biologia celular 2001/2002prof.doutor josé cabeda apoptose

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2001/2002 Prof.Doutor José Cabeda Biologia Celular Apoptose

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Page 1: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

2001/2002 Prof.Doutor José Cabeda Biologia Celular

Apoptose

Page 2: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Apoptose

Apoptosis=grego para ‘falling off’ Apoptosis=grego para ‘falling off’ (Caír, desfazer)(Caír, desfazer)

Processo fisiológico de morte celular Processo fisiológico de morte celular programadaprogramada

Processo activoProcesso activo Inibição deste processo é activa e Inibição deste processo é activa e

altamente reguladaaltamente regulada Fases:Fases:

A Célula Compacta-seA Célula Compacta-se A membrana forma invaginaçõesA membrana forma invaginações A cromatina condensaA cromatina condensa O DNA Fragmenta-seO DNA Fragmenta-se A célula morta divide-se em A célula morta divide-se em

vesículas membranares (corpos vesículas membranares (corpos apoptóticos) que são fagocitadosapoptóticos) que são fagocitados

Page 3: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Os processos bioquímicos da apoptose

ProteóliseProteólise Fragmentação Fragmentação

genómicagenómica Perda de assimetria Perda de assimetria

da membrana celularda membrana celular Fragmentação celularFragmentação celular

www.nih.gov/sigs/Aboutapo.html

Page 4: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Apoptose versus NecroseApoptoseApoptose

Determinada genéticamenteDeterminada genéticamente Ocorre dentro dos intervalos Ocorre dentro dos intervalos

fisiológicosfisiológicos Célula compacata-seCélula compacata-se Resulta de diversos passos Resulta de diversos passos

intrinsecamente reguladosintrinsecamente regulados Participa no equilibrio homeostático Participa no equilibrio homeostático

do organismodo organismo Fenómeno individual celular (suícidio Fenómeno individual celular (suícidio

celular)celular) Nunca ocorre perda de estanquicidade Nunca ocorre perda de estanquicidade

membranarmembranar As vesículas formadas são removidas As vesículas formadas são removidas

por fagocitose, num processo muito por fagocitose, num processo muito rápido que não deixa vestígiosrápido que não deixa vestígios

NecroseNecrose Determinada genéticamenteDeterminada genéticamente Resulta da alteração súbita de um Resulta da alteração súbita de um

ou mais intervalos fisiológicos (pH, ou mais intervalos fisiológicos (pH, Temperatura, [iónicas], etc)Temperatura, [iónicas], etc)

Citoplasma “incha”Citoplasma “incha” Resulta da inviabilização Resulta da inviabilização

metabólica da célulametabólica da célula Não tem funções homeostáticasNão tem funções homeostáticas Fenómeno colectivo a todas as Fenómeno colectivo a todas as

células vizinhas células vizinhas Resulta na perda de estanquicidade Resulta na perda de estanquicidade

da membranada membrana O derramamento do fluido celular O derramamento do fluido celular

inicia processos tecidulares inicia processos tecidulares (inflamação) que duram horas ou (inflamação) que duram horas ou dias e originam marcas duradouras dias e originam marcas duradouras (cicatrizes)(cicatrizes)

Page 5: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Controlo da apoptose A apoptose em condições biológicas é uma resposta celular a A apoptose em condições biológicas é uma resposta celular a

variações subtis variações subtis no meio extracelularno meio extracelular Na membrana citoplasmáticaNa membrana citoplasmática No interior da célulaNo interior da célula

O mesmo estímulo pode desencadear apoptose num tipo de O mesmo estímulo pode desencadear apoptose num tipo de célula, ser inócuo noutro, e desencadear a proliferação célula, ser inócuo noutro, e desencadear a proliferação noutronoutro

A resposta de um tipo de célula a um dado estímulo pode ser A resposta de um tipo de célula a um dado estímulo pode ser variável pois depende de outros factores celulares (ex:fase variável pois depende de outros factores celulares (ex:fase de maturação) e ambientais (outros estímulos)de maturação) e ambientais (outros estímulos)

Page 6: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Funções da apoptose

Moldar os tecidos na embriogéneseMoldar os tecidos na embriogénese Eliminar células alteradas (ex. cancro)Eliminar células alteradas (ex. cancro) Eliminar células que deixaram de ser Eliminar células que deixaram de ser

necessárias (ex. Sistema Imunológico)necessárias (ex. Sistema Imunológico)

