Ciclo celular - lucas Brandao

Departamento de Patologia
- Patologia Molecular -
CÂNCER
Lucas Brandão
www.lucasbrandao.org
[email protected]
O Câncer mata...
É a segunda principal causa de morte no mundo. Perde
apenas para doenças do cardiovasculares.
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.
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)
VISÃO GERAL
Estudando o Câncer
O que é câncer ?
Definido como
– Células em divisão descontrolada
Iniciada por
– Mutação do DNA
Progride por
– 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
CÂNCER:
UMA DOENÇA MULTIFATORIAL
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
Um doença
multifatorial
Um
est
pro udo m
fiss
ion ultial
Óticas do
Estudo do Câncer
Patologia
Molecular
Anatomia
Histologia
Imunologia
Biologia Celular
Bioquímica
Células Normais
Células Cancerígenas
Pequenas, tamanho regular e
forma homogenia
Largas com núcleo ampliados e diferentes
uns dos outros em tamanho e forma
~50 divisões in vitro
imortais in vitro
Apresentam inibição de contato
Crescem umas em cima das outras
Crescem em superfícies sólidas &
aderem-se umas às 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 umCélulas
tumor secundário.
criptas normais
Células
Hiperplásticas
Células
Displásticas
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.
O CÂNCER
em detalhes
Câncer
Definição:
Uma desordem progressiva das
transduções de sinais levando a um
crescimento descontrolado das
células
Células em divisão
descontrolada
Proliferação
EGF, estrógeno
Movimento
IL-8, SDF-1
Diferenciação
G-CSF, RA, TGFβ
Resposta
ao Stress
calor, viroses
Estacionar
Morte
TNFα, FasL
Ativação Celular
LPS, IgE + Ag, esteróides,
som, luz, paladar, cheiro
transduções de sinais
Nos organismos
multicelulares suas células
se comunicam por transduções
de sinais.
Proliferação
Ciclo celular Controla a proliferação celular
Ponto de
checagem
de danos
ao DNA
Ponto de checagem
da apoptose
• O DNA foi
Reparado?
“checkpoints”
- Transição  G2/M
- Transição  G1/S
O que faz uma célula normal transforma-se
numa célula cancerígena?
-Perda do controle do crescimento celular
X
Cél. Normal
Cél. Cancerígena
Regulação do ciclo celular:
- suprimir a divisão celular
- estimular a divisão celular
Desegulação do ciclo celular
- suprimir a divisão celular
- estimular a divisão celular
Situação perda total em
controlar
X X
Situação onde é possível
controlar
Ciclo celular apresentam muitos “checkpoints”
- Transição  G2/M
- Transição  G1/S
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.
O que faz uma célula normal transforma-se
numa célula cancerígena?
-Perda do controle do crescimento celular
X
mutações
Cél. Normal
Regulação do ciclo celular:
- suprimir a divisão celular
- estimular a divisão celular
Cél. Cancerígena
Desegulação do ciclo celular
- suprimir a divisão celular
- estimular a divisão celular
Situação perda total em
controlar
X X
Situação onde é possível
controlar
Ciclo celular apresentam muitos “checkpoints”
- Transição  G2/M
- Transição  G1/S
BENIGNO X MALIGNO
Conceitos usados na
diferenciação da gravidade
Diferenciação e Anaplasia
Velocidade de Crescimento
Invasão Local
Metástase
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)
Tumor bem diferenciado
e Maligno?
Existe?
MUDANÇAS NO PERFIL
DE EXPRESSÃO GÊNICA
As células indiferenciados perdem o seu programa histoespecífico e passam a produzir outros tipos de proteínas
Ativação
Genes
Repressão
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
Cinética Celular do
Crescimento tumoral
Invasão Local
Perda do reconhecimento anatômico normal.
Destruição do tecido circundante.
Metástase
Significa Malignidade.
S e d á a p ó s o p r o ce s s o d e i n v a s ã o d e c é l u l a s
cancerígenas nos vasos sanguíneos, linfáticos e
cavidades corporais.
Carcinogênese
Etapas da formação/
estabelecimento do câncer
• Iniciação
• Promoção
• Progressão
Etapa 1: Iniciação
• Simples mutação em um
ou mais genes celulares
que controlam as
principais vias da célula.
Importante
Lesão genética não-letal de uma única célula e sua
expansão clonal (tumor monoclonal)
Etapa 2: Promoção
fator de
crescimento
Matriz
extracelular
Proteína
receptora não
ligada
Sítio de
ligação
Membrana celular
Citoplasma
Inativo
Ativada
Divisão celular normal
Sempre ativada
Divisão celular excessiva
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
PROTO-ONCOGENES
Os aceleradores
Proto- oncogenes
Genes normais celulares
Mutações no DNA
★ Alterações estruturais no gene
Alterações
★Alterações na regulação da expressão gênica
★Transdução Viral
★
X
Proto- oncogenes
Genes normais celulares alterados
oncogenes
Genes promotores de neoplasia
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.
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
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
Fatores de Crescimento e
seus receptores e
transdutores.
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.
47
Fatores de Transcrição
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
Exemplos
• c-myc
– Expresso constitutivamente
– Quando estimulado sofre um aumento
significativo da sua expressão e culmina na
entrada da fase S.
ax
yc
m
m
c-
ax
m
c-
m
yc
50
ax
m
c-
m
yc
Induz ou aumenta a
expressão de genes
boxe E
mRNA
ax
m
m
ad
reprime a expressão de
genes
boxe E
m
yc
m
ax
m
ax
m
c-
ad
Balanço entre as concentrações
de c-myc, mad, max
53
Ciclina e quinase
dependente de ciclina
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
PRINCIPAIS MOLÉCULAS
CONTROLADORAS DO CICLO
Ciclinas – proteínas cujas concentrações na célula oscilam ciclicamente,
acompanhando as fases do ciclo
Quinases – enzimas que transferem o 3º 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)
↑MPF ATIVADO =
MITOSE
Vários fatores
promovem a sintese
de Ciclina B e vários
outros promove a
ativação de MPF
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)
pRB fosforilada (ativa)
Não inibe o fator de
transcrição (E2F)
Transcrição de proteínas
para entrar na Fase S
DNA polimerase, histonas....
