha definito le nitrosamine come "...uno dei più potenti gruppi di sostanze cancerogene mai scoperto" Il dottor William Lijinsky riportando i risultati dei suoi studi condotti introducendo nitrosamine nell'alimentazione di alcuni animali ha scritto: "nel giro di sei mesi si è riscontrata la presenza di tumori nel 100% delle cavie. Le manifestazioni cancerose sono presenti in ogni parte del corpo: nel cervello, nei polmoni, nel pancreas , nello stomaco, nel fegato e negli intestini." Secondo l'AIRC (Ass. It. Ricerca sul Cancro) il consumo di insaccati con conservanti è una della cause accertate di cancro allo stomaco. Dove si trovano? ALIMENTI: usati come additivi in carni in scatola, salumi, pesci marinati e a volte anche in prodotti caseari. Salvo rare eccezioni gli alimenti a più alto tasso di nitriti e nitrati sono proprio i salumi. VEGETALI: la concentrazione di nitrati negli alimenti di origine vegetale è particolarmente elevata in alcuni ortaggi. In particolare la loro presenza dipende da: quantità e qualità di fertilizzanti impiegati; per questo motivo i vegetali provenienti da colture biologiche e/o non intensamente concimate contengono una percentuale inferiore di nitrati quantità di luce assorbita: come abbiamo già ricordato le piante necessitano di luce solare per utilizzare l'azoto contenuto nei nitrati. Ne consegue che i vegetali coltivati in serra o esposti limitatamente alla luce contengono più nitrati di quelli di stagione coltivati nei campi. Tipi di ortaggi: ad alto contenuto di nitrati: lattuga, cavolo rapa, lattuga cappuccina, crescione, bietola da costa, ravanello, rafano, rabarbaro, rapa rossa, spinacio a medio contenuto di nitrati: cima di rapa, indivia, finocchio, cavolo riccio, sedano, cavolo bianco, cavolo verza, zucchino a basso contenuto di nitrati: melanzana, fagiolino, cavolfiore, broccolo, cicoria, pisello, cetriolo, patata, germogli, carota, peperone, funghi, porro, cavoletto di Bruxelles, cavolo rosso, radice amara, asparago, pomodoro, cipolla. Anche la distribuzione dei nitrati nell'ortaggio è variabile, con concentrazioni più elevate nei gambi, nelle costole, nelle foglie esterne e nella scorza. E' tuttavia interessante notare come questi ortaggi siano particolarmente ricchi di vitamina C e poveri di ammine, un mix vincente che impedisce la trasformazione dei nitrati in nitriti e di questi ultimi in nitrosamine. ACQUA: l'acqua può arricchirsi di nitriti in seguito al loro assorbimento dai terreni, o perché particolarmente ricca di batteri in grado di produrre nitriti a partire da nitrati. Nitrosamine Elettrofile, interagiscono con il DNA delle cellule della mucosa gastrica causando l’insorgenza del Ca

Attivazione metabolica extraepatica dei pro-cancerogeni 2-naftilamina 2-naftilamina glicuronata solforata β-glicuronidasi Ac. glicuronico Ac,solforico 2-naftilamina solforata Enzimi della flora batterica intestinale Perdendo il residuo glicuronico, la 2-naftilamina perde parte della sua solubilità, ma non quella di interagire con il DNA. Precipita nella vescica accumulandosi nell’epitelio vescicale, trasformando le cellule epiteliali.

Attivazione metabolica extraepatica dei pro-cancerogeni Cicasina Enzimi della flora batterica intestinale Cancerogeni Endogeni Sali biliari Sostanze endogene necessarie al corretto assorbimento di grassi dalla dieta Si accumulano a livello della mucosa intestinale, causando tumori dell’intestino

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Cancerogenesi Chimica: la fase di promozione A partire da una cellula già iniziata, si sviluppa la neoplasia Le sostanze responsabili di tale evento, i promuoventi, non sono cancerogeni se somministrati deparatamente dall’iniziante Non interagiscono con il DNA (Non mutageni) L’azione dei promuoventi può essere reversibile, si manifesta solo sopra una certa dose soglia In ultima analisi, l’evento determinato dal promuovente che scatena la trasformazione cellulare è l’induzione alla proliferazione cellulare

Cancerogenesi Chimica: la fase di promozione Nei primi stadi della promozione l’azione iperplastica si esercita sia sulle cellule normali che su quelle iniziate (STADIO 1 della promozione) Successivamente avviene una proliferazione selettiva (STADIO 2 della promozione, selezione) Si formano ‘ foci proliferativi’ che si presentano come noduli neoplastici paragonabili a tumori benigni

Cancerogenesi Chimica: la fase di promozione Nei primi stadi della promozione l’azione iperplastica si esercita sia sulle cellule normali che su quelle iniziate (STADIO 1 della promozione) Successivamente avviene una proliferazione selettiva (STADIO 2 della promozione, selezione) Si formano ‘ foci proliferativi’ che si presentano come noduli neoplastici paragonabili a tumori benigni

Cancerogenesi Chimica: la fase di promozione La proliferazione selettiva delle cellule iniziate può dipendere da diverse caratteristiche che, durante la stimolazione promuovente, differenziano il comportamento proliferativo delle cellule trasformate da quelle normali Differente inibizione Differente stimolazione Necrosi e rigenerazione differenziale Differente ritorno alla fase quiescente L e differenze che si instaurano tra cellule normali e iniziate sono determinate da mutazioni subite su oncogeni diversi

