Departamento de Patologia - Patologia Molecular - CÂNCER. Lucas Brandão. professor@lucasbrandao.org

Transcrição

1 Departamento de Patologia - Patologia Molecular - CÂNCER Lucas Brandão professor@lucasbrandao.org

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3 O Câncer mata... É a segunda principal causa de morte no mundo. Perde apenas para doenças do cardiovasculares.

4 Definições Neoplasias: Crescimento novo Tumor: Intumescimento causado pela inflamação Oncologia: oncus = tumor; estudo dos tumores ou neoplasias Câncer: São tumores malignos Câncer deriva do caranguejo - capaz de aderir em qualquer superfície veementemente.

5 Neoplasia... É uma massa anormal de tecido, cujo o crescimento excede aquele dos tecidos normais e não está coordenado com ele, persistindo da mesma maneira excessiva após o término do estímulo que induz a alteração. Tecido hospedeiro - compete com o tecido normal (energia e nutrientes)

6 VISÃO GERAL Estudando o Câncer

7 O que é câncer? Definido como Iniciada por Progride por Células em divisão descontrolada Mutação do DNA Tumor primário;- Divisão das células mutadas no local de origem (i.e. in situ) Câncer invasivo- Invasão dos tecidos circundantes Metástase -via vasos sanguíneas e linfáticos para formar tumores secundários (linfonodos, baço, fígado, pulmão, ossos, cérebro) Pode matar por Drenar as fontes nutricionais Bloquear os órgãos vitais Hemorragia dos vasos sanguíneos Diminui a resistência à infecções

8 CÂNCER: UMA DOENÇA MULTIFATORIAL

9 Fatores envolvidos no Câncer Carcinôgenos Ambientais químicos (benzopirene, aflatoxina B, nitrosaminas, etc.) vírus & bactéria (Epstein-Barr, papiloma, H. pylori,etc.) hormônios (esteróides ingeridos) radiação (ionizante [Raios X & radioisótopos] e não-ionizante [UV]) Fatores Hereditários Genes herdados Enzimas reparadoras de DNA Sistema imune Outros fatores Idade Sexo Inflamação crônica

10 Um doença multifatorial Um estudo multiprofissional Óticas do Estudo do Câncer Patologia Molecular Anatomia Histologia Imunologia Biologia Celular Bioquímica

11 Células Normais Pequenas, tamanho regular e forma homogenia ~50 divisões in vitro Apresentam inibição de contato Crescem em superfícies sólidas & aderem-se umas às outras Células Cancerígenas Largas com núcleo ampliados e diferentes uns dos outros em tamanho e forma imortais in vitro Crescem umas em cima das outras Apresentam pouca afinidade e podem crescer em suspensão. A menor afinidade permite as células cancerígenas quebrarem se do tumor primário quando elas escapam para os vasos sanguíneos/ linfáticos Devido as células poderem sobreviver sem uma superfícies sólida, elas podem viajar pelos vasos sanguíneos/linfáticos até se alojarem e iniciarem um tumor secundário. Células criptas normais Células Hiperplásticas Células Displásticas

12 Por que apenas certos pacientes com um tipo de câncer respondem a quimioterapia ou outros tratamentos? Certos cânceres que se assemelham, de acordo com os patologistas clássicos, podem ser bastantes diferentes quando avaliados pela patologia molecular. Isto faz sentido quando percebemos que nenhum câncer é causado por um único gene.

13 O CÂNCER em detalhes

14 Câncer Definição: Uma desordem progressiva das transduções de sinais levando a um crescimento descontrolado das células Células em divisão descontrolada

15 Proliferação EGF, estrógeno Movimento IL-8, SDF-1 Diferenciação G-CSF, RA, TGFβ Resposta ao Stress calor, viroses Estacionar Ativação Celular LPS, IgE + Ag, esteróides, transduções de sinais som, luz, paladar, cheiro Morte TNFα, FasL Nos organismos multicelulares suas células se comunicam por transduções de sinais.

