Onkobioloogia loeng

1. Rakulisedonkogeenid
Onkobioloogia
Taavi Päll
lektor, Tallinna Tehnikaülikool

2. 2/34

3. Recap

4. Mehhanism: insertsiooniline mutagenees
Lihtsad retroviirused transformeerivad kana ja hiire
rakke
4/34

5. Inimese vähid kus esineb kõrge viirusekspressioon
Pilt: The landscape of viral expression and host gene fusion and adaptation in human cancer
5/34

6. Viiruse integratsioon on seotud märklaudgeenide
ekspressiooni muutustega
Pilt: The landscape of viral expression and host gene fusion and adaptation in human cancer
6/34

7. HPV16/18 põhjustab emakakaela kasvajaid
Bosch FX, Lorincz A, Muñoz N, et al. The causal relation between human papillomavirus and cervical cancer. J Clin Path 2002; 55(4):244-265.
7/34

8. Kuidas seletada vähi teket inimesel

9. Hüpotees: endogeensed proviirused
Lähtudes retroviiruste elutsüklist, integreeruvad genoomi endogeensete retroviirustena,
satuvad idutee rakkudesse ja muutuvad pärilikuks,
enamasti vaikeolekus, ei transkribeeri oma geene,
juhuslik ning harv aktiveerumine.
·
·
·
·
9/34

10. Endogeensed proviirused hiirtel
BrdU aktiveerib Akr liini hiirtel endogeensed retroviirused (MLV, murine leukemia virus)
Akr liini hiirtel on kaks lookust kuhu on integreerunud replikatsiooni-kompetentne MLV
MLV produktsioon viib leukeemia tekkele.
·
DNA metülatsioon eemaldatakse lookusest ja vaigistamine kaob-
·
·
Pilt: ~5% hiire genoomist sisaldab endogeenseid retroviirus järjestusi. Endogenous Retroviruses and the Development of Cancer
10/34

11. Inimese ERV-d... FUBAR
8% inimese genoomist pärineb retroviirustest, kuid
inimese kasvajatest pole leitud retroviiruseid ega jälgigi nendest (pöörd-transkriptaas),
inimese LTR-i sisaldavad järjestused on pärit vähemalt >5M aasta tagusest ajast,
HERV-K alamperekonnas on lookuseid millel on kõik ORF-id intaktsed, kuid viirust neilt ei
toodeta ja neid pole ka vähkides leitud.
·
·
·
tugevasti muteerunud,
mittefunktsionaalsed,
läbinud geenitriivi ja fikseerunud (populatsioonis on kõigil identne lookus).
-
-
-
·
11/34

12. Kui mitte viirused, siis mis tekitab vähki?
Kartsinogeenid!
Kartsinogeenid toimivad mutageenidena ja nende toime-mehhanismiks on raku
kasvukontrolli geenide muteerimine.
Sellisteks kasvukontrolli geenideks võivad olla normaalsed raku geenid, sarnaselt
retroviirustest leitud proto-onkogeenidega.
·
·
12/34

13. Katsusaburō Yamagiwa
Keemilised kartsinogeenid kutsuvad esile kasvajaid
1915. aastal demonstreeris pigi
kartsinogeense toime
pintseldas küüliku kõrvu igapäevaselt
pigiga,
mitu kuud hiljem moodustus lamerakuline
kartsinoom.
·
·
·
13/34

14. Kartsinogeenid toimivad mutageenidena
Tugevalt mutageensed ühendid on ka tugevalt kartsinogeensed (nt. aflatoksiin B1,
benso(a)püreen).
Füüsilise või keemilise kartsinogeeni poolt transformeerunud rakud kannavad muteerunud
geene e. onkogeene, mis rikuvad normaalse kasvukontrolli.
·
·
14/34

15. DNA transfektsioon võimaldas isoleerida mitte-
viraalsed onkogeenid
Hiire C3HT1/2 rakke transformeeriti 3-
metüülkolantreeni (3-ME, MCA) abil,
transformeerunud rakkudest isoleeriti
genoomne DNA,
eraldatud DNA transformeeriti mitte-
tumorigeensetesse NIH3T3 rakkudesse,
isoleeriti kolooniad mis olid
transformeerunud ja tumorigeensed.
Sama loogika toimib ka inimese
vähirakkudest eraldatud DNA korral.
·
·
·
·
·
Pilt: Sue Weil, Memorial Sloan-Kettering Cancer Center
15/34

