Onkobioloogia loeng

1. Onkobioloogia
Taavi Päll
lektor, Tallinna Tehnikaülikool

2. 2/50

3. Recap

4. Onkogeen
Onkogeen on geen mis võib potentsiaalselt vähki tekitada
Vähkides on onkogeen muteerunud või ekspresseeritud ebanormaalselt kõrgel tasemel.
Proto-onkogeen on normaalne geen mis võib muutuda onkogeeniks.
·
·
·
4/50

5. Onkogeenide aktivatsioon
Onkogeenide aktivatsioon on tingitud geneetilistest mutatsioonidest proto-onkogeenides:
Sellised mutatsioonid viivad muutusteni protoonkogeeni ekspressioonis või struktuuris.
·
Regulatoorsed (protoonkogeeni amplifikatsioon, tuumorsupressorgeeni deletsioon);
Struktuursed (mutatsioonid, kromosomaalsed aberratsioonid).
-
-
·
5/50

6. Kasvufaktorite-retseptorid

7. Normaalsed rakkude kasv sõltub rakuvälistest
signaalidest
Need signaalid on vaja ära tunda ja rakku sisse edastada·
Pilt: The ErbB signalling network.
7/50

8. Normaalse koe arhidektuur sõltub erinevate
rakutüüpide vaheliste proportsioonide säilimisest
Käärsoole epiteel koosneb ühest kihist
epiteeli rakkudest (enterotsüüdid) ja
moodustab iseloomulikud sõrmjad
sopistised all olevasse sidekoesse
Sõrmjate sopististe põhjas asuvad soole
krüptid
Igas krüptis asuvad tüvirakud
Rakkude jagunemine toimub ainult krüptis
ja diferentseeruvad rakud liiguvad krüptist
välja
·
·
·
·
Pildid: üleval, library.med.utah.edu; all, The Intestinal Crypt, A Prototype Stem Cell Compartment.
8/50

9. Rakud ei otsusta jagunemist autonoomselt
Kuigi koekultuuri baassööde sisaldab kõiki elutegevuseks vajalikke toitaineid (aminohapped,
vitamiinid, glükoos) ei piisa nende olemasolust, et rakud hakkaksid jagunema
Vajalikud on ka kasvufaktorid, mida leidub näiteks seerumis
·
·
Pilt: seerumi efekt inimese veresoonerakkude jagunemisele.
9/50

10. Fibroblastide jagunemine haava paranemisel sõltub
vereliistakute poolt vabastatavast kasvufaktorist
Vereliistaku -graanulid sisaldavad
kasvufaktorit PDGF
· α PDGF retseptor on vajalik fibroblastide
PDGF-stimuleeritud migratsiooniks ja
jagunemiseks
·
Pilt: vasak, Platelets and the immune continuum; parem, Deletion of the PDGFR-β Gene Affects Key Fibroblast Functions Important for Wound Healing.
10/50

11. Onkogeenid võtavad kasvukontrolli üle
Pilt: Oncogene products are links in signal chains that stretch from the cell surface to the genetic material in the cell nucleus. This chain is composed of (1)
growth factors, (2) growth factor receptors, (3) signal transducing proteins in cell membranes, (4) phosphokinases in the cytoplasm and (5) proteins transported
from the cytoplasm into the nucleus where they bind to DNA. The localization of different oncogene products (Sis, ErbB, Ras, Src, Myc) is schematically
indicated. Bishop and Varmus, 1989
11/50

12. Türosiin kinaasid signalisatsioonis

13. Src kinaasse aktiivsuse avastamine
Proc Natl Acad Sci USA 75:1567, 1978. M. S. Collett and R. L. Erikson: Protein kinase activity associated with the avian sarcoma virus src gene product.
Src oli esimene onkogeen mis avastati.
Src on selgroogsetel väga konserveerunud
valk ja seega mitte eriti immuunogeenne.
lõpuks siiki v-Src-i ära tundvad antikehad
saadi
Src kinaasne aktiivsus avastati kui tema
immuuno-sadestus reaktsiooni lisati
ATP-d (kahtlustati, et Src võiks olla
kinaas).
Raporteeriti, et Src fosforüleerib treoniine.
·
·
·
·
[ P]γ32
·
13/50

