CANCER

Cancer var tredje svensk drabbas av cancer någon gång under livet 45 000 nya fall i Sverige 20 000/år dör till följd av cancer i Sverige genetiska faktorer och miljöfaktorer

Cancerincidens i % Män Kvinnor prostata 32.6 tjocktarm 11,3 hud 11,0 trachea/lunga 7,4 urinvägar 6,8 malignt lymfom 3,9 övrigt 3,2 nervsystem 2,5 bröst 28,7 tjocktarm 11,7 hud 8,9 livmoder 5,8 trachea/lunga 5,6 övrigt 4,7 äggstock 4 malignt lymfom 3,2

Definitioner tumör = abnorm proliferation av celler ursprung benign: respekterar vävnadsgränser malign: invasiv o/e metastaserande ursprung vävnad carcinom – epitelvävnad sarkom – bindväv Leukemi – blodet (benmärg) celltyp (tex. fibrom – fibroblaster, lymfom-lymfocyter) organ (tjocktarmscancer

Bening resp. malign

Bukspottskörtel cancer cell4e-fig-18-01-0.jpg

Cancer är “klonal” cell4e-fig-18-02-0.jpg

Cancer är klonal!

ORSAKER genetiska Miljöfaktorer Medicinsk behandling (sekundär Ca.) BRCA1, BRCA2, hereditär colonpolypos predisponerande resp. skyddande gener Miljöfaktorer Mutagena, Proliferations-stimulerande Medicinsk behandling (sekundär Ca.) Strålning, cellgift, immun-hämmande

Genetisk predisposition - ena gen-kopian skadad i det befruktade ägget.

Miljöfaktorer rökning (25% av cancerfall) lungcancer matstrupe struphuvud urinblåsa livmoderhals bukspottkörtel

Miljöfaktorer kost alkohol hormoner Virus, bakterier Mun, svalg, matstrupe, lever hormoner Virus, bakterier UV-ljus, radioaktiv strålning Arbetsmiljö, kemikalier (någon %) luftföroreningar (1%) inflammation immunosuppression

Miljöfaktorer: carcinogener skadar DNA => mutationer Stimulerar cellproliferation = tumörpromotor Phorbolestrar, hormon-liknande, mm

Tillväxtstimulering - klon med icke reparerad DNA skada hinner hinner få fäste * (* Upprepade DNA skador ökar chansen till ”two hits i samtidigt tillväxt och apoptosgen

Inflammation som promoter magsår (magcancer), inflammatorisk tarmsjukdom (koloncancer),hepatit (levercancer) Uppreglering av TNFa (cytokin) Binder TNFa receptor hos omgivande celler NFkB aktiveras, Transkription av proliferationsgener hämmad apoptos Farlig ”promotor” om samtidigt DNA är skadat hos dessa.

CANCER-UTVECKLING mutationer i gener som styr: proliferering – (svar på tillväxtsignaler) cellcykelkontroll differentiering apoptos DNA: korrekturläsning och reparation kan ge icke-reglerad tillväxt

Cancerutveckling Initiering (initial mutation) onormal proliferation, ”normal” i övrigt Progression (ytterligare mutation) tillväxthastighet och adaptionsförmåga ökar Förändras jmf med normal celltyp (”utseende”) invasivitet och förmåga till metastasering De-differentiering ”skenande vagn”, instabil

Stadier i cancerutveckling 2. Progression Stadier i cancerutveckling 1. Initiering Figures_Hi-res\ch15\cell3e15041.jpg

Metastasering (animation) cell4e-fig-18-05-0.jpg

”Multiple hit” – fler än en gen/en mekanism måste vara skadad => Mer än en mekanism påverkad Onormal tillväxt (signalering, expression) Defekt kontroll/proof-reading av DNA Icke fungerande DNA reparation Defekt ”broms” Defekt apoptos Undgår immunförsvaret

Cancercellers egenskaper okontrollerad tillväxt Minskat beroende av tillväxtfaktorer defekt cell-cell eller cell-matrix kontakt inhibition Apoptos-reglering rubbad eller utslagen defekt differentiering (även de-differentiering) sekretion av proteaser – bryter ner extracellulärmatrix sekreterar tillväxtfaktorer – inducerar angiogenes Genetiskt instabila Många cancerceller går i nekros men några ”mer adapterade” överlever och tar snabbt över n=

Cancerceller är genetiskt instabila - inte bara en fördel

Konskekvens av genetisk instabilitet Ackumulering av defekt DNA, Strängbrott, Polyploidi, Aneuploidi (kromosom-antal rubbat) Kromosom translokationer, förluster, kopieringar ofta ej kompatibla med cellöverlevnad – cancerceller ofta i nekros