16 Proliferação Ciclo celular - Controla a proliferação celular Ponto de checagem de danos ao DNA O DNA foi Reparado? Ponto de checagem da apoptose checkpoints - Transição G2/M - Transição G1/S

17 O que faz uma célula normal transforma-se numa célula cancerígena? -Perda do controle do crescimento celular XCél. Normal Regulação do ciclo celular: - suprimir a divisão celular - estimular a divisão celular X Ciclo celular apresentam muitos checkpoints - Transição G2/M - Transição G1/S Situação onde é possível controlar Cél. Cancerígena Desegulação do ciclo celular - suprimir a divisão celular - estimular a divisão celular Situação perda total em controlar X

18 Perda do controle do crescimento celular COMO? A maioria dos cânceres são devido ao acúmulo de mutações Evidências sugerem que instabilidade cromossômica, ou perda do braço maior do cromossomo contribuem.

19 O que faz uma célula normal transforma-se numa célula cancerígena? -Perda do controle do crescimento celular XCél. Normal Regulação do ciclo celular: - suprimir a divisão celular - estimular a divisão celular X Ciclo celular apresentam muitos checkpoints - Transição G2/M - Transição G1/S Situação onde é possível controlar mutações Cél. Cancerígena Desegulação do ciclo celular - suprimir a divisão celular - estimular a divisão celular Situação perda total em controlar X

20 BENIGNO X MALIGNO

21 Conceitos usados na diferenciação da gravidade Diferenciação e Anaplasia Velocidade de Crescimento Invasão Local Metástase

22 Diferenciação e Anaplasia Diferenciação: O quão diferente as células parenquimatosas neoplásicas estão das células normais Quanto MAIS DIFERENCIADO o tumor MAIS parecido com o tecido normal. Quanto MENOS DIFERENCIADO o tumor MENOS parecido com o tecido normal. Benignos = Bem diferenciados Malignos = Pouco diferenciado ou indiferenciado (anaplásicas)

23 Tumor bem diferenciado e Maligno? Existe?

24 MUDANÇAS NO PERFIL DE EXPRESSÃO GÊNICA As células indiferenciados perdem o seu programa histoespecífico e passam a produzir outros tipos de proteínas Genes Ativação Repressão

25 Velocidade de Crescimento Tumores benignos crescem numa velocidade mais lenta quando comparados com os malignos. Quanto menor for a diferenciação maior será sua velocidade de crescimento Velocidade de crescimento não é constante Crescimento é afetado por: Capacidades hormonais Suprimento Sanguíneo Subclones específicos

26 Cinética Celular do Crescimento tumoral

27 Invasão Local Perda do reconhecimento anatômico normal. Destruição do tecido circundante.

28 Metástase Significa Malignidade. Se dá após o processo de invasão de células cancerígenas nos vasos sanguíneos, linfáticos e cavidades corporais.

29 Carcinogênese Etapas da formação/ estabelecimento do câncer Iniciação Promoção Progressão

30 Etapa 1: Iniciação Simples mutação em um ou mais genes celulares q u e c o n t r o l a m a s principais vias da célula.

31 Importante Lesão genética não-letal de uma única célula e sua expansão clonal (tumor monoclonal)

32 Etapa 2: Promoção Matriz extracelular Membrana celular fator de crescimento Sítio de ligação Proteína receptora não ligada Citoplasma Inativo Ativada Sempre ativada Divisão celular normal Divisão celular excessiva

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34 Classes de Genes Qual a lógica: Existem genes que promovem a divisão celular Proto-oncogenes Existem genes que inibem a divisão celular Genes supressores de tumor Existem genes que regulam a morte celular programada Genes Apoptóticos Existem genes que concertam o DNA Genes estabilizadores

35 PROTO-ONCOGENES Os aceleradores

36 Proto-oncogenes Genes normais celulares

37 Mutações no DNA Alterações estruturais no gene Alterações Alterações na regulação da expressão gênica Transdução Viral X Proto-oncogenes Genes normais celulares alterados

38 oncogenes Genes promotores de neoplasia

39 Proto-oncogenes Os aceleradores - Genes codificantes de proteínas que promovem a divisão celular - São componentes do mecanismo normal para a regulação da progressão do ciclo celular - Se mutados, podem resultar em proteínas desreguladas, mas totalmente ativas. - As proteínas mutadas levam a célula a prosseguir através do ciclo celular de maneira descontrolada. -Se mutado vira Oncogene gene que induz ou continua a proliferação de células descontroladas.

