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BiologiaBiologia Molecular do Molecular do CâncerCâncer

Disciplina: Biologia Molecular e Bioquímica AvançadaDisciplina: Biologia Molecular e Bioquímica Avançada

Docente: Docente: ProfaProfa. Dra. Fernanda . Dra. Fernanda CanduriCanduri

2º Semestre 2009

O que é câncer?

• Conjunto de doenças que têm em comum o crescimento

desordenado (maligno) de células que invadem os

tecidos e órgãos, podendo espalhar-se para outras

regiões do corpo - metástase.regiões do corpo - metástase.

• Também denominado neoplasia maligna.

Biologia do Câncer

• O câncer é um distúrbio clonal

• A maioria das neoplasias surgem de uma única célula que sofreu perturbação em seu mecanismo de regulação da proliferação e apoptose.

Biologia do Câncer

Lembrar que:

O fenótipo de uma célula é o resultado das múltiplas interações não-lineares entre os genes dessa célula.

É a diferenciação celular

Biologia do Câncer

• Quais são as diferenças entre as células normais e as células neoplásicas?

– As células neoplásicas exibem simultaneamente seis fenótipos que conferem a essas células uma vantagem proliferativa:

� Auto-suficiência em sinais proliferativos (independem de fatores de crescimento);

� Insensibilidade aos sinais antiproliferativos (insensíveis aos inibidores de crescimento);

� Evasão da apoptose;

� Potencial replicativo ilimitado (imortalidade);

� Angiogênese sustentada;

� Invasão e metástase.

Biologia do Câncer

• Células normais podem exibir qualquer um desses fenótipos, mas deixam de ser normais quando os exibem simultaneamente.

Exemplos “normais”:Exemplos “normais”:

- Macrófagos: são capazes de invasão (migração para locais com inflamação);

- Células-tronco: potencial replicativo ilimitado;

- Algumas células requerem baixa quantidade de fatores de crescimento para proliferação.

Biologia do Câncer

• Como esse fenótipo maligno é adquirido?

- Formação de interações específicas entre os genes, o que acaba resultando no aparecimento dos seis fenótipos apresentados;

- Todos esses fenótipos não aparecem de uma vez - aparecem - Todos esses fenótipos não aparecem de uma vez - aparecem gradualmente, sem ordem definida.

Biologia do Câncer

Auto-suficiência em fatores de crescimento

Insensibilidade aos inibidores de crescimento

Evasão à apoptoseEvasão à apoptose

Imortalidade

Angiogênese sustentada

Capacidade de invasão

Biologia do Câncer

• Como ocorre o rearranjo das interações entre os genes para a formação de cada característica que constitui o fenótipo maligno?

– Através de alterações bioquímicas de proteínas e de metabólitos (sem ocorrer alteração gênica);metabólitos (sem ocorrer alteração gênica);

– Através de alterações em genes importantes na rede de interação gênica, que ocorre através de:

1. Mutações somáticas;

2. Translocações cromossômicas;

3. Deleções;

4. Inversões cromossômicas.

Biologia do Câncer

• Como ocorrem essas alterações?

– Presença de carcinógenos, que promovem a formação do câncer:

1. Substâncias químicas (por ex.: benzopireno no cigarro)cigarro)

2. Radiação Ionizante

• Inativação de genes responsáveis pela integridade do genoma também são importantes para a ocorrência dessas alterações.

• Presença de vírus (exemplo: HPV câncer de cólo de útero)

Biologia do Câncer

• Quais são os genes importantes na rede de interações gênicas que contribuem para o aparecimento do câncer

– Oncogenes;

– Genes supressores de tumor;

– Genes que codificam proteínas de reparo do DNA;

Biologia do Câncer

• ONCOGENES:

– Genes normais envolvidos com o controle positivo da proliferação celular que, quando superexpressos, promovem o fenótipo maligno;

Exemplos:Exemplos:

� MYC: codifica fator de transcrição nuclear pró-proliferativo. Mutação pode

aumentar a expressão deste gene e a proliferação celular.

� RET: codifica receptor celular que pode sofrer mutação e tornar-se ativo

sem ligação do respectivo fator de crescimento.