Page 7: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Programmed Cell DeathA. Form digitsA. Form digitsB. Form luminaB. Form luminaC. Vestigal structureC. Vestigal structureD. Mullerian/WolffianD. Mullerian/WolffianE. Cull extras (neurons)*E. Cull extras (neurons)*F. Cull immune system* F. Cull immune system* G. Cull damaged cells*G. Cull damaged cells*

*focus of many studies *focus of many studies

Page 8: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Anomalias da apoptose

Malformações congénitasMalformações congénitas Doenças NeurodegenerativasDoenças Neurodegenerativas Disfunções imunológicasDisfunções imunológicas TumoresTumores

Page 9: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Apoptose em patologias CancroCancro

Inibição da apoptose Inibição da apoptose HPV inactiva o promotor do p53HPV inactiva o promotor do p53 EBV aumenta a produção de bcl-2EBV aumenta a produção de bcl-2 Algumas Leucemias B expressam níveis elevados de bcl-2Algumas Leucemias B expressam níveis elevados de bcl-2 Melanoma inibe a expressão de Apaf-1Melanoma inibe a expressão de Apaf-1 Alguns tipos de cancros do pulmão e do colon secretam uma Alguns tipos de cancros do pulmão e do colon secretam uma

proteína que bloqueia o FasLproteína que bloqueia o FasL Alguns tipos de tumores expressam níveis elevados de FasL Alguns tipos de tumores expressam níveis elevados de FasL

induzindo apoptose nas CTL que com elas interactuaminduzindo apoptose nas CTL que com elas interactuam Doenças Auto-imunesDoenças Auto-imunes

Defeitos na indução de apoptose Defeitos na indução de apoptose Defeitos na selecção celularDefeitos na selecção celular Dificuldade em desligar as respostas imunológicasDificuldade em desligar as respostas imunológicas

ImunodeficiênciasImunodeficiências Excesso de apoptoseExcesso de apoptose

Deficiências na selecção positivaDeficiências na selecção positiva

Page 10: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Regulação da apoptose

Estudos em Estudos em Caedorhabditis elegansCaedorhabditis elegans permitiram identificar permitiram identificar 4 grupos de genes:4 grupos de genes: Responsáveis por desencadear a apoptoseResponsáveis por desencadear a apoptose Genes envolvidos no processo apoptóticoGenes envolvidos no processo apoptótico Genes necessários para a fagocitose dos corpos Genes necessários para a fagocitose dos corpos

apoptóticosapoptóticos Genes necessários para a dissolução final dos corpos Genes necessários para a dissolução final dos corpos

fagocitadosfagocitados

detonação apoptose fagocitose dissolução

bloqueio

Ced-9

Egl-1, ces-1, ces-2 Ced-3, ced-4, ced-8, ced-11 Ced-1,ced-2,ced-5, ced-6, ced-7, ced-10

Nuc-1

Page 11: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Apoptose em mamíferos

detonação apoptose fagocitose dissolução

bloqueio

Ced-9

Egl-1, ces-1, ces-2 Ced-3, ced-4, ced-8, ced-11 Ced-1,ced-2,ced-5, ced-6, ced-7, ced-10

Nuc-1

Page 12: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

A Família bcl-2

BH= bcl-2 homology domain

Ancoragem à membrana

Ligação a proteínasde outras famílias

Promoção da apoptoseNa ausência de BH1 e BH2

Three subfamiliesThree subfamilies Bcl-2 (survival, 4BH)Bcl-2 (survival, 4BH) Bax (apoptosis, 3BH)Bax (apoptosis, 3BH) BH3 only (apoptosis)BH3 only (apoptosis)

Formação de homo/hetero-dimeros

Page 13: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Apoptose mediada por sinais internos à célula

A membrana da mitocondria contém bcl-2 A membrana da mitocondria contém bcl-2 ligado a Apaf-1ligado a Apaf-1

Dano interno provoca:Dano interno provoca: Dissociação entre o bcl-2 e Apaf-1Dissociação entre o bcl-2 e Apaf-1 Saída de cyt-c para o citoplasmaSaída de cyt-c para o citoplasma

O cyt-c e o Apaf ligam-se a caspase-9 O cyt-c e o Apaf ligam-se a caspase-9 formando o apoptosoma (com ATP)formando o apoptosoma (com ATP)