40 Papel dos proto-oncogenes no ciclo celular 1. Ligação de um fator de crescimento a um receptor específico 2.Ativação transitória e limitada do receptor 3.Transdução intracelular do sinal para o crescimento 4.Indução e Ativação de fatores de transcrição 5.Entrada no ciclo celular - Divisão celular

41 Classes do Proto-oncogenes Fatores de Crescimento Receptores dos Fatores de Crescimento Proteínas Transdutoras de Sinais Fatores de Transcrição Nuclear Ciclinas e Quinase dependentes de Ciclinas

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43 Fatores de Crescimento e seus receptores e transdutores.

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46 Família de Proteína RAS 10 a 20% dos tumores apresentam o proto-oncogene ras mutado Associado ao crescimento celular por mitose. Fixadas na parte interna da membrana plasmática. Apresentam uma forma inativa e outra ativa. Inativa se associa com o GDP Ativa se associa com o GTP Mutação dominante.

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48 Fatores de Transcrição

49 Transcrição Gênica no crescimento celular Os sinais para crescimento celular devem culminar na produção de proteínas quem permitam com que a célula se divida. Proteínas para replicação celular Proteínas para divisão celular A transcrição é regula por fatores de transcrição nucleares Esses fatores podem se ligar no DNA na região promotora de genes específicos induzindo/aumentando a sua produção. 49

50 Exemplos c-myc Expresso constitutivamente Quando estimulado sofre um aumento significativo da sua expressão e culmina na entrada da fase S. max max c-myc c-myc 50

51 max c-myc Induz ou aumenta a expressão de genes boxe E mrna

52 mad max reprime a expressão de genes boxe E

53 mad max max c-myc Balanço entre as concentrações de c-myc, mad, max 53

54 Ciclina e quinase dependente de ciclina

55 Moléculas Chaves no controle do ciclo celular Ciclinas; Quinase dependente de ciclina (CDK); fator de transcrição E2F; prb, p53; Inibidores de Ciclinas-CDK (CIK). Fosfatases Complexo Ciclina-CDK

56 PRINCIPAIS MOLÉCULAS CONTROLADORAS DO CICLO Ciclinas proteínas cujas concentrações na célula oscilam ciclicamente, acompanhando as fases do ciclo Quinases enzimas que transferem o 3 º grupo fosfato do ATP e se ligam as ciclinas. Fosfatases removem grupo fosfato de um substrato por hidrólise Ubiquitinas pequenas proteínas utilizadas em cadeia (poliubiquitina) para marcação de outras proteínas destinadas à proteólise por proteossomos (complexo protéico em forma de cilindro que reduz proteínas a pequenos peptídeos)

57 MPF ATIVADO = MITOSE Vários fatores promovem a sintese de Ciclina B e vários outros promove a ativação de MPF

58 Ciclinas e CDKs Ciclina D interage com CDK 4 e 6 (Fase inicial do G1) Ciclina E interage com CDK2 (Fase tardia do G1) Esses complexos dois ativam (por fosforilação) a prb que deixa de inibir o ciclo celular (proteína do retinoblastoma que é um inibidor do ciclo celular)

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60 prb fosforilada (ativa) Não inibe o fator de transcrição (E2F) Transcrição de proteínas para entrar na Fase S DNA polimerase, histonas...