� RAS: codifica proteína de transdução de sinal proliferativo que pode se

tornar ativo mesmo sem receber sinal anterior (produzindo

continuamente sinal)

Biologia do Câncer

• ONCOGENES:

– Sua superexpressão pode ser causada por:

1. Mutação (exemplo: gene RAS mutado na maioria dos tumores de

cólon);

2. Rearranjo cromossômico:2. Rearranjo cromossômico:

*Posicionamento de um gene próximo a um promotor, aumentando

a expressão deste;

*Formação de um novo gene (como na leucemia mielóide crônica -

fusão dos genes ABR e BCL) que promove proliferação.

3. Amplificação gênica: geração de novas cópias do oncogene,

aumentando sua expressão (exemplo: gene MYC).

Biologia do Câncer

• ONCOGENES:

– Já foram descobertos cerca de 100 oncogenes;

– Basta a superexpressão de uma das cópias de um oncogene para a produção do fenótipo maligno, mesmo na oncogene para a produção do fenótipo maligno, mesmo na presença de uma cópia normal - (efeito dominante).

Biologia do Câncer

• GENES SUPRESSORES DE TUMOR (GSTs): :

– Genes normais envolvidos com o controle negativo da proliferação celular que, quando não expressos, promovem o fenótipo maligno.

Exemplos:

*TGFBR: receptor que inibe o crescimento celular em resposta à citocina*TGFBR: receptor que inibe o crescimento celular em resposta à citocinaTGF beta (inibe a proliferação de linfócitos, e as funções de macrófagos)

*Rb: regula o ciclo celular.

*NF1: inibição da transdução de sinal proliferativo pelo RAS.

*APC: inibe a transdução do sinal proliferativo.

*p53: inibe crescimento e multiplicação celular se detectar danos do DNA. Promove reparação dos danos e caso esta não seja possível, desencadeia a morte celular programada - apoptose.

*p16: inibe multiplicação celular de modo relacionado com p53.

Biologia do Câncer

• GENES SUPRESSORES DE TUMOR (GSTs):

– Para que um GST não se expresse completamente, é necessário que ambas as cópias desses genes sejam mutadas, perdidas ou possuam suas regiões promotoras metiladas (efeito recessivo);metiladas (efeito recessivo);

– Sua subexpressão ou falta de expressão pode ser causada principalmente por perda de heterozigose.

PERDA DE HETEROZIGOSIDADE

Biologia do Câncer

Biologia do Câncer

• Para o estabelecimento de um câncer, são necessários 6 etapas (6 mutações), pelo menos, de acordo com o aparecimento de cada característica do fenótipo maligno.

• Para que ocorra essas etapas, o genoma deve estar instável devido ao mal-funcionamento dos genes de reparo do DNA, caso contrário, tais eventos são raros.

Carcinogênese

• Portanto, defeitos nos genes de reparo do DNA, levam à carcinogênese

Auto-suficiência em fatores de crescimento

Insensibilidade aos inibidores de crescimentocrescimento

Evasão à apoptose

Imortalidade

Angiogênese sustentada

Capacidade de invasão

Carcinogênese

• Etapas da carcinogênese:

– Auto-suficiência em fatores de crescimento:

*Produção dos próprios fatores de crescimento (ação

autócrina);autócrina);

* Ativação dos receptores de fatores de crescimento sem

ligação desses fatores (mutação ou aumento da expressão);

* Descontrole da sinalização após ativação dos receptores de

crescimento (também por mutação ou aumento de

expressão).

Etapas da carcinogênese

– Auto-suficiência em fatores de crescimento:

Exemplo (mutação ou aumento da expressão do gene RAS)

RECEPTORES DE FATORES DECRESCIMENTO

SINALIZAÇÃO ATIVADA PELALIGAÇÃO ENTRE FATORES DECRESCIMENTO E SEUSRECEPTORES -> ATIVA O RAS

QUANDO O RAS ESTÁ MUTADOOU SUPEREXPRESSO, NÃOPRECISA MAIS DASINALIZAÇÃO ANTERIOR E ASINALIZAÇÃO POSTERIOR FICASEMPRE ATIVADA

Etapas da carcinogênese

• Insensibilidade aos inibidores de crescimento:

Corresponde à perturbação do controle do ciclo celular na

transição da fase G1 para a fase S

• Os principais alvos são Rb (proteína retinoblastoma) e

inibidores das Quinases Dependentes de Ciclinas (CDKI), que

controlam o ciclo celular em G1/S , e ativam a proliferação.