Os apoptosomas agregam, a caspase-9 inicia Os apoptosomas agregam, a caspase-9 inicia uma cascata de activação de caspases por uma cascata de activação de caspases por proteóliseproteólise

Degradação de proteínas estruturais do citosolDegradação de proteínas estruturais do citosol Degradação do DNA nuclearDegradação do DNA nuclear

www.ultranet.com/~jkimball/BiologyPages/A/Apoptosis.html

Page 14: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Apoptose mediana por sinais externos à célula

Fas e o receptor do TNF são proteínas de Fas e o receptor do TNF são proteínas de membrana constitucionaismembrana constitucionais

A ligação de FasL e TNF induz:A ligação de FasL e TNF induz: Activação de caspase 8Activação de caspase 8

Inicia a cascata de activação de Inicia a cascata de activação de caspasescaspases

• Degradação de proteínas Degradação de proteínas estruturantesestruturantes

• Degradação do DNA nuclearDegradação do DNA nuclear

www.ultranet.com/~jkimball/BiologyPages/A/Apoptosis.html

Page 15: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Apoptotic Pathways Extrinsic pathway the death machinery is triggered by death ligands interacting with Extrinsic pathway the death machinery is triggered by death ligands interacting with

DRs to activate initiator caspases. Intrinsic pathway centers on mitochondria which DRs to activate initiator caspases. Intrinsic pathway centers on mitochondria which release cyto-c into the cytosol activating caspase cascade.release cyto-c into the cytosol activating caspase cascade.

The extrinsic and intrinsic death pathways can operate singly but crosstalk between the The extrinsic and intrinsic death pathways can operate singly but crosstalk between the pathways occurs at many levels.pathways occurs at many levels.

Cyto-c binds Apaf-1 in turn binds to procaspase-9 and activates it and the cascade.Cyto-c binds Apaf-1 in turn binds to procaspase-9 and activates it and the cascade. Smac/DIABLO released from mitochondria can bind to IAPs overcoming their Smac/DIABLO released from mitochondria can bind to IAPs overcoming their

inhibition on various caspases. inhibition on various caspases. The extrinsic and intrinsic death pathways are linked by the cleavage of Bid by The extrinsic and intrinsic death pathways are linked by the cleavage of Bid by

caspase-8.caspase-8. Cleaved Bid translocates to mitochondria and induces Bax/Bak-dependent release of Cleaved Bid translocates to mitochondria and induces Bax/Bak-dependent release of

mitochondrial proteins.mitochondrial proteins.

Page 16: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Death Receptors

Modular StructuresModular Structures CRD=cysteine rich extracellular domainCRD=cysteine rich extracellular domain DD=cytoplasmic death domainDD=cytoplasmic death domain

Adapters/FADD,etcAdapters/FADD,etc contain DDs to interact with receptors and contain DDs to interact with receptors and

transmit apoptotic signal to machinery transmit apoptotic signal to machinery Receptors have unique features to recognize Receptors have unique features to recognize ligand with specificityligand with specificity

TNFR1/TNF-TNFR1/TNF-, lymphotoxin alpha, lymphotoxin alpha Fas (CD95)/FasL, DAXXFas (CD95)/FasL, DAXX DR3 & DR4/TRAILDR3 & DR4/TRAIL

Not Death ReceptorsNot Death Receptors Other TNF members, B & T cell antigens, Other TNF members, B & T cell antigens,

lack DDslack DDs

Page 17: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Executioners of Apoptosis

Page 18: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Caspases: A Common Pathway

Caspases are proteases involved in 2 stages Caspases are proteases involved in 2 stages of the apoptotic pathwayof the apoptotic pathway

Caspases are synthesized as inactive Caspases are synthesized as inactive procaspases that are activated by cleavage procaspases that are activated by cleavage to form the active dimerto form the active dimer

A complex forms at the receptor that A complex forms at the receptor that activates caspase-8 to ‘initiate’ the pathwayactivates caspase-8 to ‘initiate’ the pathway

Page 19: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Caspase Activation Synthesized as single Synthesized as single

chain precursorchain precursor Cleavage site at Cleavage site at

conserved Asp-297conserved Asp-297 N-peptide contains N-peptide contains

death-effector domain death-effector domain required to recruit the required to recruit the death receptors (DRs) death receptors (DRs) to the cytosolic faceto the cytosolic face