16. 1 onkogeen = 1 transformeerunud rakk/koloonia
Kokkuvõte: onkogeenid tekivad ka
viirustest sõltumatult.
Transformeerunud rakkude genoomse DNA fragmentide transfekteerimisel läheb rakku
sisse 0.1% doonor DNA-d.
Tõenäosus, et kaks lingitud geeni satuvad ühte rakku on
·
·
× =10−3
10−3
10−6
“
”
16/34

17. Southern bloti põhimõte
Retroviiruste poolt aktiveeritud onkogeenid on
samad mis mitte-viraalsete kartsinogeenide
aktiveeritud
Harvey roti sarkoomiviiruse H-ras proov hübridiseerub inimese kusepõie kartsinoomi DNA-
ga transfekteeritud NIH3T3 rakkude genoomsele DNA-le (Parada et al., 1982: paremal).
·
17/34

18. Inimese vähkide retroviraalsed onkogeenid
VIIRUS LIIK ONKOGEEN ONKOVALK INIMESE KASVAJA
Rousi sarkoom kana src mitte­retseptor TK käärsoole vähk
Abelsoni leukeemia hiir abl mitte­retseptor TK CML
Lindude erütroblastoos hiir erbB retseptor TK mao­, kopsu­ ja rinnavähk
McDonough' kassi sarkoom kass fms retseptor TK AML
Hardy­Zuckerman kassi viirus kass kit retseptor TK GI strooma vähk
Hiire sarkoom 3611 hiir raf Ser/Thr kinaas kusepõie kartsinoom
Simian sarcoma ahv sis kasvufaktor (PDGF) erinevad vähid
Harvey' sarkoom hiir/rott H­ras väike G­valk kusepõie kartsinoom
Kirsten'i sarkoom hiir/rott K­ras väike G­valk erinevad vähid
Lindude erütroblastoos E26 kana ets transkriptsioonifaktor leukeemia
Lindude müelotsütoom kana myc transkriptsioonifaktor erinevad vähid
Retikuloendotelioos kalkun rel transkriptsioonifaktor lümfoom
18/34

19. erbB2/neu onkogeeni ampli katsioon
rinnakasvajates
1987. a. kirjeldati, seos erbB2/neu geeni amplifikatsiooni ja rinnavähi elulemuse ning relapsi
vahel.
·
Slamon DJ, Clark GM, Wong SG, Levin WJ, Ullrich A, McGuire WLHuman breast cancer: correlation of relapse and survival with amplification of the HER-2/neu
oncogene. Science 235: 177-182.
19/34

20. Proto-onkogeenide aktivatsioon
Proto-onkogeenide aktivatsioon toimub läbi kahte tüüpi geneetiliste muutuste:
valguekspressiooni mõjutavad muutused
valgu struktuuri mõjutavad muutused
·
·
20/34

21. Valguekspressiooni mõjutavad muutused
Normaalsetes rakkudes on proto-onkogeeni ekspressioon kas alla või ülesse reguleeritud
omaenda promootori poolt vastusena füsioloogilistele signaalidele
Retroviirusega seotud onkogeenide puhul läheb geen raku kontrolli alt viiruse kontrolli alla
·
·
c-myc ekspressioon on füsioloogilistes tingimustes kasvufaktorite kontrolli all
AMV (Avian Myeoloblastosis Virus) genoomis hakatakse aga v-myc järjestust
konstitutiivselt kõrgelt ekspresseerima, sõltumata füsioloogilistest signaalidest mis seda
geeni varem reguleerisid.
-
-
21/34

22. Valgu struktuuri mõjutavad muutused
H-ras isoleeriti inimese kusepõie
kartsinoomist,
H-ras ei olnud amplifitseerunud!,
sekveneerimine näitas somaatilist G->T
punktmutatsiooni, mis oli täiesti piisav et
H-ras onkogeeniks muuta
Vähides esinev mutatsioon koodonites 12
või 61 (G12V) muudab Ras-i konstitutiivselt
aktiivseks rikkudes Ras-i GTPasse
aktiivsuse
·
·
·
·
CLIFFORD J. TABIN, SCOTT M. BRADLEY, CORNELIA I. BARGMANN, ROBERT A. WEINBERG, ALEX G. PAPAGEORGE, EDWARD M. SCOLNICK, RAVI DHAR, DOUGLAS
R. LOWY & ESTHER H. CHANG. Mechanism of activation of a human oncogene. Nature 300, 143 - 149 (11 November 1982); doi:10.1038/300143a0
22/34