Egenskaper hos cancerceller Okänsliga för externa signaler Undgår apoptos Undviker: programmerade proliferations-begränsningar Utrycker bl.a. telomeras Åldras inte normalt Utebliven differentiering (ibland de-differentiering, ”backar”) Genetiskt instabila Invasiva, ”bryter sig loss” och sprids Överlever och prolifererar på fel ställen

Defekt kontakt-inhibition Figures_Hi-res\ch15\cell3e15101.jpg

Defekt densitets-beroende inhibition (animation) Figures_Hi-res\ch15\cell3e15080.jpg

Onormal autokrin tillväxtstimulering Figures_Hi-res\ch15\cell3e15090.jpg

Onormal receptorsignalering (utan ligand)

Störd intracellulär signalering (Ras är muterat i många cancerformer)

cell4e-fig-18-25-0.jpg

Defekt apotos initering eller ökad inhibition av apoptos Bcl-2 – hindrar cyto- krom c-utsläpp

Defekt differentiering - Leukemi Figures_Hi-res\ch15\cell3e15110.jpg

TUMÖRVIRUS kan orsaka cancer i försöksdjur eller människa virus från olika virusfamiljer olika mekanismer för olika virus

Hepatit B- och Hepatit C-virus kronisk leverinfektion kontinuerlig proliferation av hepatocyter > 100 ggr risk för levercancer

SV40, polyoma och adenovirus Transformation- virusDNA integreras i värdcellens genom Early genes stimul. Cell-proliferation Binder, inaktiverar p53, Rb

Papillomavirus ~60 olika humana papillomavirus infekterar epitelceller benigna (vårtor, kondylom) och maligna (livmoderhalscancer m.fl.) tumörer Hemuppgift förra föreläsningen

Retrovirus Herpesvirus 100-200 kB Orsakar cancer Kaposi´s sarkomassocierat herpesvirus Epstein-Barr virus Retrovirus cancer i många djurarter HTLV-1 (T-cells leukemi)

ONKOGENER gener som kan inducera celltransformering (=omvandling från normal cell till cancercell) virala och cellulära onkogener studier av virala onkogener gav information om cellulära onkogener onkogena retrovirus - typexempel

RSV – Rous sarcoma virus onkogent retrovirus den först identifierade onkogenen från RSV

Retrovirala onkogener nyckelprotein i signalöverföring, cellproliferation src, ras, raf, m.fl (>30 identifierade) härstammar från proto-onkogener nu inkorporerade i virusets genom (förändrade)

Proto-onkogener De ursprungliga normala cellulära generna till virala onkogener Normal roll: viktiga cell-regulatoriska gener abnormalt uttryckt eller muterat => onkogener

Onkogener i cancer förändrade proto-onkogener ~100 identifierade punktmutation kromosomtranslokation amplifiering ~100 identifierade endast ena allelen behöver vara muterad Över-uttryckt eller överaktivt protein

Punktmutation rasH, rasK, rasN – punktmuterade ras-gener förekommer i 20% av all mänsklig cancer permanent aktivt Ras-protein

Exempel på kromosomtranslokation Figures_Hi-res\ch15\cell3e15251.jpg

Filadelfia-kromosom abl protoonkogen translokeras N-terminal byts ut icke-reglerbart Abl protein tyrosinkinas Konstant signalering, en = konstant proliferation kronisk myeloisk leukemi Figures_Hi-res\ch15\cell3e15252.jpg

Genamplifiering – ökat antal kromosomala gen- kopior Ökad genexpression!! ökad N-myc i snabbt växande aggressiva tumörer Ökad erbB-2 tyrosinkinas-receptor i bröst, äggstock-cancer Ex: D cyklin - driver på cellcykeln förbi R point i G1 3-5 kopior D cyklin per cell (head and neck cancer cells)

Funktion hos onkogenprodukter Komponenter i signalvägar som reglerar celltillväxt Överlevnad Som svar på tillväxtfaktorer

cell4e-fig-18-26-0.jpg

Blockerad apoptos => ökad cellöverlevnad Bcl-2 (antiapoptotisk) Figures_Hi-res\ch15\cell3e15310.jpg

TUMÖR-SUPPRESSORGENER anti-proliferationsgener (Rb, P53, PTEN,..) Genförändring (inaktivering) av bägge alleler/genkopior krävs vanligen för cancerutveckling

