KANSER GENET Prof Dr Nurten Kara Tbbi Biyoloji

KANSER GENETİĞİ Prof. Dr. Nurten Kara Tıbbi Biyoloji ve Genetik AD.

• Kanser, normal büyüme ve farklılaşmayı sağlayan mekanizmalar üzerindeki kontrolün kaybolması nedeniyle değişime uğramış bir hücrenin sınırsız çoğalması sonucu gelişen bir hastalıktır. • Kanserin 100’den fazla çeşidi vardır. • Kanser patolojisinde sınıflandırma iki şekildedir; • Benign tümörler • Malign tümörler

• Benign tümörler (ciltteki siğiller gibi) bulunduğu bölgede kalır, ne çevresine ne de vucudun başka bir yerine yayılmaz. Cerrahi olarak çıkarılabilirler. • Malign tümörler ise dolaşım veya lenfatik sistem yoluyla çevresine ve vucudun başka bölgelerine yayılma (metastas) özelliğine sahiptirler. Bu nedenle sadece malign tümörler kanser olarak adlandırılır.

Kanser Türleri • Kanserler üç grupta incelenir; • Karsinomalar; tüm kanserlerin %90’nını oluşturur ve epitelyal hücrelerde gözlenir. • Sarkomalar; insanda nadirdir, kas, kemik, kıkırdak ve fibröz doku gibi bağ (connective) dokularının solid tümörleridir. • Lösemi veya lenfomalar; insan kanserlerinin %8’ini oluşturur. Sırasıyla kanın şekilli elemanları ve immün sistem hücrelerinde meydana gelir

• Tümörler; • Bulundukları dokunun kökenine göre; (akciğer ve meme kanseri) • Hücre tipine göre; Fibroblastlardan kaynaklanan fibrosarkomalar, eritrosit öncüllerinden kaynaklanan eritroid lösemiler şeklinde sınıflandırılırlar.

En sık gözlenen kanser tipleri • Meme, akciğer, prostat ve kolon-rektum kanseri en sık ve en ölümcül olan kanser türleridir. Tüm kanser ölümlerinin %25’ni oluşturur.

Amerika Birleşik Devletlerinde Sık Gözlenen Kanser Türleri

Tümör dokusunda klonalite Kanserin bir hücreden köken alarak klonalite göstermesinin Xinaktivasyonu ile kanıtı. Normal dokuyu oluşturan hücrelerde hem anneden hem de babadan gelen X’in inaktif olduğu hücreler görülürken tümör hücresinde sadece bir ebeynden gelen X’in inaktif olduğu hücreler vardır.

Yaşlanma ile kanser riskinin artması (Data from American Cancer Society, Cancer Facts and Figures 2015. )

Kanser ve Genler • Hücre proliferasyonunda sinyal iletiminde yer alan gen ürünleri • Kontakt inhibisyonda yer alan gen ürünleri • Mitotik siklus regülatörlerini kodlayan genler • Programlanmış hücre ölüm komponentleri • Mutasyonların tanımlanması ve tamirinde sorumlu olan proteinleri kodlayan genler

Kansere neden olan mutasyonlar • Bir proto onkogenin, bir allelinin fonksiyon kazandıran mutasyonla aktivasyonu • Bir tümör süpressör gene ait, bir allelinin dominant negatif mutasyonu veya her iki allelin fonsiyon kaybı • Genlerin yanlış eksprese olmasına ya da yeni bir fonksiyonel özellik kazandıran kimerik genlerin oluşumuna neden olan kromozomal translokasyonlar. Diğer faktörler; • Epigenetik faktörler ile protonkogenlerin aktivasyonu ya da tümör baskılayıcı genlerin inaktivasyonu

Malignancies typical of Li-Fraumeni syndrome include bilateral breast cancer diagnosed at age 40 (I 2); a brain tumor at age 35 (II 1); soft tissue sarcoma at age 19 and breast cancer at age 33 (II 3); breast cancer at age 32 (II 5); osteosarcoma at age 8 (III 3); leukemia at age 2 (III 4); soft tissue sarcoma at age 3 (III 5). I 1 had cancer of the colon diagnosed at age 59 - this is assumed to be unrelated to the Li-Fraumeni syndrome. Pedigree from Malkin (1994).

Kromozom translokasyonu ile onkogen aktivasyonu • Bir proto-onkogen genellikle translokasyon sonucunda, bir kromozomal mutasyon tarafından aktive edilir. • Daha çok lösemi ve lenfomalarda ve nadiren birkaç nadir konnektif doku sarkomasında 40’dan fazla onkojenik kromozom translokasyonu tanımlanmıştır.