14. Src fosforüleerib türosiine
Enne Src-i oli teada, et kinaasid fosforüleerivad valkudes seriine ja treoniine.
1979. aastal uuris Tony Hunter polüoomiviiruse antigeeni ja peale Src-i kinaasse
aktiivsuse avastamist tegi ta katse, kas ka middle-T võiks olla kinaas - oli!
Selgus, et seriini ega treoniini ei fosforüleerita, vaid mingit muud aminohapet, mis osutus
hiljem türosiiniks.
Sama lähenemist kasutades testis ta ka Src-i kinaasset spetsiifilisust.
·
·
·
·
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
14/50

15. Src toimib tsütoplasmaatilise türosiin kinaasina
Kinaasne domään (SH1 - )
SH2, fosfotürosüül peptiide siduv domään
SH3, proliinirikkaid järjestusi siduv
domään
Alumine pilt, v-src erineb c-src-st C-
terminaalse deletsiooni poolest
·
·
·
·
Pilt: Nature reviews in medicine.
15/50

16. SRCil kirjeldatud rohkem kui 50 valgulist
substraati
Kinaasidel on palju rakulisi substraate
Src-i aktivatsioon vabastab SH2 ja SH3
domäänid inhibitsioonist ja võimaldab Src-
il läbi nende domäänide seostuda teiste
valkudega (Src-i substraadid).
Enamus Src-i substraate on seotud
adhesiooni ja migratsiooniga.
Transformeeriv aktiivsus (stimuleerib
rakkude jagunemist) Src-il ilmselt seotud
PI3K-Akt aktivatsiooniga.
Inimesel siiski Src-i mutatsioone (C-
terminaalne trunkatsioon) leitud ainult
väiksel osal kaugele arenenud
soolekasvajatel. Soolekasvajates ei esine
ka c-Src-i amplifikatsioone (TCGA).
·
·
·
·
16/50

17. Kinaaside pleiotroopne toime
Fosforüleerimine põhjustab substraatidel muutuse funktsionaalses staatuses
Seriin-treoniin kinaas PKB/Akt reguleerib ellujäämist läbi effektorvalkude aktiveeriva ja
inhibeeriva fosforüülimise
·
·
Pilt: wikipedia
17/50

18. Esimene retseptor-türosiinkinaas mis avastati oli EGF
retseptor
EGF omas proliferatsiooni stimuleerivat toimet erinevatele epiteliaalset päritolu rakkudele.
Kuid see toime esines ainult siis kui EGF seostus rakule, viidates rakupinna retseptori
olemasolule.
EGF retseptor isoleeriti emaka epidermoidsest kasvajast kus see oli tugevalt üle-
ekspresseeritud.
·
·
·
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
18/50

19. Türosiinkinaas retseptorite struktuur
Imetajatel ~20 klassi TKR.
Tsütoplasmaatiline domään on
konserveerunud.
Suur varieeruvus rakuvälises domäänis.
·
·
·
Pilt: themedicalbiochemistrypage.org
19/50

20. Türosiini kinoom
Hulkraksete organismide genoomis esindavad türosiin kinaasid ~10–15% kõigist valgu
kinaasi geenidest
-il on 90 TK kokku 454 kinaasist, inimestel 90 TK kokku 525 kinaasi geenist
Inimesel on neist 90 türosiin kinaasist 58 RTK (neist neljal puudub kinaasne aktiivsus, nt.
ErbB3)
Enam kui 99% fosfo-aminohapetest on normaalsetes rakkudes fosfo-treoniin ja fosfo-seriin;
fosfo-türosiin moodustab 0.05 kuni 0.1% totaalsest fosfo-aminohapetest
·
·
·
·
20/50

21. RTK onkogeense aktivatsiooni mehhanisme

22. Muteerunud kasvufaktori retseptor võib toimida
onkogeenina
N-terminaalne deletsioon põhustab v-ErbB ligand sõltumatu konstitutiivse aktivatsiooni.
1984. aastal avastati, et EGF retseptori (erbB) valgujärestus on homoloogne linnu
erütroblastoosi viiruse onkogeeniga v-ErbB.
·
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
22/50