61 Ciclinas e CDKs Ciclina A se liga a CDK2 e 1 (entrar na fase G2) Ciclina B se liga a CDK1 (sair da fase G2 e entrar na M)

62 Inibidores de CDK (CDKI) p21, p27, p57; p15, p16, p18, p19;

63 SUPRESSORES DE TUMOR Os freios

64 supressores de tumor Genes normais celulares

65 Mutações no DNA Alterações estruturais no gene Alterações Alterações na regulação da expressão gênica Transdução Viral X supressores de tumor Genes normais celulares alterados

66 tumor Genes promotores de neoplasia

67 Supressores de Tumor Os freios - São genes que codificam proteínas que normalmente inibem a divisão celular -Atuam na transição G2/M ou na transição G1/S - Quando mutados perdem o ponto de checagem - Células procedem pelo ciclo celular de maneira descontrolada

68 Retinoblastoma - Tumor maligno da retina - Usualmente bilateral - Ocorre primariamente e crianças - 1:20,000 nascido - Aumenta o risco de tumor osteogênico especialmente se a criança recebe radiação É um câncer que pode ser herdado em 40% dos casos Mutações no gene RB Hipótese de DOIS EVENTOS Proposta por Alfred Knuson (1971)

69 Hipótese de DOIS EVENTOS Proposta por Alfred Knudson (1971) Para o câncer ser estabelecido são necessários DOIS eventos 1. É preciso que a cópia de gene supressor de tumor sofra uma mutação e perca a sua função 2. É preciso que a outra cópia do MESMO gene supressor de tumor sofra uma mutação e perca a sua função

70 Perde e reduplicação Deleção 1 evento 2 evento Mutação NORMAL NORMAL Portador AFETADO Recombinação

71 Função dos Genes Supressores Tumorais São genes que codificam proteínas que normalmente inibem a divisão celular prb = Supressor de tumor prb inibe a função do E2F E2F permite a produção de proteínas para a replicação e assim o avanço no ciclo celular

72 E2F inativo E2F Ativo Se RB estiver mutado = E2F sempre ficará livre e ativo

73 Classe dos Supressores Tumorais Reguladores os Fatores de Transcrição Reguladores do Ciclo Celular Reguladores da Transdução de Sinal Receptores de Superfície Celular

74 REGULADORES DOS FATORES DE TRANSCRIÇÃO, DO CICLO CELULAR E DA TRANSDUÇÃO DE SINAL

75 As principais moléculas: Gene RB Gene p53 BRCA

76 prb E2F inativo E2F Ativo Se RB estiver mutado = E2F sempre ficará livre e ativo

77 prb fosforilada (ativa) Não inibe o fator de transcrição (E2F) Transcrição de proteínas para entrar na Fase S DNA polimerase, histonas...

78 Relações dos proto-oncogenes com os supressores tumorais p16, Ciclina D, CDK 4 e prb Ciclina D + CDK4 fosforilada prb prb fosforilada ativa E2F E2F induz expressão de genes de fase S p16 inibe(regula) CDK4 78

79 p53 Proteína Supressora Tumoral 50% dos tumores apresentam mutações nesse gene. Localizada no núcleo com tempo de vida curto (20 min). Controla a transcrição de vários genes. Diferentemente da prb, a p53 não regula o ciclo celular. p53 é produzida como um freio de emergência quando o DNA sofre uma lesão.

80 * Lesão não letal no DNA

81 p53 Lesão não letal no DNA * promotor GADD45 p21 mrna

82 p21 inibe CDKs/ciclina Interrupção do Ciclo celular - Não entra na fase S (não fosforila o prb) GADD45 induz Reparo do DNA 82

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84 BRCA (Breast Cancer) Supressores Tumorais; Muito associados ao câncer de mama hereditário (familiar) BRCA-1 e 2 Atuam na estabilidade do DNA, recombinação e reparo

85 RECEPTORES DE SUPERFÍCIE

86 TGF-b (Fator de Crescimento Transformante beta) Inibidor de crescimento. TGF-b se liga à receptores e induz a produção de CDKI (inibidores de CDKs)

87 GENES APOPTÓTICOS

88 Mecanismo de morte : Via sinalizadora Via de Controle e integração Via de Execução comum Fagocitose das células mortas Agentes promotores