Kronik Myeloid Lösemi (KML) • Philadelphia (Ph 1) kromozomu olarak bilinen 9 ve 22 nolu kromozomlar arasındaki bir translokasyon ürünüdür. • 9 q’daki bir tirozin kinaz olan ABL proto-onkogeni ile 22 q’daki BCR (breakpoint cluster region) geni ile füzyon oluşturur. İki genin birleşmesi sonucunda kimerik bir protein oluşur. Bu protein artmış bir tirozin kinaz aktivitesine sahiptir. Bu artış KML’ye neden olur.

(A) activation by qualitative change in the t(9; 22) in chronic myeloid leukemia. The chimeric BCR-ABL fusion gene on the Philadelphia chromosome encodes a tyrosine kinase which does not respond to normal controls. See Chissoe et al. (1995) for more detail. (B) Activation by quantitative change in the t(8; 14) in Burkitt's lymphoma. The MYC gene from chromosome 8 is translocated into the immunoglobulin heavy gene chain. In B-cells this region is actively transcribed, leading to over-expression of. MYC.

Burkitt Lenfoma • Kromozom 8 q 24’deki bir transkripsiyon faktörü olan MYC proto-onkogeni, 14 q 32 lokusundaki ağır zincir immunglobulunin distal kısmına transloke olur. • Translokasyon, immunglobulinlerle ilişkisi olan enhanserları veya diziyi aktive eden transkripsiyonel elementleri MYC geninin yanına taşır

B-hücreli folliküler lenfoma • 18 q 21’deki BCL 2 geni, 14; 18 kromozom translokasyonu ile 14 q 32’de yer alan ağır zincir immunglobulin geninin güçlü promoter ve anhanser etkisiyle aktive edilir. • BCL 2 proteini, B- hücrelerinde güçlü antiapopitotik etkiye sahip bir mitokondriyal iç membran proteinidir.

Kanserde gözlenen diğer sitogenetik değişimler • Genomun bir parçasının çok sayıda kopyasının olması bilinen gen amplifikasyonudur. • DNA’nın amplifiye olmuş parçaları CGH ile kolayca saptanır. Rutin kromozom analizlerinde iki tip değişiklik gözlenir. 1. Normal olarak bantlanmayan double minute kromozomlar 2. Homojen olarak boyanmış bölgeler (HSR: homogenously stainin regions). Bu bölgelerin protoonkogenlerin fazladan kopyalarını içerdiği bilinmektedir. • Gen amplifikasyonu, nöroblastoma, baş-boyun yassı hücreli kanseri, kolorektal kanser ve beyinde malign glioblastoma gibi bir çok kanserde sık gözlenir.

Fig. 4. Chromosome analysis. (A and B) Metaphases from case 22. (A) Reverse DAPI staining shows the dmins. (B) Cohybridization with probe RP 5– 1091 E 12 containing the EGFR gene (red) and a chromosome 7 painting probe (green). Chromosomes are stained in blue with DAPI. Three copies of chromosome 7 are present, and each copy bears the EGFR locus at its expected location (arrowheads). Probe RP 5– 1091 E 12 reveals the dmins (extrachromosomal red signals). (C and D) Metaphase from case 21. (C) Reverse DAPI staining. (D) Hybridization with bacterial artificial chromosome CTD-2171 F 16 (green signal) probing for a sequence deleted from the amplicons of this tumor. FISH signals are visible on each chromosome 7 (arrowheads) but not on the dmins (see reverse DAPI in C).

Kolon kanserinin oluşumu

This is primarily a tool for thinking about how tumors develop, rather than a firm description. Every colorectal carcinoma is likely to have developed through the same progression of histological stages, but the underlying genetic changes are much less predictable. The sequence shown illustrates changes frequently involved in particular stages of progression. In HNPCC tumors, the early stages probably follow an alternative pathway. After loss of the wild-type MSH 2 or MLH 1 allele, which produces cells with deficient mismatch repair, specific genes including the TGFβ receptor II gene suffer frameshift mutations. The 100– 1000 -fold increase in mutation rate in these tumors must also speed progression through the later stages. See Fearon and Vogelstein (1990).

Kansere neden olan faktörler • Kansere neden olan maddelere karsinojen adı verilir. • İnsanda gözlenen kanserlerin %20’si viraldir. Geri kalanı radyasyon ve kimyasal karsinojenlerden kaynaklanır.

Kimyasal karsinojenlerin yapısı: Aflotoksin fıstık ve tahılda oluşan küflerde; benzopren, dimetilnitrozamin ve nikel karbonil sigarada bulunmaktadır.