• Numa célula normal...

Sinalização a partir de um fator de crescimento ao seu receptor

Expressão de Expressão de CiclinasCiclinas DD

Formação do complexo ciclina D + +

Quinase Dependente de Ciclina D

ProteínaProteína RbRb--E2FE2F E2FE2F

Fosforilação

Liberação

Expressão de proteínas para

início da replicação do

DNA

Etapas da carcinogênese

• Insensibilidade aos inibidores de crescimento:

Numa célula doente, há a inibição da proliferação – o controle

do ciclo celular em G1/S está comprometidodo ciclo celular em G1/S está comprometido

Sinalização a partir de um fator de crescimento ao seu receptor

Expressão de Expressão de CiclinasCiclinas DD

Formação do complexo ciclina D +

Sinalização a partir de um inibidor de crescimento ao seu

receptor

p53

Inibição daQuinase Dependente de Ciclina

INIBIÇÃOFormação do complexo ciclina D + Quinase Dependente de Ciclina D

ProteínaProteína RbRb--E2FE2F

NÃO HÁ FOSFORILAÇÃO

Expressão de proteínas para

início da replicação do

DNA

INIBIÇÃO

Etapas da carcinogênese

• Insensibilidade aos inibidores de crescimento:

Controle do ciclo celular em G1/S numa célulaneoplásicaneoplásica

Sinalização a partir de um fator de crescimento ao seu receptor

Expressão de Expressão de CiclinasCiclinas DD

Formação do complexo ciclina D +

Sinalização a partir de um inibidor de crescimento ao seu

receptor

p53

Ativação daQuinase Dependente de Ciclina

INIBIÇÃOFormação do complexo ciclina D + Quinase Dependente de Ciclina D

Expressão de proteínas para

início da replicação do

DNA

INIBIÇÃO

ProteínaProteína RbRb--E2FE2F E2FE2F

Fosforilação contínua

Liberaçãocontínua

Inativação Inativação da Rbda Rb

Etapas da carcinogênes

• Evasão à apoptose

- Mais comum: inativação do gene supressor de tumor p53 (50% dos tumores sólidos) � este gene deflagra apoptose quando não é possível o reparo no DNA.quando não é possível o reparo no DNA.

- Superexpressão de oncogenes também pode contribuir para a inibição da apoptose.

Etapas da carcinogênese

• Imortalidade (ativação da telomerase)

• Qual a função da telomerase?– As DNA telomerases são ribonucleoproteínas cuja sequência de RNA

liga-se à sequência complementar telomérica, usando-o como molde para catalisar a adição repetida de uma sequência específica rica em G à extremidade 3´ de uma molécula de DNA, formando o telômero.à extremidade 3´ de uma molécula de DNA, formando o telômero.

– O telômero é a extremidade de um cromossomo linear, que consiste de repetições consecutivas de uma pequena sequência rica em G na porção terminal 3´ e é complementar a sequência da porção terminal 5´.

– Isso tudo porque as extremidades dos cromossomos apresentam um problema para a maquinaria de replicação

– A ausência da telomerase resultaria no encurtamento do cromossomo a cada etapa de replicação

Etapas da carcinogênese

• Imortalidade (ativação da telomerase) – o aumento da atividade telomerásica pode permitir a replicação e o crescimento celular descontrolados.

Biologia do câncer

• Angiogênese invasiva:

– Formação de novos vasos sanguíneos a partir dos vasos já existentes

– Estes novos vasos podem contribuir para a proliferação – Estes novos vasos podem contribuir para a proliferação de células tumorais

Biologia do câncer

• Capacidade de invasão:

– As células que tem a sua primeira progênie, e não a segunda, proliferando excessivamente, mas que se mantém unidas em uma única massa, forma um tumor mantém unidas em uma única massa, forma um tumor benigno – pode ser removido completamente

– Um tumor só é maligno quando suas células tem a capacidade de invadir os tecidos vizinhos. Estas células tumorais caem na circulação sanguínea ou vasos linfáticos, e formam tumores secundários ou metástases em outros locais do organismo.