23. Ras perekonna geenid on vähkides ühed sagedamini
muteerunud
VÄHIPAIGE/TÜÜP % MUTEERUNUD RAS GEENIGA (HOMOLOOG)
kõhunääre 90 (K)
kilpnääre (papillaarne) 60 (H,K,N)
kilpnääre (follikulaarne) 55 (H,K,N)
käärsool 45 (K)
seminoom 45 (K,N)
müelodüsplaasia 40 (N,K)
kops (mitte­väikserakuline) 35 (K)
AML 30 (N)
maks 30 (N)
melanoom 15 (K)
kusepõis 10 (K)
neer 10 (H)
23/34

24. Onkogeenide aktivatsioonimehhanismid
Regulatoorsed (protoonkogeeni amplifikatsioon, tuumorsupressorgeeni deletsioon)
Struktuursed (mutatsioonid)
Regulatoorsed Struktuursed
·
·
· ×
Emerging landscape of oncogenic signatures across human cancers
24/34

25. c-MYC aktivatsiooni mehhanismid
Kolm mehhanismi, kõik regulatoorsed:
proviiruse integratsioon (linnud)
geeni amplifikatsioon (inimene)
kromosomaalsed translokatsioonid
·
·
·
25/34

26. Kahte tüüpi amplifikatsioone HSR ja double minutes (nooled)
N-MYC ampli katsioon pärilikes neuroblastoomides
HSR, homogeenselt värvuvad piirkonnad
DM, double minutes: kromosoomi välised
partiklid
amplifikatsioonid on bimodaalsed 10-30
koopiat ja 100-150 koopiat
lisaks neuroblastoomidele ka teistes
neuroektodermaal kasvajates,
astrotsütoomid, glioomid, ka väikse-
rakulises kopsukasvajas.
·
·
·
·
26/34

27. Top 10 korduvad koopiaarvu muutused
(SCNA):
GEEN FUNKTSIOON
CCND1 G1 tsükliin
EGFR TK retseptor
MYC transkripts. faktor
ERBB2 TK retseptor
CCNE1 G1 tsükliin
MCL1 anti­apoptootiline valk
MDM2 p53 E3 ubikvitiini ligaas
Sagedamini ampli tseerunud genoomipiirkonnad
Pan-cancer patterns of somatic copy number alteration. Travis I Zack, Steven E Schumacher, Scott L Carter, Andrew D Cherniack, Gordon Saksena, Barbara
Tabak, Michael S Lawrence, Cheng-Zhong Zhang, Jeremiah Wala, Craig H Mermel, Carrie Sougnez, Stacey B Gabriel, Bryan Hernandez, Hui Shen, Peter W Laird,
Gad Getz, Matthew Meyerson & Rameen Beroukhim Nature Genetics 45, 1134–1140 (2013) doi:10.1038/ng.2760
27/34

28. TRANSLOKATSIOON FUUSION SAGEDUS
t(8;14)(q24;q32) IGH/MYC 80%
t(2;8)(p12;q24) IGK/MYC 10%
t(8;22)(q24;q11) IGL/MYC 10 %
MYC translokatsioon Burkitti lümfoomides
MYC aktivatsioon translokatsioonilise mehhanismi teel
c-myc geene translokeeritakse
immunoglobuliini lookusesse kõigis BL.
Immunoglobulin raske ahel IgH 80%, või
kerge ahel, kumbagi 10%.
·
· κ
λ
28/34

29. EGFR ligand-sõltumatu signalisatsioon
Mao- ja rinna kartsinoomides, glioblastoomides
29/34

30. BCR-ABL translokatsioon
Leukeemiates ja lümfoomides
30/34

31. Kokkuvõte
Onkogeen on geen mis võib potentsiaalselt vähki tekitada ja vähkides on nad muteerunud
või ekspresseeritud ebanormaalselt kõrgel tasemel.
Proto-onkogeen on normaalne geen mis võib muutuda onkogeeniks.
·
·
31/34

32. Refs
Natalie Teich, Douglas R. Lowy, Janet W. Hartley, Wallace P. Rowe, Studies of the mechanism
of induction of infectious murine leukemia virus from AKR mouse embryo cell lines by 5-
iododeoxyuridine and 5-bromodeoxyuridine, Virology, Volume 51, Issue 1, January 1973,
Pages 163-173, ISSN 0042-6822, http://dx.doi.org/10.1016/0042-6822(73)90376-0.
·
32/34

33. Lingid teistele loengutele

34. Sissejuhatav loeng
Vähitüübid
Onkoviirused
Onkogeenid
Retseptorid
Signaalirajad
Tuumorsupressorgeenid
Rakutsüklikontroll
·
·
·
·
·
·
·
·
p53 ja apoptoos
Immortalisatsioon
Tumorigenees
Genoomiterviklikkus
Mikrokeskkond
Metastaasid
Immuunsus
Vähiravimid
·
·
·
·
·
·
·
·
34/34