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Genetica tumori...

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Genetica tumori

Riassunto per capire perché la genetica è importante, sono sicuramente cose già note che il dna si può identificare come cromosoma quando la cellula si divide oppure nello stato in cui la cellula vive e non è in fase di riproduzione come cromatina, è uno stato leggermente convoluto rispetto alla struttura del cromosoma in cui è possibile che venga tradotto il gene e vengano prodotte le rispettive proteine. Eucromatina è quella veramente destrutturata in modo che possa essere letta, l’eterocromatina e' una struttura ibrida tra addensamento del cromosoma e eucromatina. In particolare questa struttura abbastanza compatta rappresenta l’eterocromatina, via via che si allarga perde delle proteine e perde di compattezza per cui la doppia elica del dna diventa apribile si parla di eucromatina ed è quella che permette all’rna polimerasi di agganciarsi e attuare la trascrizione genica. Inrealtà il dna presenta solo un 2 % di tutta la sua struttura che può essere letto e che codifica per le proteine. Quindi 98 % è dna non codificante, 2% codificante. Le porzioni non codificanti sono gli introni, le porzioni codificanti sono gli esoni, le 2 porzioni sono presenti contemporaneamente, sono uniformemente distribuite ed interagenti. Via via che gli esseri viventi si complessano la porzione codificante diventa sempre più piccola rispetto alla non codificante, perché la non codificante rappresenta tutta una serie di elementi che servono a regolare quella codificante. Infatti di questo 98% non codificante il 26% è rappresentato dalle porzioni introniche e dalle porzioni regolatrici, il 46% dna altamente ripetuto per ora di incognita funzione e il resto l’altro 28% ha un senso, produce qualcosa, però non produce proteine. Normalmente viene trascritto con polimerasi diverse rispetto a quelle che permettono la sintesi di proteine e produce dei mrna diversi che sono mirna(microrna), lncrna(long non coding rna), snrna(small nuclear rna), hanno tutti una loro funzione, oppure rna che vanno a costituire un corpo di unione all’interno delle proteine es la telomerasi. È un complesso multiproteico tenuto insieme e la cui funzione è regolata dalla presenza di rna all’interno. Quindi il dna viene trascritto in rna però non tutto quello trascritto viene poi tradotto in proteine. Poi ci sono gli pseudogeni che ancora non si sa bene che funzione hanno, sono elementi

definiti non codificanti, e delle zone che rimangono sempre molto condensate MARS (matrix attachment regions) si trovano spesso in prossimità del centromero oppure agli estremi e permettono o l’aggancio nella strutturazione del cromosoma o l’aggancio della cromatina stessa sulla membrana nucleare.

Come funziona la trascrizione: c'e' una zona promotrice non codificante alla quale si lega l’rna pol, ci si lega sempre, però non sempre ha questa possibilità, perché intervengono altre proteine come il repressore che essendo una proteina di un certo volume impedisce alla polimerasi di attaccarsi, in alcuni casi intervengono gli inducer che legano il repressore che cambia forma e non riesce più a legare il promotore e quindi l’rna polimerasi può funzionare. Sia l’induce che il repressore sono proteine e sono definite dal dna codificante. Oppure la rna polimerasi si aggancia con maggiore affinità grazie agli enhancer che appunto aumentano l’affinità tra rna polimerasi e il dna. Questa porzione codificante codifica per tante proteine con ruoli diversi. I repressori, induttori o enhancer sono attivati da segnali extracellulari che attivano delle cascate dentro la cellula che poi vanno a legare altre proteine che vanno ad attivare altre proteine che legano il dna e regolano la trascrizione. Oppure passano attraverso pori di membrana questi segnali esterni e poi arrivare al dna. Tutte queste proteine coesistono e vanno a interagire con dei frammenti del dna che non sono codificanti, quindi la porzione non codificante interagisce pesantemente anche nella regolazione della trascrizione. Il dna è legato sempre a delle proteine o ad altri elementi regolatori. La struttura principale intorno al quale si avvolge il dna sono le proteine che vanno a costituire il nucleosoma e quindi le proteine istoniche, però possono legarsi al dna e influenzarne l’apertura e quindi la lettura anche gli rna: i mirna, lnrna che possono,o con l’ausilio di proteine o direttamente, legarsi al dna e il dna stesso, affinchè sia leggibile, può essere modificato per metilazione. Quando la metilazione avviene su una porzione del promotore, la porzione codificante, diciamo, non viene più letta perché il metile costituisce un ingombro sterico e funziona un po’ come un repressore anche se è solo una modificazione del dna. Per cui la trascrizione non avviene, se questa metilazione avviene in porzioni esoniche invece favorisce la trascrizione stessa.