Kan hücrelerinin oluşumu

Viral ve Bakteriyel Ajanlar Viruslardan özellikle hepatit B karaciğer kanseri ve HPV ise sevikal karsinomadan sorumludur. Dünyadaki tüm kanserlerin %10 -20’sini oluşturmaktadır. Bakteriyel enfeksiyonlardan Helicobacter pylori mide kanserine neden olmaktadırlar

Yoğunluk bağımlı inhibisyon

Kontak inhibisyon

Tümör Virusları • Tümör virusu olarak adlandırılan bazı virus aileleri insan ve hayvanda doğrudan kansere neden olurlar. • İnsanda kansere neden olan viruslar; • Hepatit B ve C : karaciğer kanseri • Papilloma viruslar: sevikal ve diğer anogenital kanserler • Ebstain barr virusu: Burkitt’s lemphoma ve nasopharyngeal carcinoma • Kaposi sarkomu ile ilgili herpes virus: Kaposi’nin sarkoması • İnsan T-cell lymphotropic virus: erişkin T hücreli lösemi • Human İmmün yetmezlik virusu (HIV): AİDS hastalığı sonucu gelişen kanserler

Tümör Virusları

The genome of a human papillomavirus Gene products are designated E (early) or L (late). Transformation results from the action of E 6 and E 7. E 6 stimulates ubiquitylation and degradation of p 53, and E 7 inhibits Rb.

Polyomavirus replication and transformation Productive infection results in virus replication, cell lysis, and release of progeny virus particles. In a nonproductive infection, virus replication is blocked and portions of the viral DNA can become integrated into the host genome, leading to cell transformation.

A typical retrovirus genome The DNA provirus, integrated into cellular DNA, is transcribed to yield genome-length RNA. This primary transcript serves as the genomic RNA for progeny virus particles and as m. RNA for the gag and pol genes. In addition, the full-length RNA is spliced to yield m. RNA for env. The gag gene encodes the structural proteins of the virus particles and viral protease, pol encodes reverse transcriptase and integrase, and env encodes envelope glycoproteins.

ONKOGENLER • Retroviral Onkogenler; • Raus sarkoma virusu (RSV): hücresel transformasyon yapar • Avian Lökozis Virus (ALV): Transformasyon yapmaz

Cell transformation by RSV and ALV Both RSV and ALV infect and replicate in chicken embryo fibroblasts, but only RSV induces cell transformation.

The RSV and ALV genomes RSV contains an additional gene, src (not present in ALV), which encodes the Src tyrosine kinase. The other three retrovirus genes (gag, pol, and env, see Figure 19. 14) are required for replication, but play no role in cell transformation.

Retroviral Onkogenler

PROTO-ONKOGENLER • Retroviral onkogenlerden köken alan normal hücresel genler protoonkogen olarak adlandırılır. • Proto-onkogenler normal sinyal iletim ve hücre çoğalmasını kontrol eden yolaklarda görev alan regülatör genler ve proteinlerdir (örn; src, ras ve raf). • Onkogenler mutasyona uğramış protoonkogenlerin abnormal ekpresyonlarıdır. Bu mutasyonlar abnormal hücre çoğalması ve tümör oluşumuna neden olurlar

The Raf oncogene protein The Raf proto-oncogene protein consists of an aminoterminal regulatory domain and a carboxy-terminal protein kinase domain. In the viral Raf oncogene protein, the regulatory domain has been deleted and replaced by partially deleted viral Gag sequences (D Gag). As a result, the Raf kinase domain becomes constitutively active, causing cell transformation.

İnsan Tümörlerindeki Onkogenler

Point mutations in ras oncogenes A single nucleotide change, which alters codon 12 from GGC (Gly) to GTC (Val), is responsible for the transforming activity of the ras. H oncogene detected in bladder carcinoma DNA.

TÜMÖR BASKILAYICI GENLER

Inhibition of cell cycle progression by Rb and p 16 Rb inhibits progression past the restriction point in G 1. Cdk 4, 6/cyclin D complexes promote passage through the restriction point by phosphorylating and inactivating Rb. The activity of Cdk 4, 6/cyclin D is inhibited by p 16. Rb and p 16 are tumor suppressors, whereas Cdk 4 and cyclin D 1 are oncogenes.

Action of p 53 is required for both cell cycle arrest and apoptosis induced by DNA damage. Cell cycle arrest is mediated by induction of the Cdk inhibitor p 21 and apoptosis by induction of the proapoptotic Bcl-2 family members PUMA and Noxa. The MDM 2 oncogene protein is a ubiquitin ligase that targets p 53 for degradation.

Action of let-7 mi. RNA as a tumor suppressor The let-7 mi. RNA targets m. RNAs encoding the c-Myc and Ras. K oncogene proteins.

KANSER GENOMİKS Genetic alterations in colorectal and breast carcinomas The frequency of mutations in genes associated with development of (A) colorectal and (B) breast carcinomas are plotted according to the chromosomal position of the genes, starting from the short arm of chromosome 1 at the upper left and continuing in the direction of the arrow. Positions that follow the front edge of the plot are continued in the next row at the back edge, and chromosomes are aligned end to end. The height of the peak at each position corresponds to the frequency at which the gene is mutated. (From L. D. Wood et al. , 2007, Science 318: 1108. )