Page 20: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Caspase Family Members Structural featuresStructural features

CARD (caspase CARD (caspase recruitment domainrecruitment domain

DED (death effector DED (death effector domains) for adaptorsdomains) for adaptors

Caspase cleavageCaspase cleavage Site separates subunitsSite separates subunits

Substrate cleavageSubstrate cleavage caspase cleaves motifs caspase cleaves motifs

(P1-P4 )in substrates(P1-P4 )in substrates

Page 21: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Pro-apoptotic regulators promote caspase activation

Figure 23-50

Page 22: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Some trophic factors prevent apoptosis by inducing inactivation of a pro-apoptotic regulator

Figure 23-50

Page 23: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Death Machinery

Initiators of cascade Initiators of cascade caspases-1,-8, -9, -10caspases-1,-8, -9, -10

Effectors of cascade Effectors of cascade caspases-2, -3, -6, -7caspases-2, -3, -6, -7

Proteins cleaved during Proteins cleaved during execution phase of execution phase of apoptosis (eg, PARP, apoptosis (eg, PARP, lamin A) for irreversible lamin A) for irreversible cell death decisioncell death decision

Page 24: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Caspase Substrates Cleavage motif

Caspase-1 pro-IL-1beta YVHD-A

Caspase-3 PARP DEVD-G*

DNA-PK DEVD-N

Rb DEAD-G

Caspase-8 all other pro-caspases

Caspase-9 PARP DEVD-G*

procaspase-3 DEVD-G*

Cysteine Aspartate-specific Proteases

Page 25: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Caspase Inhibitors Defining motif BIR= Defining motif BIR=

bbaculovirus aculovirus IIAP AP rrepeatepeat Multiple BIR domainsMultiple BIR domains CARD for CARD for cacaspase spase

rrecruitment ecruitment ddomainomain RING domain RING domain

homolog of ubiquitin homolog of ubiquitin E3 adaptorsE3 adaptors

Page 26: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Caspase Inhibitors IAPs (inhibitors of apoptosis)IAPs (inhibitors of apoptosis)

BIR motif necessary/sufficient for anti-apoptotic activityBIR motif necessary/sufficient for anti-apoptotic activity XIAP, cIAP1, cIAP2 inhibit processing of procaspases-3, 6, 7 by XIAP, cIAP1, cIAP2 inhibit processing of procaspases-3, 6, 7 by

inhibiting cytochrome-c induced activation of caspase-9inhibiting cytochrome-c induced activation of caspase-9

FLIPS (FLICE inhibitory proteins)FLIPS (FLICE inhibitory proteins) Contain 2 death effector domains (DEDS) Contain 2 death effector domains (DEDS) DEDs interfere with FADD/caspase-8 interaction and activationDEDs interfere with FADD/caspase-8 interaction and activation Block early events of other death receptors (TNFR1,TRAIL/DR4)Block early events of other death receptors (TNFR1,TRAIL/DR4)

Peptide inhibitorsPeptide inhibitors Synthetic peptide sequences based on substrate binding pocket Synthetic peptide sequences based on substrate binding pocket

motif in positions P1-P4 (Ac-YVAD-cho, c-DEVD-cho)motif in positions P1-P4 (Ac-YVAD-cho, c-DEVD-cho)

Page 27: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Apoptotic Pathways Converge:Role of Bcl-2 Family

Extrinsic Pathway:Extrinsic Pathway: Ligation of receptorsLigation of receptors Adaptor recruitmentAdaptor recruitment Activation of caspase-8Activation of caspase-8 Transmit death signalTransmit death signal

Intrinsic Pathway:Intrinsic Pathway: Cellular stress Cellular stress

(x-ray/drug)(x-ray/drug) Mitochondria integratorMitochondria integrator Bcl-2 family regulatorsBcl-2 family regulators Activation of caspase-9Activation of caspase-9

Page 28: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

The Bcl-2 Family Mechanism of Action

Bcl-2/Bcl-XL/Apaf-1Bcl-2/Bcl-XL/Apaf-1 BH4 of Bcl-2 & Bcl-XL BH4 of Bcl-2 & Bcl-XL

bind to C-term of Apaf-1 bind to C-term of Apaf-1 inhibiting binding to Casp-9 inhibiting binding to Casp-9

Bcl-2 and cyto-cBcl-2 and cyto-c Bcl-2 directly or indirectly Bcl-2 directly or indirectly

prevents release of cyto-c prevents release of cyto-c from mitochondriafrom mitochondria