23. Mutatsioonid kasvufaktorite retseptorites
põhjustavad ligand-sõltumatut aktivatsiooni
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
23/50

24. Retseptor türosiin kinaasid inimese kasvajates
RETSEPTOR LIGAND MUTATSIOON VÄHITÜÜP
EGFR/ErbB1 EGF, TGF­a üle­ekspressioon erinevad kartsinoomid; glioblastoom
EGFR/ErbB1 ektodomääni deletsioon glioblastoom, kopsu­ ja rinnakartsinoomid
ErbB2/HER2/Neu NRG, EGF üle­ekspressioon 30% rinnakartsinoomidest
ErbB3,4 erinevad üle­ekspressioon suuõõne lamerakuline kartsinoom
Flt­3 Flt3 ligand (FL) tandem duplikatsioon äge müelogeenne leukeemia
Kit SCF aminohappe asendused GI strooma kasvajad
Ret GDNF fuusion, punktmutatsioonid kilpnäärme kartsinoomid, endokriinsed neoplaasiad
FGFR3 FGF üle­ekspressioon, ah asendused multimüeloom, kusepõie­ ja emakakaela kartsinoomid
24/50

25. RTK mutatsioonid mao adenokartsinoomides
doi:10.1038/nature13480
Enamus muutusi RTK-s on seotud
koopiaarvu muutustega.
Lisaks ka sage VEGFA amplifikatsioon.
·
·
25/50

26. Kõrval: Rinnanäärme kartsinoomi rakud
ekspresseerivad EGF retseptorit (punane) ja
selle ligandi (roheline).
Kasvajarakud sekreteerivad autokriinseid
kasvufaktoreid
TGF − α
The Biology of Cancer (Garland Science 2007)
26/50

27. Autokriinsed kasvufaktorid inimese vähkides
LIGAND RETSEPTOR VÄHK
HGF Met endokriinsed kasvajad, invasiivsed rinna­ ja kopsuvähid, osteosarkoom
IGF2 IGF­1R käärsoole kasvajad
IL­6 IL6R müeloom, pea­kaela lamerakuline kartsinoom
IL­8 IL8RA kusepõie kartsinoom
NRG HER2/ErbB3 munasarja kartsinoom
PDGF­BB PDGFR osteosarkoom, glioom
PDGF­C PDGFR Ewingi sarkoom
PRL (prolaktiin) PRL­R rinna kartsinoom
SCF KIT Ewingi sarkoom, väikeserakuline kopsu kartsinoom
VEGF­A VEGFR neuroblastoom, eesnäärme kasvajad, Kaposi sarkoom
TGF­a EGFR lamerakuline kopsuvähk, rinna­ ja eesnäärme adenokartsinoom, kõhunäärme
kasvaja, mesotelioom
GRP (gastrin­releasing
peptide)
GRP­R väikeserakuline kopsu kartsinoom
27/50

28. IGF2 ampli katsioon käärsoole kasvajates
IGF2 geeni sisaldav genoomipiirkond
11p15.5 on amplifitseerunud ~7% CRC-s,
põhjustades IGF2 üle-ekspressiooni neis
vähkides.
Lisaks on IGF2 üle ekspresseeritud ka
muudel põhjustel.
IGF2 või IRS2 ( )
üle-ekspressioon ja PI3K raja mutatsioonid
on üksteist välistavad.
·
·
·
doi:10.1038/nature11252
28/50

29. Kaposi sarkoomi rakud sekreteerivad mitmeid
erinevaid faktoreid
Kaposi's sarcomas produce PDGF, TGF-β, IGF-1, angiogenin 2 (Ang2), CCL8, CXCL11,
endothelin and express their receptors.
At the same time, the causal agent of this disease, the human herpesvirus-8 (HHV-8)
produces vIL-6 and macrophage inflammatory protein (vMIP).
·
·
Pilt: wikipedia
29/50

30. Klassikaliselt toimub see läbi dimeerse ligandi
(kasvufaktori) vahendatud retseptori
dimerisatsiooni ja sellele järgneva trans-
fosforülatsiooni
Näiteks: KIT, VEGFR.
HER2 aktivatsioon
RTK aktivatsoon
30/50