Il dna aperto è quello trascrivibile, i pallini bianchi sono porzioni di citosine metilabili che non sono metilate, quindi il dna si distende ed è possibile alla polimerasi entrare e trascrivere. Se il dna ha le citosine metilate nella porzione del promotore favorisce anche l’aggancio di ulteriori proteine e ulteriori modificazioni istoniche, come normalmente la metilazione, che conferisce una diversa carica al nucleosoma per cui i nucleosomi tendono ad essere più compatti, a questo punto intervengono altre proteine che stabilizzano questa struttura. Interviene una serie di proteine che interagiscono tra loro per impedire la trascrizione.

Mirna sono frammenti piccoli, mentre lnrna sono frammentoni di lunghezza >200 nucleotidi, sono stati scoperti recentemente, sono delle molecole importantissime nella regolazione cellulare. Sono quei cosini rossi i lnrna. Questi possono attaccarsi favorendo nuovamente la compattazione del dna e impedire la trascrizione, possono attaccarsi alla pol, formare delle doppie eliche col dna a singolo filamento che sta per essere trascritto inibendo la trascrizione,

oppure possono legarsi al mrna all’interno o all’esterno del nucleo, possono legarsi anche alla struttura del ribosoma, legarsi al mirna. Quindi se il mirna ha un effetto inibitorio favoriscono la trascrizione, se quel mirna ha un effetto attivatorio favorisce l’inibizione della trascrizione. TUMORI

il tumore con >incidenza e mortalità e' quello al polmone, tumore della prostata, mammella, più bassa mortalità il tumore del rene. Questa differenza in parte e' genetica e poi ci sono ancora dei meccanismi da chiarire. Anche il ruolo del sistema immunitario incide. Il sistema tumore e' capace di autosostenersi indipendentemente dai segnali esterni, ha la capacità di evadere nella crescita e nella regolazione da fattori di crescita, è capace di superare la membrana basale e fare lesioni a distanza. Non subisce le regolazioni classiche del ciclo cellulare. È capace di generare dei vasi che gli portino nutrimento, capace di immortalizzazione e autoreplicazione, capace di resistere all’induzione di apoptosi. Queste cose sono dovute alla capacità di acquisire dell’indipedenza energetica anche in caso di affamamento, tante cellule che si riproducono hanno bisogno di energia, se non c’è irrorazione non crescono, quindi inducono la comparsa di nuovi vasi e inoltre modificano le proteine coinvolte nei cicli metabolici per cui attivano altre vie oppure sfruttano quelle già esistenti a loro vantaggio. Secernono anche sostanze di automantenimento e soprattutto producono delle sostanze, o modificano proteine di membrana o secernono fattori che inibiscono il sistema immunitario, che ha un ruolo centrale nel controllo della presenza di cellule tumorali. Le cellule tumorali producono tutta una serie di proteine e fattori che inibiscono la parte che le distruggerebbe e attiva per esempio i linfociti regolatori, che sono deputati allo spegnimento del sistema immunitario. Fondamentalmente, ma non esclusivamente, tutte queste modificazioni sono dovute ad alterazioni di produzione di proteine e quindi ad alterazioni all’interno del dna. Quindi la genetica dei tumori ha una cinetica particolare, il dna della cellula tumorale ha tante modificazioni è diverso dalle cellule normali. Alcune modificazioni ma in numero più basso son state trovate nell’rna ma non nel corrispondente dna e ancora meno a livello proteico, cioè ci sono sicuramente delle modifiche nel tumore che avvengono solo nelle proteine e non sono presenti ne