Bid of BH3 family mediates Bid of BH3 family mediates release of cyto-c c/o PTrelease of cyto-c c/o PT

Bax death pathwayBax death pathway BH1 and BH2 form poresBH1 and BH2 form pores Death caspase independentDeath caspase independent

Page 29: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Summary of Bcl-2 Family Roles

Page 30: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Mitochondrial dysfunction Many apoptotic stimuli use mitochondrial Many apoptotic stimuli use mitochondrial

dysfuntion to signal apoptosis (intrinsic cues)dysfuntion to signal apoptosis (intrinsic cues) SteroidsSteroids Drugs (DNA damage)Drugs (DNA damage) Irradiation (redox imbal)Irradiation (redox imbal) Loss of growth factorsLoss of growth factors Ceramide generationCeramide generation

Distinct ‘BH3 only’ proteins respond to specific Distinct ‘BH3 only’ proteins respond to specific death stimulideath stimuli

Activated BH3 proteins translocate to Activated BH3 proteins translocate to mitochondrial surfaces to associate with Bcl-2 mitochondrial surfaces to associate with Bcl-2 related proteins to form membrane-spanning related proteins to form membrane-spanning porespores

Cytochrome c release induces formation of the Cytochrome c release induces formation of the apoptosome, a ternary complex of cyto-c, Apaf-apoptosome, a ternary complex of cyto-c, Apaf-1 and caspase-91 and caspase-9

Apoptosis disrupts mitochondrial membrane Apoptosis disrupts mitochondrial membrane potentialpotential

PT (permeability transition)PT (permeability transition)

Page 31: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Mitochondrial Permeability Transition

Effectors of PTEffectors of PT Divalent cations Ca2+Divalent cations Ca2+ ROS and nitric oxideROS and nitric oxide Conc of some peptides (transport signal Conc of some peptides (transport signal

sequens)sequens) Lipid mediatorsLipid mediators Any major change in energy balance Any major change in energy balance

(ATP, NAD) or redox state(ATP, NAD) or redox state PT functions to integrate stress responses and PT functions to integrate stress responses and

any major damage of cells will trigger PT.any major damage of cells will trigger PT. PT itself causes change in energy and redox PT itself causes change in energy and redox

balance, when massive, can lock the cell into balance, when massive, can lock the cell into irreversible stage.irreversible stage.

Page 32: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Permeability Transition Pore Bcl-2 family members control PTP channelBcl-2 family members control PTP channel

Bcl-2 proteins in membrane of mitochondriaBcl-2 proteins in membrane of mitochondria PTP a large pore induced by necrotic or PTP a large pore induced by necrotic or

apoptotic signalsapoptotic signals OM, outer membraneOM, outer membrane IM, inner membraneIM, inner membrane IMS, inner membrane spaceIMS, inner membrane space

PT is achieved by H+ ion gradient generated PT is achieved by H+ ion gradient generated by electron transport. by electron transport.

The H+ gradient is used by the FoF1 synthase The H+ gradient is used by the FoF1 synthase to synthesize ATP.to synthesize ATP.

Opening of PTP results in mitochondrial Opening of PTP results in mitochondrial depolarization, uncoupling of oxidat depolarization, uncoupling of oxidat phosphorylation and swelling of mitochondriaphosphorylation and swelling of mitochondria

Direct association between Bax and ANT or Direct association between Bax and ANT or Bax and VDAC have been proposedBax and VDAC have been proposed

Page 33: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Role of Mitochondria in Apoptosis Releases pro-apoptotic Releases pro-apoptotic

molecules into cytosol molecules into cytosol upon death stimuliupon death stimuli

Apoptosome is formed Apoptosome is formed (Cyto-c,Apaf-1, casp-9)(Cyto-c,Apaf-1, casp-9)

Opening of PTP can Opening of PTP can release procasp-2 or -9release procasp-2 or -9

Bcl-2 (tethering protein) Bcl-2 (tethering protein) can regulate activation can regulate activation of mitochondrial poolof mitochondrial pool