89 Família bcl-2 São proteínas com papéis na regulação apoptótica (inibição e promoção) por meio da regulação mitocondrial Proteínas bcl-2 (inibidora) bax (promotora) Câncer p53 ativa a bax e induz apoptose

90 GENES ESTABILIZADORES

91 GENES ESTABILIZADORES (ou caretaker ) Esta classe induz o reparo de mau pareamento, reparo de remoção nucleotídica e reparo de remoção de bases responsáveis pelo reparo delicado das trocas feitos durante a replicação normal ou pela exposição de mutageneses

92 Síndromes Humanas com Manutenção dos genomas defeituosos Síndrome Mecanismos Afetados Predisposição ao Câncer Xerodermia pigmentosum NER/TCR UV-induced skin cancer Cockayne syndrome NER None Trichothiodystrophy NER/TCR None Ataxia telangectasia DSB repair Lymphomas Nijmegen breakage syndrome DSB repair Lymphomas BRCA1/BRCA2 Homologous recombination Câncer de Mama Werner syndrome Homologous recombination Various cancers Bloom syndrome Homologous recombination Lymphomas HNPCC Mismatch repair Colorectal/ovarian

93 Sobreposição/Conexão de diferentes sistemas de reparo de DNA

94 REPARO DE DNA E CÂNCER Reparo por remoção MMR: Reparo de Mau Pareamento (Mismatch Repair) Atua na Mau Pareamento criada pelos erros de replicação (base-base, inserção, deleção) Ex.: MSH2 câncer de colorretal HNPCC BER: Reparo por excisão de base (Base Excision Repair) Atua sobre pequenos defeitos de bases, bases danificadas ou modificadas Ex: MYH e poliposis MAP NER: Reparo por excisão de nucleotídeo (Nucleotide Excision Repair) Atua sobre os dimeros de pirimidinas ou em lesões grandes Ex: genes XP em Xeroderma Pigmentosum REPARO de DSB : Reparo por quebra da dupla fita (Double Strand Break Repair (HR & NHEJ)) Atua nos danos da dupla hélice originados pela radiação, agentes externos ou erros de replicação Ex: BRCA1 e câncer de mama

95 Gatekeeper genes - Genes que regulam o crescimento e divisão celular - Genes supressores de tumor e proto-oncogenes - Mutações gênicas resultam na perda do controle do ciclo celular Caretaker genes - Genes que ajudam na manutenção da integridade do genoma - Enzimas reparadoras de DNA - Aumenta a probabilidade de um Gatekeeper gene torna-se mutado - Causa indireta do câncer

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97 TELÔMERO E TELOMERASE

98 Perda das repetições telomêricas em humanos: um mecanismo supressor de tumor? Saída do ciclo celular, apoptose Senescência celular Comprimento dos Telômeros prediz o histórico de replicação e o potencial de células

99 Telomerase Enzima que adiciona novas repetições teloméricas a 3ʼ final de cromossomos linerares. Células anormais com câncer apresentam a telomerase ativa

100 Telomerase: Contem componente de RNA e Proteína TERT é um componente catalítico essencial da telomerase.

101 CROMOSSOMOS

102 Translocação entre o cromossomo 9 e 22 produz leucemia mielóide crônica

103 Cromossomo Philadelphia

104 Translocação t(12;9) Uma leucemia mielomonocítica crônica Todo o domínio citoplasmático do PGDF está fundido com um segmento do fator de transcrição ETS, o que ocasiona sua constante dimerização. 104

105 Translocação t(14;18)(q32;q21) Desloca o bcl-2 para a região de super e x p r e s s ã o p r ó x i m o a o s g e n e s d a imunoglobulina. bcl-2 é anti-apoptótico e impede com que os linfócitos, por exemplo, vivam por longos períodos e se acumulem. 105

106 Translocação 8q24 para genes da Ig Translocam o gene c-myc para a região de super expressão próximo aos genes da imunoglobulina. 106

107 Etapa 3: Progressão Instabilidade cariotípica taxas de crescimento invasividade resposta hormonal

108 MALIGNIDADE TUMORAL MOLECULAR Iniciação Promoção Progressão

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110 NENHUM CÂNCER SE DÁ POR MUTAÇÃO DE UM GENE ISOLADO Necessidade de múltiplas alterações genéticas (proto-oncogenes e supressores tumorais) para desencadear o câncer.