nell’rna ne nel dna corrispondente. Ma la maggioranza delle alterazioni avvengono a livello del dna. Anche perché è più facile studiare il dna che studiare rna o alterazioni proteiche, infatti la scienza si è concentrata con i suoi metodi sullo studio delle alterazioni del dna. Da chi sono dovute queste alterazioni a livello del dna? A componenti genetiche e ambientali, che le favoriscono. Ci sono alterazioni che avvengono a caso, ma la maggior parte sono dovute a degli stimoli presenti nell’ambiente che favoriscono e inducono queste alterazioni. Banalmente vengono raggruppate in 3 grandi categorie che sono stile di vita, ambiente di vita e presenza di infezioni. Per quanto riguarda lo stile di vita è abbastanza noto quanto regime alimentare e fumo possono influenzare l’insorgenza di tumori, es carni bruciate, può essere fonte di addotti che uno ingerisce e causano mutazioni al dna. L’ambiente di vita, ovviamente una persona che vive dove c’è smog, produzione di fumi, esposizione a radiazioni ci saranno nell’ambiente molecole cancerogene capaci di interagire col dna e causarne modificazioni.

Come avviene la modificazione e l’evoluzione del tumore: prima avviene il danno al dna in una cellula, normalmente questo danno può subire 2 cose: 1 si mantiene e si trasmette alle figlie e quindi abbiamo una progressione e l’instaurarsi della prima modifica tumorale oppure viene riparato. Nel secondo caso se il carcinogeno legato al dna viene poi eliminato tutto torna come prima quindi è come se non fosse mai accaduto nulla. Nel primo caso invece in cui la modificazione si mantiene e poi è capace, o perché la cellula non ha riparato il meccanismo o per il tipo di mutazione, di trasmettersi alle cellule figlie questo rappresenta l’esordio del tumore, ovviamente fin quando sono 4 o 5 cellule non è visibile, il sistema immunitario può essere capace di controllarle o eliminarle, se invece la mutazione continua a permanere e il sistema immunitario non la riconosce questa cellula continua ad espandersi crea una prima sede tumorale, intorno ai 2 mm e riesce a malapena ad essere visibile con sistemi di screening, come la tomografia computerizzata, però bisogna sapere che c’è e normalmente purtroppo non si sa

che c’è. Quindi lui continua a progredire, il tempo di progressione dipende dallo stato immunitario del soggetto ci può mettere da pochi anni a 40 anni, anche perché in quest’evoluzione il sistema immunitario può comunque controllarlo e impedirne lo scoppio in modo conclamato. Quando il tumore e' avvertito dal paziente perché da la sintomatologia e' gia molto sviluppato, quindi quando il tumore è riuscito a inibire e scappare al controllo del sistema immunitario e spesso ha già attivato una serie di molecole per cui c’è già la produzione di nuovi vasi per l’autosostentamento. Quando diventa una massa critica intorno a 2 e 4 mm è rilevabile con sistemi di imaging, poi il tumore continua ad evolvere e può acquisire ulteriori mutazioni. È un organismo dentro un organismo che si automantiene, è un organismo strano perché alla fine porta alla morte dell’organismo che lo ospita e quindi all’autodistruzione, è una perdita totale di finalità. Il tumore può anche colonizzare organi a distanza dando il fenomeno della metastasi. La genetica si localizza nella parte dell'esordio, sia per capire come si evolve, sia per individuare le mutazioni caratterizzanti in questa prima parte, perché lo scopo della diagnosi oggi è cercare dei marcatori che bypassino l’imaging, cioè anticipare il momento della diagnosi. Oggi più in voga è cercare nel sangue o le cellule tumorali, però normalmente le cellule le troviamo quando già sta metastatizzando, oppure frammenti di dna che presentano le stesse alterazioni delle cellule tumorali. Siccome la cellula tumorale perde i sistemi regolatori, non tutte le cellule tumorali che muoiono vengono distrutte completamente dal sistema immunitario, alcune muoiono perché sono nella periferia e non hanno nutrienti. Quindi liberano il loro dna prima nell’ambiente circostante e poi può raggiungere il torrente circolatorio, quindi questo dna può essere ritrovato nel sangue. Questo serve per spostare la diagnosi negli stati precoci e intervenire prima, perché minore è il danno, minori sono le mutazioni, più facile è l’intervento. Purtroppo in realtà ad oggi sappiamo tutte le informazioni sulle mutazioni e sull’alterazione genetica grazie all’analisi di frammenti di tessuto e si va a caratterizzare, sono note un infinità di mutazioni.