Page 34: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Summary of the Players Death Pathways Death Pathways Triggering stimuliTriggering stimuli CaspasesCaspases Bcl-2 familyBcl-2 family MitochondriaMitochondria Death by apoptosis vs Death by apoptosis vs

necrosisnecrosis

Page 35: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

2001/2002 Prof.Doutor José Cabeda Biologia Celular

Oncologia

Page 36: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

CANCRO: UMA DOENÇA GENÉTICA DE CÉLULAS SOMÁTICAS

A origem genética dos tumoresA origem genética dos tumores Proto-oncogenes e oncogenesProto-oncogenes e oncogenes Factores de crescimentoFactores de crescimento

Receptores para factores de crescimentoReceptores para factores de crescimento Transdutores intracelulares de sinalTransdutores intracelulares de sinal Factores de transcrição nuclearFactores de transcrição nuclear Proteínas de controlo do ciclo celularProteínas de controlo do ciclo celular

Genes de Supressão tumoralGenes de Supressão tumoral Os carcinogénios como mutagéniosOs carcinogénios como mutagénios Agentes virais na origem dos tumoresAgentes virais na origem dos tumores

Oncogenes viraisOncogenes virais Conversão de proto-oncogenes celulares em oncogenesConversão de proto-oncogenes celulares em oncogenes Activação de proto-oncogenesActivação de proto-oncogenes Amplificação de proto-oncogeneAmplificação de proto-oncogene

A "estatística" na origem dos tumoresA "estatística" na origem dos tumores

Page 37: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Proto-oncogenes e Oncogenes Proto-oncogenesProto-oncogenes

Genes normais que depois de alterados por Genes normais que depois de alterados por mutação originam um fenótipo tumoralmutação originam um fenótipo tumoral

Fazem parte do património genético de todosFazem parte do património genético de todos OncogenesOncogenes

Gene resultante da alteração de um proto-Gene resultante da alteração de um proto-oncogene, e que causa um fenótipo tumoraloncogene, e que causa um fenótipo tumoral

Fazem parte do património genético das células Fazem parte do património genético das células transformadastransformadas

Page 38: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Receptores para factores de crescimento

Page 39: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

A GENÉTICA MOLECULAR EM HEMATO-ONCOLOGIA

CANCRO: UMA DOENÇA GENÉTICA DE CÉLULAS SOMÁTICASCANCRO: UMA DOENÇA GENÉTICA DE CÉLULAS SOMÁTICAS A origem genética dos tumoresA origem genética dos tumores

Proto-oncogenes e oncogenesProto-oncogenes e oncogenes Factores de crescimentoFactores de crescimento

Receptores para factores de Receptores para factores de crescimentocrescimento

Transdutores intracelulares de sinalTransdutores intracelulares de sinal Factores de transcrição nuclearFactores de transcrição nuclear Proteínas de controlo do ciclo Proteínas de controlo do ciclo

celularcelular Genes de Supressão tumoralGenes de Supressão tumoral

Os carcinogénios como mutagéniosOs carcinogénios como mutagénios Agentes virais na origem dos tumoresAgentes virais na origem dos tumores

Oncogenes viraisOncogenes virais Conversão de proto-oncogenes celulares em Conversão de proto-oncogenes celulares em

oncogenesoncogenes Activação de proto-oncogenesActivação de proto-oncogenes Amplificação de proto-oncogeneAmplificação de proto-oncogene

A "estatística" na origem dos tumoresA "estatística" na origem dos tumores

ANOMALIAS GENÉTICAS EM HEMATO-ANOMALIAS GENÉTICAS EM HEMATO-ONCOLOGIAONCOLOGIA

Translocações cromossómicas em hemato-Translocações cromossómicas em hemato-oncologiaoncologia

Translocações envolvendo genes das Ig Translocações envolvendo genes das Ig ou TCRou TCR

translocação t(8;14)(q24;q32) e o EBVtranslocação t(8;14)(q24;q32) e o EBV A t(14;18) - BCL2/IgHA t(14;18) - BCL2/IgH

Translocações que originam genes hibridosTranslocações que originam genes hibridos t(9;22) - bcr/ablt(9;22) - bcr/abl t(15;17) - pml/rart(15;17) - pml/rar

Delecções cromossómicas em hemato-oncologiaDelecções cromossómicas em hemato-oncologia Mutações pontuais em hemato-oncologiaMutações pontuais em hemato-oncologia

mutações no gene p53mutações no gene p53

UTILIDADE CLÍNICA DA GENÉTICA MOLECULAR EM UTILIDADE CLÍNICA DA GENÉTICA MOLECULAR EM HEMATO-ONCOLOGIAHEMATO-ONCOLOGIA

Aprofundamento de conhecimentosAprofundamento de conhecimentos Escolha de tratamentos específicosEscolha de tratamentos específicos Monitorização da doençaMonitorização da doença