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112 MUTAÇÕES NECESSÁRIAS PARA UMA CÉLULA SE TORNAR CANCERÍGENA As mutações promovem uma: Redução na necessidade de estímulos de crescimento Redução para responder a estímulos anti-crescimento Redução no reparo de erros do DNA Habilidade de invasão (metaloproteases) Ilimitada habilidade de divisão (imortalidade) Habilidade para atrair vasos sanguíneos (angiogêneses) Inabilidade para morrer (apoptose)

113 Malignidade em 4 fases 1. Transformação (alteração maligna); 1. Etapas de iniciação e promoção 2. Crescimento da célula transformada; 3. Invasão local; 4. Metástases distantes. Etapas de Progressão à malignidade 113

114 Crescimento Tumoral Cinética do Crescimento Angiogênese tumoral progressão e heterogeneidade clonal do tumor 114

115 Cinética Tumoral 115

116 Angiogênese Os tumores não podem ultrapassar o diâmetro/espessura de 1 a 2 nm Absorver nutrientes e O2. Para aumentarem de tamanho precisam se tornar vascularizados. Angiogênese tumoral induzida. 116

117 Formação de novos Vasos Vasculogênese Angiogênese Novos vasos Embrião Adulto

118 Vasos derivados de células endotéliais precursoras (angioblastos) Angiogênese Downloaded from: Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease (on 14 May :59 AM) Vasos derivados de brotamento de um vaso pré-existente.

119 Angiogênese Degradação da Membrana Basal Migração Endotelial Proliferação Endotelial Maturação Endotelial Recrutamento de células periendotéliais (pericitos, músculos liso)

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121 ANGIOGÊNESE VEGF: Produzido por células mesenquimatosas Receptor VEGFR-2:restrito às células endoteliais e precursoras Precursores endoteliais: Mobilização da MO,proliferação e diferenciação Vasos preexistentes: Proliferação e motilidade germinação de novos capilares

122 Heterogeneidade Clonal 122

123 INVASIVIDADE E METÁSTASE

124 Etapas da Invasão Local 124

125 Alterações celulares associadas com a malignidade LIGAÇÃO A LAMININA - Reconhecimento cél-cél alterado - Aumento de receptores de laminina DIGESTÃO DA LAMINA BASAL PELA COLAGENASE TIPO IV MOBILIDADE - Invasão de vasos sanguíneos - Saída para circulação - Crescimento descontrolado independente dos tipos celulares vizinhos - Evasão de sistema imune ( Proteínas CD44 OU MHC alteradas)

126 Metástase 126

127 Figure 7-42 The metastatic cascade. Schematic illustration of the sequential steps involved in the hema 127

128 Estágios do Câncer cervical-uterino Tumor benigno -Localizados no tecido o qual se originou (in situ) - Usualmente encapsulado in membranas fibrosas - Células permanecem bem diferenciada Tumor maligno - espalha-se por todo o corpo - Células perdem sua diferenciação - Freqüentemente apresentam números anormais de cromossomos - Ganho de função enzimática o que leva a invasividade e a 2º área de crescimento

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130 O que é câncer? Definido como Iniciada por Progride por Células em divisão descontrolada Mutação do DNA Tumor primário;- Divisão das células mutadas no local de origem (i.e. in situ) Câncer invasivo- Invasão dos tecidos circundantes Metástase -via vasos sanguíneas e linfáticos para formar tumores secundários (linfonodos, baço, fígado, pulmão, ossos, cérebro) Pode matar por Drenar as fontes nutricionais Bloquear os órgãos vitais Hemorragia dos vasos sanguíneos Diminui a resistência à infecções

131 Obrigado Lucas Brandão