Un alto numero di mutazioni e geni coinvolti nell’alterazione di alcuni tumori, qui vediamo le alterazioni nel tumore del polmone, per quanto riguarda pik3ca, pten che sono un oncogene e un oncosoppressore e sono note anche le alterazioni più frequenti. Nel caso del tumore alla mammella il numero di geni alterati è diverso, sono coinvolti 2 geni. Nel caso della prostata il gene coinvolto e più studiato è quello che codifica per il recettore degli androgeni, è l’unico gene

identificato finora. Nel caso del colon retto abbiamo meno geni rispetto al polmone e alla mammella però presenta 6 geni modificati, e 3 sono in comune con quello del polmone. Che fine ha questa diapositiva? Farvi notare che in base al tumore che si analizza si può avere un numero diverso di geni mutati e un tipo di geni diversi. Vediamo le mutazioni: le lettere sono gli aa modificati, es acido aspartico in posizione 545 della proteina viene trasformato in una K, c’è l’aa che dovrebbe esserci, quello che si trova, poi il numero è la posizione dell’aminoacido modificato. Se guardo il tumore del polmone per quanto riguarda pten normalmente troviamo una posizione modificata 233 al posto dell’arginina c’è un asterisco e significa che ci può essere qualsiasi altro aminoacido che comunque causa un’alterazione. Nel tumore della mammella pten è modificato lo stesso ma ci sono altre mutazioni come r159s, k267fs*9 =frameshift c'e stata una perdita di una base per cui dopo 267 non ho un altro aa che mi aspetterei ma cambia tutta la sequenza aminoacidica, è stata identificata come 9 perché si riferisce al codone, ogni codone ha 3 paia di basi quindi se si è persa una base si mette 9. Come insorgono le mutazioni: vengono classificate in mutazioni geniche e genetiche a loro volta divise in somatiche (insorgono de novo nelle cellule tumorali) e germinali (si trovano in tutte le cellule dell’organismo, tutte le cellule dell’organismo hanno quella mutazione che predisporranno più facilmente all’insorgenza di tumori). Le alterazioni possono riguardare sia la singola base e quindi mutazioni genetiche o geniche puntiformi, oppure alterazioni del cromosoma, si vedono alterazioni nei bandeggi dei cromosomi, sono alterazioni di pezzi molto grossi del cromosoma, dette alterazioni genomiche o ploidia dove si perde o s’acquista un cromosoma o più o si perde o acquista metà dell’intero cariotipo (n, 3n,4n).

Le mutazioni genetiche somatiche riguardano una base, possono essere sostituzioni (si altera solo l’aa codificato da quel codone), inserzioni e delezioni invece causano il frameshift, sposta la cornice di lettura del dna. Le inserzioni normalmente sono singole invece le delezioni possono essere singole, o multiple, cioè perde una, due o tre basi. Sia nelle inserzioni che nelle delezioni a valle della mutazione cambia tutta la sequenza aminoacidica perché i codoni vengono sfalsati di uno se è una base di più se riguarda più basi. Se si perde un intero codone si perde l’intero aminoacido. Questo non vuol dire che una sia peggio dell’altra. Quando cambia una base si possono verificare 3 situazioni diverse: se una base è sostituita da un altro ma il codone risultante codifica per lo stesso aminoacido, non succede niente rimane funzionale; se invece la base è sostituita da un aa che porta a un codone diverso che codifica per un altro aminoacido, se è un aminoacido della stessa categoria può cambiare poco o può cambiare la conformazione della proteina, se è un aa importante e cambia struttura fa perdere la funzionalità allo stesso, se questo aa è all’interno di un sito catalitico o è un sito di legame di qualcosa questa proteina non sarà più attiva. La cosa più grave succede quando avviene una modificazione che codifica per un codone di stop, quindi la proteina viene tronca e se a valle di quel codone c’era qualcosa di importante quella proteina non funziona più.