Tumörsuppressorgener Figures_Hi-res\ch15\cell3e15t051.jpg

Tumörsuppressorgener Figures_Hi-res\ch15\cell3e15t052.jpg

cell4e-fig-18-33-0.jpg

Repetition: Cellcykelreglering med Rb och E2F \Figures_Hi-res\ch14\cell3e14200.jpg

cell4e-fig-18-37-0.jpg

Induktion av p21 av DNA-skada \Figures_Hi-res\ch14\cell3e14210.jpg

P53 ofta muterad i cancer

Tumörutveckling rubad kontroll av celltillväxt Stegvis utveckling => gradvis malignitet Defekt kontroll av DNA => med tiden fler mutationer i dottercellerna Om mutationer ger överlevnadsfördelar => cellen delar sig snabbare än granncellerna, tar över tumörceller blir mer och mer maligna cancerceller de-differentierar – liknar mindre och mindre ursprunglig normal cell ”minns” sämre sitt ursprung Mindre nogaräknade avs. omgivning

Progressiv utveckling Från benign tumör till invasiv cancer

coloncancer

Tjocktarmspolyp Figures_Hi-res\ch13\cell3e13mm010.jpg

Coloncarcinom Figures_Hi-res\ch15\cell3e15401.jpg

Prognos beror på när förändring hittas Benign polyp (tidigt stadium). Hittas ofta med koloskopi Coloncarcinom, invaderar underliggande muskellager – kräver radikal kirurgi

Metastasering– flera barriärer Därför sent steg i cancerutveckling, multipla genetiska förändringar

Metastasering – inte helt lätt Varför vissa tumörtyper oftare är benigna/lokala (hypofysadenom …) Genetisk instabilitet en förutsättning

Genetisk instabilitet – möjliggör uppkomst av mer maligna celler med bättre metastaserande potential (för instabila celler överlever inte)

Molekylärbiologisk diagnostik gentester (anlagsbärare?) dessa kan följas mer noga (ev. förebyggande operationer) hereditär nonpolyposis coloncancer BRCA1, 2 – gener muterade i ärftlig bröstcancer detektera mutationer i cancermaterial diagnosticera, välja behandling, följa behandlingseffektivitet Bcr/Abl => Glivec behandling (Tyrosinkinase hämmare) CD20 => Mabthera (monoklonal antikropp mot CD20)

Anticancer behandling kirurgi strålning cellgifter hormoner – antihormon immunterapi benmärgstransplantation specialdesignad behandling (specifika molekylära targets och mekanismer)

Targets för cytostatika DNA skadande (addukter, gör det svårreplikerat Topoisomeras-hämmare Microtubuli hämmande (mitosen!) Cytoskelett skada Antimetaboliter (metotrexate) DNA syntes (DNA polymerase skadande) Proteinsyntes hämmande Nukleotid syntes Många verkar genom att inducera apoptos Defekt apoptos reglering del i cytostatika resistens …

Cellgiftbehandling resistens uppkommer ofta (köper tid, sällan bot med enbart cellgift) Primär resistens (svarar inte på första behandlingen) Sekundär res. mutationer selekteras fram under pågående behandling) Induktion av Multidrug resistande protein (membranpump) - Kombinationsbehandling (flera cytostatika och upprepad tät behandling) ger: mindre risk för överlevnad av klon som kan utveckla resistens detta genom att slå mot flera mekanismer samtidigt och ofta

Moderna och kommande behandlingsstrategier: högre specificitet, mindre toxicitet för normala celler Proteasomhämmare Tyrosinkinase hämmare (riktad mot den specifika förändringen) Antikroppar mot specifika ytmolekyler (riktad mot specifik celltyp, slår inte ut andra celler) Hämmare av multipla signalsteg Ibland verksamma enbart på celler med spec. mutation Immunoterapi Angiogenes-hämmare (”neurosedyn”), anti-VEGF RNA silencing Gen-terapi

1. NFkB aktiveras av anti-apoptotiska signaler utifrån 2. IkB (inhiberande) degraderas via proteasomer NFkB kan nu importeras till kärnan, inducerar expression av anti-apoptotiska och proliferations stimulerande proteiner Velcade hämmar proteasomer => ingen NFkB till kärnan => ingen apoptoshämning => maligna celler kan gå i apoptos 1 2 Velcade – en proteasome hämmare Behandling vid multiple myeloma - Hämmar NFkB aktivering bl.a.

Riktad molekylär terapi mot bakomliggande rubbing! Abl protein tyrosinkinas ur kontroll konstant proliferation Figures_Hi-res\ch15\cell3e15251.jpg

Riktad terapi - Glivec (tyrosin-kinase-hämmare mot Bcr/Abl (filadelfiakromosomen)

Riktade terapier på gång!

Future: Virtual screening-designing drugs in the desktop computer

SAMMANFATTNING CELLDÖD och apoptos CANCER orsak till cancer cancerutveckling tumörvirus och virusonkogener proto-onkogener och onkogener tumörsuppressorgener tumörutveckling, diagnos och behandling