31. RTK dimerisatsioon: 4 põhilist moodust
TrkA: ligand vahendatud dimerisatsioon,
retseptorid oma vahel ei interakteeru.
KIT: ligand vahendatud dimeer, retseptorid
seostuvad omavahel otseselt.
FGFR: mitmed kontaktid reseptori, ligandi
ja hepariini vahel.
EGFR/ErbB perekond: ligandid
indutseerivad retseptori dimerisatsiooni,
kuid ise ei interakteeru.
·
·
·
·
31/50

32. EGFR dimerisatsioon
Pilt:Structural View of Ligand-Induced Dimerization of the hEGFR ECRBessmann et al.
32/50

33. RTK kinaasse domääni aktivatsioon
Kõigi retseptorite kinaasi domäänid (TKD) koosnevad C-terminaalsest ja N-terminaalsest
osast ja aktivatsioonilingust
Aktiveeritud olekus on erinevate retseptorite TKD struktuurid sarnased.
Inaktiivsed domäänid on aga retseptoritel erinevad, peegldades regulatoorset
mitmekesisust
Autoinhibitsioon toimib molekuli siseselt ( )
Retseptori aktivatsioonil toimub domääni vabastamine autoinhibitoorsest interaktsioonist
·
·
·
autoinhibitsioon läbi aktivatsioonilingu,
jukstamembranne autoinhibitsioon,
C-terminaalne autoinhibitsioon
-
-
-
·
·
33/50

34. Geenifuusionid põhjustavad konstitutiivselt
aktiivsete retseptorite tekke
Anaplastic lymphoma kinase (ALK) and c-
ros oncogene 1 (ROS1) are related
receptor tyrosine kinases (RTKs).
ALK and ROS1 have been identified as
mutant C-terminal (kinase domain) fusion
proteins in research studies of a wide
range of human cancers
·
·
Pilt: cellsignal.com
34/50

35. Lisaks RTK-le on veel palju erinevaid kasvufaktorite
retseptoreid-radu
Jak perekond ( ), seostuvad tsütokiini ja kasvufaktorite
retseptoritele millel endal puudub kinaasne aktiivsus (kasvuhormooni retseptor, EPO-R, IFN-
R).
TGF- retseptorid (NB! seriin-treoniin kinaasse aktiivsusega), aktivatsioon üle tüüp-I (vajab
aktivatsiooni) ja tüüp-II (konstitutiivselt aktiivne ser/thr kinaas) retseptorite
heterodimeriseerumise.
Notch retseptorid, parakriinse ligandi sidumisel toimub reteptori proteolüütiline
aktivatsioon ja Notch ICD ( ) transporditakse tuuma, kus toimib TF-na.
Hedgehog signaalirada, Patched-Smoothened-Gli, basaalrakuline kartsinoom.
Wnt signalisatsoon, Frizzled retseptor, toimib beta-kateniini stabiilsuse ja
transkriptsioonilise aktiivsuse kontrollina. Wnt rada on oluliselt häiritud soolekasvajates.
·
· β
·
·
·
35/50

36. Janus kinaasi tsütokiini retseptorid
Jak perekond, seostuvad tsütokiini ja
kasvufaktorite retseptoritele millel endal
puudub kinaasne aktiivsus
Näited: kasvuhormooni retseptor, EPO-R,
IFN-R
·
·
Pilt: nature.com
36/50

37. TGF- retseptoridβ
TGF- retseptorite aktivatsioon toimub üle tüüp-I ja tüüp-II retseptorite
heterodimeriseerumise
· β
Pilt: nature.com
37/50

38. Wnt-wingless rada
Pilt: nature.com
Wnt signalisatsoon toimib läbi Frizzled
retseptori
Wnt ligandid on maatriksiga seotud ja pole
vabalt diffuseeruvad
Rada toimib -kateniini stabiilsuse ja
transkriptsioonilise aktiivsuse kontrollina
Wnt rada on oluliselt häiritud
soolekasvajates
·
·
· β
·
38/50

39. Wnt ja TGF- radade mutatsioonid käärsoole
kasvajates
β
Wnt raja retseptor Frizzled (FZD10) ~30% juhtudest üle-ekspresseeritud.
TGF-beta ja Aktiviini retseptorid muteeritud vastavalt 60% ja 80% juhtudest.
·
·
doi:10.1038/nature11252
39/50