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Page 41: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Transdutores intracelulares de sinal

Page 42: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Factores de transcrição nuclear

Page 43: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Proteínas de controlo do ciclo celular (ciclinas)

O ciclo celular é controlado por ciclinas (cdk), p53 e RB O ciclo celular é controlado por ciclinas (cdk), p53 e RB (entre outros factores)(entre outros factores) Permite uma sincronia entre o crescimento, duplicação Permite uma sincronia entre o crescimento, duplicação

de DNA e divisão nuclearde DNA e divisão nuclear Alterações nos genes das ciclinas podem originar fenótipo Alterações nos genes das ciclinas podem originar fenótipo

tumoral se:tumoral se: Ocorrer alteração da expressão de uma ou mais ciclinasOcorrer alteração da expressão de uma ou mais ciclinas se ocorrem mutações nas sequências codificantes dos se ocorrem mutações nas sequências codificantes dos

genes que codificam as ciclinas, o p53 ou o RBgenes que codificam as ciclinas, o p53 ou o RB

Page 44: Biologia Celular 2001/2002Prof.Doutor José Cabeda Apoptose

Genes de supressão tumoral

Genes que suprimem o desenvolvimento de tumoresGenes que suprimem o desenvolvimento de tumores Mutações germinais associadas com predisposição tumoralMutações germinais associadas com predisposição tumoral Fenótipo dominante, mas recessivo ao nível celular (a >parte)Fenótipo dominante, mas recessivo ao nível celular (a >parte)

O fenótipo depende da inactivação da cópia normal do gene O fenótipo depende da inactivação da cópia normal do gene (ex. Retinoblastoma-gene RB, um regulador do ciclo celular)(ex. Retinoblastoma-gene RB, um regulador do ciclo celular)

Fenótipo dominante (casos raros)Fenótipo dominante (casos raros)O p53 é um estimulador da apoptose que funciona como O p53 é um estimulador da apoptose que funciona como

tetrâmero. Uma diminuição da concentração causada por tetrâmero. Uma diminuição da concentração causada por uma mutação heterózigótica inibe a formação de tetrâmeros, uma mutação heterózigótica inibe a formação de tetrâmeros, causando um fenótipo dominante.causando um fenótipo dominante.

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Os carcinogéneos como mutagéneos Os mutagéneos são substâncias capazes de se Os mutagéneos são substâncias capazes de se

interagirem com os ácidos nucleicos, interagirem com os ácidos nucleicos, modificnado-lhes propriedadesmodificnado-lhes propriedades

Se as alterações genéticas resultantes ocorrerem Se as alterações genéticas resultantes ocorrerem em proto-oncogenes, genes de factores de em proto-oncogenes, genes de factores de crescimento, ou genes de supressão tumoral, o crescimento, ou genes de supressão tumoral, o genótipo resultante pode ser tumoralgenótipo resultante pode ser tumoral

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Conversão de proto-oncogenes celulares em oncogenes virais

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Oncogenes virais

Oncogene Localização Função Oncogenes presentes em vírus de DNA E1A Nucleo/citoplasma Regula a transcrição E1B Nucleo/citoplasma Regula a transcrição PV-ST citoplasma PV-MT membrana citoplasmática liga e estimula pp60c-src e pp62c-yes PV-LT núcleo inicia a síntese de DNA e regula a transcrição SV40-ST citoplasma SV40-LT núcleo, memb.citoplasm. inicia a sínt.DNA, reg.transcrição, liga p53 Oncogenes presentes em Retrovírus abl memb.citoplasm. tirosina cinase erb A citoplasma receptor da hormona tiroideia erb B membranas tirosina cinase / EGF receptor ets núcleo fes memb.citoplasm. tirosina cinase fgr memb.citoplasm. tirosina cinase fms memb.citoplasm. receptor do CSF-1 (tirosina cinase ) fos núcleo fps kit membranas tirosina cinase mil/raf citoplasma serina/tirosina cinase mos citoplasma serina cinase myb núcleo myc núcleo ras memb.citoplasm. proteina G raf rel citoplasma ros citoplasma tirosina cinase sis citoplasma e excretado subunidade do PDGF src memb.citoplasm. tirosina cinase ski núcleo yes tirosina cinase Oncogenes não presentes em vírus bcl - linfoma folicular humano p53 – activo em células transformadas bcr - LMC ret – Linfoma int-1,2,3,4 – cancro da mama (rato) rho – semelhante a ras met – linha celular transformada neu – neurogliobastoma de rato