mutazioni cromosomiche: possono avvenire delezioni quindi si perde una parte di cromosoma, duplicazione di una porzione di cromosoma, inversione cioè ribaltata una porzione, traslocazione, cioè 2 cromosomi che non c’entrano nulla per qualche motivo strano si affiancano e si scambiano un pezzo, queste alterazioni spesso si verificano durante il crossing over.

mutazioni genomiche: alterazione del numero dei cromosomi, se ne perde uno o si aggiunge uno. In situazioni fisiologiche queste sono non vitali, sono pochissime quelle vitali es monosomie del cromosoma x. Trisomie cioè aggiunta di informazioni in più, es trisomia 21, trisomia 13 sono compatibili con la vita, trisomia 1 per es no. Sindrome di klinefelter xyx, soggetti sterili; sindrome doppia y (yyx) anche loro sono sterili. Perché le trisomie dei cromosomi sessuali sono vitali? Perché nel caso dei maschi y porta poche informazioni, nel caso delle donne, anche se i cromosomi x sono 2 nelle donne uno è silenziato, si ritrova come corpo di bar nell’analisi dei nuclei cellulari. Nella klinefelter sono maschi con un corpuscolo di bar.

ploidie: aneuploide, poliploidie nel primo caso perdita, nel secondo aumento del cariotipo o della maggior parte dei cromosomi. Normalmente sono incompatibili con la vita. Vediamo ora come le mutazioni che abbiamo visto hanno un ruolo nei tumori. Le ploidie meno di tutte perchè quando la cellula diventa aneuploide o poliploide vuol dire che ha già perso tutti i meccanismi di controllo e di regolazione, tutti i check point di controllo perchè è capace di trasmettere alla generazione figlia un corredo alterato. Mentre le alterazioni genetiche o cromosomiche per trasmissione ereditaria o de novo sono di solito la causa dell’esordio del tumore, le ploidie compaiono dopo. Cosa può succedere alla proteina coinvolta, può essere prodotta una proteina uguale ma con un aa diverso, quell’aa può essere essenziale quindi può o perdere o acquisire una funzione. Le delezioni o inserzioni o mutazioni puntiformi che portano un codone di stop generano una proteina quasi del tutto nuova, se non per un pezzettino che rimane uguale all’inizio, quindi ha funzione diversa. Questo per quanto riguarda mutazioni somatiche, inserzioni o delezioni o non senso oppure si possono avere modificazioni cromosomiche per cui per inversioni o traslocazioni, si ha una porzione codificante di proteina attaccata a un’altra proteina e quindi si origina una nuova proteina con un’altra funzione. es un recettore transmembrana, i geni codificanti per recettori di membrana sono stati i più studiati. Il recettore di membrana normalmente sta li non attiva tutte le proteine coinvolte nella cascata fino a attivare alcuni geni a livello del dna, solo se arriva il segnale si lega alla porzione extramembrana, modifica la conformazione del recettore, normalmente si fosforila ed è capace di interagire con tutte le proteine coinvolte nella cascata fino ad arrivare a regolare proteine che interagiscono col dna e attivano altri geni. Nel tumore può accadere che la mutazione induca una mutazione per cui non è importante che ci sia il ligando, lui rimane costitutivamente attivo e attiva i geni che dipendono da questa cascata indipendentemente dal segnale. Normalmente si parla di oncogeni e oncosoppressori. Le 2 grandi categorie di gene che vengono alterate dalle mutazioni sono oncogeni e oncosoppressori. Se questi geni modificati favoriscono la formazione del tumore sono detti oncogeni, se al contrario inibiscono la ...