Departamento de Patologia! Patologia Molecular! CÂNCER. Lucas Brandão.

Transcrição

1 Departamento de Patologia! Patologia Molecular! CÂNCER Lucas Brandão

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

4 VISÃO GERAL Estudando o Câncer

5 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

6 CÂNCER: UMA DOENÇA MULTIFATORIAL

7 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

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

9 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. Células criptas normais Células Hiperplásticas Células Displásticas

10 O CÂNCER em detalhes

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

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

13 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

14 O que faz uma célula normal transforma-se numa célula cancerígena? Cél. Normal Regulação do ciclo celular: - suprimir a divisão celular - estimular a divisão celular Cél. Cancerígena Situação onde é possível controlar Ciclo celular apresentam muitos checkpoints - Transição! G2/M - Transição! G1/S

15 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

16 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.

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 mutações Cél. Cancerígena Desegulação do ciclo celular - suprimir a divisão celular - estimular a divisão celular Situação perda total em controlar X

18 BENIGNO X MALIGNO

19 Tumor bem diferenciado e Maligno? Existe?

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

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

22 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.

23 Importante Lesão genética não!letal de uma única célula e sua expansão clonal "tumor monoclonal#

24 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

25 Classes de Genes Qual a lógica: Existem genes que promovem a divisão celular Existem genes que inibem a divisão celular Existem genes que regulam a morte celular programada Existem genes que concertam o DNA

26 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

27 PROTO-ONCOGENES Os aceleradores

28 Proto!oncogenes Genes normais celulares

29 Alterações Proto!oncogenes Genes normais celulares

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

31 oncogenes Genes promotores de neoplasia

32 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.

33 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

34 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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36 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.

37 Fatores de Transcrição

38 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

39 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

40 max c-myc boxe E

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

42 mad max boxe E

43 mad reprime a expressão de genes max boxe E

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

45 Ciclina e quinase dependente de ciclina

46 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

47 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

48 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)

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

50 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 "proteína do retinoblastoma que é um inibidor do ciclo celular#

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52 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#

53 SUPRESSORES DE TUMOR Os freios

54 supressores de tumor Genes normais celulares

55 Alterações supressores de tumor Genes normais celulares

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

57 tumor Genes promotores de neoplasia

58 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

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

60 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#

61 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

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

63 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

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

65 As principais moléculas: Gene RB Gene p53 BRCA

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

67 prb fosforilada "ativa# Não inibe o fator de transcrição "E2F# Transcrição de proteínas para entrar na Fase S DNA polimerase, histonas...

68 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.

69 * Lesão não letal no DNA

70 p53 Lesão não letal no DNA * promotor

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

72 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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74 GENES APOPTÓTICOS

75 Mecanismo de morte : Via sinalizadora Via de Controle e integração Via de Execução comum Fagocitose das células mortas

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

77 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

78 GENES ESTABILIZADORES

79 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

80 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

81 Sobreposição/Conexão de diferentes sistemas de reparo de DNA

82 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

83 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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85 Etapa 3: Progressão Instabilidade cariotípica! taxas de crescimento! invasividade! resposta hormonal

86 MALIGNIDADE TUMORAL MOLECULAR Iniciação Promoção Progressão

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88 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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90 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)

91 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

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

93 Cinética Tumoral 115

94 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

95 Formação de novos Vasos Vasculogênese Angiogênese Novos vasos Embrião Adulto

96 Formação de novos Vasos Vasculogênese Angiogênese Novos vasos Embrião Adulto

97 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.

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

99 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

100 Heterogeneidade Clonal 122

101 INVASIVIDADE E METÁSTASE

102 Etapas da Invasão Local 124

103 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)

104 Metástase 126

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

106 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

107 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

108 Obrigado Lucas Brandão