Dagli studi di Cancerogenesi chimica sperimentale è emerso che : - alcune sostanze chimiche possono dare tumori da sole (“cancerogeni completi”) - altre sostanze non producono alterazioni, finché lo stesso tessuto non viene esposto ad altre sostanze: le prime si definiscono “agenti inizianti”, le seconde “agenti promoventi” - è oggi chiaro che gli agenti inizianti provocano alterazioni a carico del DNA della cellula, mentre gli agenti promoventi in genere inducono stimoli alla proliferazione - durante questa proliferazione indotta da un promovente, si potranno manifestare anomalie nel comportamento di crescita cellulare, derivanti da alterazioni eventualmente prodotte dall’ agente iniziante a carico di geni che partecipano al controllo dei meccanismi del ciclo cellulare e della mitosi.

Cancerogenesi Chimica: Iniziazione Iniziante Iniziazione: la cellula iniziata subisce una mutazione a livello di un oncogene che non dà effetto fenotipico, perché non è utilizzato dalla cellula quiescente PERIODO DI LATENZA

Cancerogenesi Chimica: Promozione Promovente Promozione (fase 1): l’agente promuovente agisce su tutte le cellule (normali e iniziate) Risvegliando l’oncogene sia sano che mutato e determinando proliferazione cellulare Iperplasia

Cancerogenesi Chimica: Promozione Promovente Promozione (fase 2): rimosso l’agente promuovente l’oncogene sano smette di essere stimolato di conseguenza le cellule normali smettono di proliferare e tornano quiescenti (si può osservare anche una regressione della proliferazione. Nelle cellule iniziate,l’oncogene mutato, non risentendo più degli stimoli inibitori, continua a stimolare la proliferazione incontrollata Neoplasia benigna

Promozione E’ il processo mediante il quale si induce la trasformazione neoplastica di una cellula già esposta ad un agente iniziante Tale processo è causato dai promotori, una categoria di sostanze eterogenee sia dal punto di vista strutturale che funzionale I promuoventi possono essere molecole endogene L’evento più frequente determinato dai promuoventi è la proliferazione cellulare.

Promozione La proliferazione cellulare è indotta dai promuoventi attraverso meccanismi epigentici I promotori non interagiscono con il DNA ma inducono la proliferazione cellulare interagendo con specifici recettori di superficie e/o attivando secondi messaggeri intracellulari Tra gli eventi innescati dai promuoventi ricordiamo: Alterazione della sintesi di fosfolipidi Aumento della sintesi di ac. Nucleici Induzione di attività enzimatiche Alterazione della distribuzione intracellulare di Ca++ Rilascio di PGE Alterazione della morfologia cellulare Depolimerizzazione del citoscheletro Alterazione del differenziamento cellulare Sintesi di poliamine

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Promozione Il promotore più studiato nella chimica sperimentale è il TPA (12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate), che è il principio attivo dell’olio di Croton E’ una molecola lipofila che attraversa la membrana plasmatica in assenza di recettori specifici Il TPA induce proliferazione cellulare e inibisce la comunicazione intracellulare necessaria al controllo

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Progressione Le fasi di iniziazione e promozione portano alla trasformazione in senso benigno Il passaggio da cellula tumorale benigna avviene nel corso della fase di progressione La cellula tumorale benigna (attivamente proliferante) è caratterizzata da una maggiore instabilità genetica se confrontata alla cellula normale di derivazione Nella fase di progressione si accumulano altre mutazioni geniche Tali mutazioni determinano l’acquisizione del fenotipo maligno, ovvero capacità metastatica, alterazione del metabolismo energetco Le cellule della stessa massa tumorale possono subire ulteriori mutazioni e acquisire fenotipi diversi: ETEROGENEITA’ CELLULARE CARATTERISTICA DEI T. MALIGNI

Cambi di differenziamento: Metaplasie

Epitelio pluristratificato non cheratinizzato Caratteri di displasia, (grado massimo = = carcinoma in situ)

architettura tissutale: Alterazioni dell’ architettura tissutale: Displasie

(Lesioni Preneoplastiche) Le Precancerosi (Lesioni Preneoplastiche)

Precancerosi : condizioni dal significato analogo a quello delle lesioni pre-neoplastiche osservate dalla cancerogenesi sperimentale

Leucoplachia

Precancerosi : condizioni dal significato analogo a quello delle lesioni pre-neoplastiche osservate dalla cancerogenesi sperimentale

EPITELIO CILINDRICO ECTOPICO

Poliposi del Colon

Fattori endogeni: genetici: le Neoplasie “Ereditarie”

Neurofibromatosi di von Recklinghausen fibromi multipli delle guaine dei nervi periferici mal. ereditaria dominante

Cellula Normale Cellula Tumorale UV Errori di replicazione Cancerogeni chimici Radiazioni Cellula Normale Virus Danno al DNA Riarrangiamenti (traslocazioni, delezioni, Amplificazione) Mutazioni puntiformi Alterazioni al DNA di geni che controllano la proliferazione (oncogeni e geni oncosoppressori)- Proliferazione sregolata Cellula Tumorale