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Activação e amplificação de proto-oncogenes

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Translocações envolvendo os genes TCR e Ig

Translocações envolvendo os genes do TCR e das Ig

Translocação Doença Gene afectado IgH t(8;14)(q24;q32) Burkitt C-Myc t(11;14)(q13;q32) LNH-manto bcl-1 (CCND1/PRAD1) t(14;18)(q32;q21) LNH-foliculares bcl-2 (apoptose) t(14;19)(q32;q13) LLC-B bcl-3 (ciclina?) t(3;14)(p27;q32) t(5;14)(q31;q32) LLA-pre B IL-3 (citocina)

IgK t(2;8)(p12;q24) Burkitt t(2;3)(p12;q27) LNH-célula grande bcl-6 (zinc-finger)

Ig t(8;22)(q24;q11) Burkitt

t(3;22)(q27;q11)

TCR- t(1;14)(p32;q11) Tal-1

t(10;14)(q24;q11) LLA-T TCL-3 (Hox11) t(11;14)(p14;q11) LLA-T Rhombotin 1 t(11;14)(p13;q11) LLA-T Rhombotin 2 (TCL-2) t(8;14)(q24;q11) LLA-T C-Myc

TCR-ß t(1;7)(p32;q35) LLA-T t(7;9)(p34;q32) LLA-T Tal-2 t(7;11)(p35;p13) dominio LIM t(7;9)(q34;q34.3) LLA-T & LNH TAN-1 t(;7)(q34;q34) LLA-T lck t(7;19)(q34;p13) LLA-T LYL1

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Linfoma de burkit t(8;14) - t(8;22) - t(8;2)

Origina a expressão do c-myc nos linfócitos BOrigina a expressão do c-myc nos linfócitos B

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Linfomas foliculares e difusos

Diagrama mostrando os cromossomas 14 e 18 normais, e os cromossomas resultantes da translocação t(14;18)(q32;q21), envolvendo os genes BCL-2 (18q21) e IgH (14q32).

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Genes hibridos resultantes de translocções

Translocação Doença Genes afectados t(9;22)(q34;q11) LMC;LLA adulto/LMA abl bcra t(15;17) (q22;q21) LMA-M3 PMLb RARd t(11;17)(q35;q21) LMA-M3 PLZFc RARd t(5;17)(q35;q21) NPMe RARd t(8;21)(q22;q22) LMA-M2 ETOc AML1 Inv(16)(p13;q22) LMA-M4Eo MYHf CBFBg t(6;9)(p23;q34) LMA,LMA-TdT+ DEK CAN inv(3)(q21;q26) LMA-M1 EVI1c t(3;3)(q21;q26) t(1;9)(q23;q13) LLA-pre B PBX1h E2A t(12;21)(p13;q22) LLA-prec.B infantis TEL AML1 t(2;5)(p23;q35) LNH-anaplásico ALKa NPMe t(4;11)(q21;q23) LLA-pre B ALLc AF4i t(1;11)(q32;q23) LAM AF1Pe t(6;11)(q27)(q23) LAM AF6i t(9;11)(p21;q23) LAM-M5,prec.B AF9i t(11;17)(q23;q21) LAM AF19 t(11;19)(q23;p13) LAM,LLA-prec. B ENLi t(8;13)(p11;q12) sindrome mieloproliferativo ZNF198 FGFR-1 a) tirosina cinase b) guanosina trifosfatase c) zinc finger d) receptor acido retinoico e) fosfoproteina f) gene da miosina g) factor de transcrição h) gene homeótico i) transdução de sinal

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Bcr/abl

Os genes BCR e ABL normais, e as translocações que originam as proteínas p190 e p210 do gene quimera BCR-ABL. A proteína p210 é característica da CML, sendo a p190 a proteína BCR-ABL encontrada na maioria dos casos de ALL

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pml/rar

A localização cromossómica e estrutura normal dos genes PML e RARa, e a translocação t(15;17)(q22;21) que origina o gene quimera PML-RARA.