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)
Inibidores de CDK
(CDKI)
p21, p27, p57;
p15, p16, p18, p19;
SUPRESSORES DE
TUMOR
Os freios
supressores de tumor
Genes normais celulares
Mutações no DNA
★ Alterações estruturais no gene
Alterações
★Alterações na regulação da expressão gênica
★Transdução Viral
★
X
supressores de tumor
Genes normais celulares alterados
tumor
Genes promotores de neoplasia
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
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 Mutações no gene RB
herdado em 40% dos casos
Hipótese de DOIS EVENTOS
Proposta por Alfred Knuson (1971)
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
Perde e
reduplicação
Deleção
1˚ evento
NORMAL
2˚ evento
NORMAL
Portador
Mutação
Recombinação
AFETADO
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
E2F inativo
E2F Ativo
Se RB estiver mutado = E2F sempre ficará livre e ativo
Classe dos Supressores
Tumorais
Reguladores os Fatores de Transcrição
Reguladores do Ciclo Celular
Reguladores da Transdução de Sinal
Receptores de Superfície Celular
REGULADORES DOS FATORES DE
TRANSCRIÇÃO , DO CICLO CELULAR
E DA TRANSDUÇÃO DE SINAL
As principais moléculas:
Gene RB
Gene p53
BRCA
pRB
E2F inativo
E2F Ativo
Se RB estiver mutado = E2F sempre ficará livre e ativo
pRB fosforilada (ativa)
Não inibe o fator de
transcrição (E2F)
Transcrição de proteínas
para entrar na Fase S
DNA polimerase, histonas....
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
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.
*
Lesão não letal
no DNA
p5
3
Lesão não letal
no DNA
*
promotor
GADD45
p21
mRNA
p21
inibe
CDKs/ciclina
Interrupção do Ciclo celular
- Não entra na fase S (não fosforila o pRB)
GADD45
induz
Reparo do DNA
82
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
RECEPTORES DE
SUPERFÍCIE
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)
GENES APOPTÓTICOS
“Mecanismo de morte”:
Via sinalizadora
Via de Controle e integração
Via de Execução comum
Fagocitose das células mortas
Agentes promotores
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
GENES
ESTABILIZADORES
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
Síndromes Humanas com Manutenção dos genomas defeituosos
Síndrome
Mecanismos
Afetados
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
Predisposição ao
Câncer
Sobreposição/Conexão de diferentes sistemas de reparo de
DNA
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
“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
96
TELÔMERO E
TELOMERASE
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
Telomerase
Enzima que adiciona novas repetições
teloméricas a 3ʼ final de cromossomos
linerares.
Células anormais com câncer
apresentam a telomerase ativa
Telomerase: Contem componente de RNA e Proteína
TERT é um componente catalítico essencial da telomerase.
CROMOSSOMOS
Translocação entre o cromossomo 9 e 22 produz
leucemia mielóide crônica
Cromossomo
Philadelphia
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
Translocação t(14;18)(q32;q21)
• Desloca o bcl-2 para a região de super
expressão próximo aos genes da
imunoglobulina.
–bcl-2 é anti-apoptótico e impede com que os
linfócitos, por exemplo, vivam por longos períodos
e se acumulem.
105
Translocação 8q24 para genes
da Ig
• Translocam o gene c-myc para a região de
super expressão próximo aos genes da
imunoglobulina.
106
Etapa 3: Progressão
• Instabilidade cariotípica
↑ taxas de crescimento
↑ invasividade
↑ resposta hormonal
MALIGNIDADE TUMORAL
MOLECULAR
• Iniciação
• Promoção
• Progressão
109
“NENHUM CÂNCER
SE DÁ POR MUTAÇÃO DE UM
GENE ISOLADO”
Necessidade de múltiplas alterações genéticas
(proto-oncogenes e supressores tumorais)
para desencadear o câncer.
111
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)
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
Crescimento Tumoral
• Cinética do Crescimento
• Angiogênese tumoral
• progressão e heterogeneidade clonal do
tumor
114
Cinética Tumoral
115
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
Formação de novos Vasos
Vasculogênese
Angiogênese
Novos vasos
Embrião
Adulto
Vasos derivados de células endotéliais
precursoras (angioblastos)
Angiogênese
Vasos derivados de “brotamento” de um
vaso pré-existente.
Downloaded from: Robbins & Cotran Pathologic Basis of Disease (on 14 May 2005 01:59 AM)
Angiogênese
Degradação da Membrana Basal
Migração Endotelial
Proliferação Endotelial
Maturação Endotelial
Recrutamento de células periendotéliais (pericitos,
músculos liso)
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
Heterogeneidade Clonal
122
INVASIVIDADE E
METÁSTASE
Etapas da Invasão Local
124
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)
Metástase
126
127
Figure 7-42 The metastatic cascade. Schematic illustration of the sequential steps involved in the hem
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
129
O que é câncer ?
Definido como
– Células em divisão descontrolada
Iniciada por
– Mutação do DNA
Progride por
– 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
Obrigado
Lucas Brandão
www.lucasbrandao.org