40. Notch signaalirada
Notch retseptorile parakriinse ligandi
(Delta/Jagged) sidumisel toimub reteptori
proteolüütiline aktivatsioon -sekretaaside
poolt
Notch rakusisene domeen (ICD)
transporditakse tuuma, kus toimib TF-na
koos koaktivaatoritega
Ligand-sõltumatu konstitutiivselt aktiivne
Notch signalisasioon toimub u. pooltes T-
raku leukeemiates
·
γ
·
·
40/50

41. Hedgehog signaalirada
Imetajatel: Patched-Smoothened-Gli
Ptc ja Smo mutatsioonid esinevad
basaalrakulises kartsinoomis
Ptc mutatsioonid medulloblastoomides
·
·
·
41/50

42. Rakuvälise maatriksi retseptorid

43. Integriinid
doi:10.1038/nrm1229
Rakuvälise maatriksi (ECM) retseptorid.
Heterodimeerid: 18 - ja 8 -subühikut.
Rakkude adhesioon, migratsioon, anoikis.
Integriinide tsütoplasmaatilised sabad
seovad mitmeid valke, nt. taliin, vinkuliin,
-aktiniin, mis seostuvad aktiini
tsütoskeletile ja seeläbi vahendavad kõiki
integriini rakulisi funtsioone.
Seest-välja (inside-out) signalisatsioon
reguleerib integriini afiinsust,
·
· α β
·
·
α
·
integriini subühikute tsütoplasma
sabade vaheline interaktsioon takistab
aktivatsiooni.
-
43/50

44. - ja -subühikute kombinatsioonid tagavad
spetsii lisuse
α β
doi:10.1186/gb-2007-8-5-215
44/50

45. Integriinide ECM ligandid
INTEGRIIN ECM LIGAND
kollageen, laminiin, vitronektiin, fibronektiin
vitronektiin, fibrinogeen, trombospondiin (angiogenees)
fibronektiin
laminiin
laminiin
fibrinogeen
laminiin (epiteliaalsed hemidesmosoomid)
Ligand-binding specificities of human integrins
α1β1
αvβ3
α5β1
α6β1
α7β1
α2β3
α6β4
45/50

46. Integriinid organiseerivad raku adhesioonid
Rakkude adhesioonid on multivalk kompleksid millel on mehhaanilised ja signaali üle kandvad
funktsioonid.
46/50

47. -integriin vähi arengusβ1
-integriin on hiire rinnavähi mudelis
vajalik kasvaja tekkes ja hilisemas faasis
vähirakkude jagunemisvõime
säilitamiseks.
,
doi:10.1016/j.ccr.2004.06.025 (kõrval olev
pilt).
Inimese vähkides on β1 integriinid üle
ekspresseeritud nt. pea-kaela
lamerakulises kartsinoomis ( ) ja
määrab kasvajarakkude resistentsuse
radioteraapiale, doi:10.1172/JCI61350.
· β1
·
47/50

48. GPCR
doi:10.1038/nrm2299
G-valgulised retseptorid (genoomis 800
geeni).
Mitogeenid nagu trombiin, lüsofosfatiid
hape (LPA), gastrin-releasing peptide
(GRP), endoteliin ja prostaglandiinid
stimuleerivad rakkude jagunemist läbi
oma spetsiifiliste GPCR-ide.
Munasarja vähi astsiit sisaldab palju LPA-d
ja stimuleerib rakkude jagunemist ja
kemoresistentsust.
G valgu kompleks ( , ja subühikud)
aktiveerub seostudes retseptorile
·
·
·
· α β γ
48/50

49. Lingid teistele loengutele

50. Sissejuhatav loeng
Vähitüübid
Onkoviirused
Onkogeenid
Retseptorid
Signaalirajad
Tuumorsupressorgeenid
Rakutsüklikontroll
·
·
·
·
·
·
·
·
p53 ja apoptoos
Immortalisatsioon
Tumorigenees
Genoomiterviklikkus
Mikrokeskkond
Metastaasid
Immuunsus
Vähiravimid
·
·
·
·
·
·
·
·
50/50