GENETICA DEI TUMORI

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GENETICA DEI TUMORI

• D.ssa Lisa Fusetti
• lisa.fusetti_at_unimib.it

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• OBIETTIVI DIDATTICI
• PRINCIPI DI BASE DI GENETICA DEI TUMORI
• ONCOGENI/ONCOSOPPRESSORI
• INSTABILITA GENICA/FAMILIARITA
• STUDI DI POPOLAZIONE
• ESEMPI DI TUMORI A STORIA GENETICA NOTA
• SIGNIFICATIVITA DEL GENETIC COUNSELLING

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PRINICIPI DI BASE DI GENETICA DEI TUMORI

• Trasformazione tumorale di una cellula normale
• almeno 6 mutazioni specifiche
• normale tasso di mutazione di una cellula è di
  10-7 per gene
• numero totale di geni per cellula 106
• numero di cellule per persona 1013
• La probabilità che una persona sviluppi tumore è
  1013 x 10-42, cioè 11029

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• Nonostante ciò il cancro si sviluppa a causa
  della combinazione di due meccanismi
• mutazioni che aumentano la proliferazione
  cellulare popolazione espansa di cellule in cui
  può verificarsi la successiva mutazione
• mutazioni che diminuiscono la stabilità del
  genoma aumento del tasso di mutazione complessivo

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Poiché il tumore dipende da questi stessi due
meccanismi, si sviluppa per stadi IPERPLASIA
(crescita benigna) ? TUMORE MALIGNO Linstabilità
cromosomica dei tumori maligni è ben visibile nei
cariotipi aberranti
DA GENES, CHROMOSOMES CANCER 1999, 24213-221
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• Le mutazioni possono essere germinali (a
  trasmissione mendeliana) e/o sporadiche.
• Le mutazioni germinali tumorali conferiscono
  suscettibilità al cancro, perché si sviluppi
  tumore occorre una mutazione somatica detta anche
  sporadica essendo un evento casuale
• Trasmissione mendeliana comporta la preesistenza
  di una mutazione germinale, un tumore sporadico
  origina invece da una mutazione somatica

DAGENETICS IN MEDECINE THOMPSON THOMPSON
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ONCOGENI/ONCOSOPPRESSORI

• Le mutazioni tumorali interessano geni che
  controllano la proliferazione, il
  differenziamento e la morte cellulare
• ONCOGENI ? PROTO-ONCOGENI mutazioni gain of
  function, per lo più in eterozigosi, spesso
  mutazioni somatiche
• GENI ONCOSOPPRESSORI mutazioni loss of
  function, solo in omozigosi

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• PROTO-ONCOGENI
• Circa la normale funzione degli oncogeni
  cellulari (proto-oncogeni) si possono distinguere
  cinque classi principali
• fattori di crescita (SIS)
• recettori di superficie (ERBB)
• componenti del sistema intracellulare di
  trasduzione del segnale (RAS, ABL)
• proteine che si legano al DNA, fattori di
  trascrizione (MYC, JUN)
• cicline, chinasi ciclino-dipendenti e loro
  inibitori (regolatori del ciclo cellulare)

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• Lattivazione di un proto-oncogene può essere
  quantitativa e/o qualitativa
• Quasi sempre sono mutazioni somatiche (quelle
  germinali sono per lo più letali)
• Le modalità di attivazione sono
• amplificazione, citogeneticamente evidenziabile
  come double minute o HSR (Homogenously Staining
  Regions), es. Myc
• mutazioni puntiformi, es Ras
• traslocazioni cromosomiche che creano geni
  chimerici, es. cromosoma Philadelphia
• trasposizione in un dominio di cromatina attiva,
  es. linfoma di Burkitt

PROTO-ONCOGENI
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IBRIDAZIONE GENOMICA COMPARATIVA (CGH) Si
utilizza una miscela di DNA di cellule normali e
tumorali in una FISH comparativa e con laiuto di
uno scanner si individuano le regioni
cromosomiche in cui il rapporto tra i segnali
FISH dei due tipi di DNA devia dai valori attesi
sia come amplificazione che come delezione.
DA GENES, CHROMOSOMES CANCER 1999, 24213-221
PROTO-ONCOGENI
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Geni chimerici prodotti da riarrangiamenti
cromosomici specifici di alcuni tumori
DA GENETICA UMANA MOLECOLARE STRACHAN T. ET AL
PROTO-ONCOGENI
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CROMOSOMA PHILADELPHIA
DA GENETICA UMANA MOLECOLARE STRACHAN T. ET AL
PROTO-ONCOGENI
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LINFOMA DI BURKITT
DA GENETICA UMANA MOLECOLARE STRACHAN T. ET AL
PROTO-ONCOGENI
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• ONCOSOPPRESSORI
• spesso sono già presenti come mutazioni
  germinali
• le mutazioni comportano una perdita di funzione
• sono stati scoperti utilizzando tre diversi
  approci di ricerca il clonaggio posizionale dei
  geni che determinano tumori rari ereditari,
  analisi di LOH (perdita di eterozigosi) e/o CGH,
  analisi dei tumori diretta verso geni noti
  coinvolti nella regolazione del ciclo cellulare.
• molti geni oncosoppresori sono silenziati con
  modalità epigenetiche, ad esempio per metilazione
  del DNA nelle zone/isole CpG è stato dimostrato
  per CDKN2A, VHL, RB1 e MLH1

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• Retinoblastoma
• 40 dei casi ereditato come carattere autosomico
  dominante con penetratnza incompleta
• il locus Rb è stato mappato in 13q14
• frequentemente nei casi familiari è bilaterale.
• Su questo tumore è stata formulata lipotesi di
  Knudson dei due stadi. Secondo tale ipotesi
  occorrono due mutazioni successive per
  trasformare una cellula normale in tumorale, nel
  caso del Retinoblastoma familiare una delle due è
  ereditata

ONCOSOPPRESSORI
DA GENETICA UMANA MOLECOLARE STRACHAN T. ET AL
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Meccanismi di perdita di funzione dei geni
oncosoppressori
DA NATURE GENETICS SUPPLEMENT 2003, 33238-244
ONCOSOPPRESSORI
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Tumori rari familiari
DA GENETICA UMANA MOLECOLARE STRACHAN T. ET AL
ONCOSOPPRESSORI
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INSTABILITA GENICA/FAMILIARITA

• I tumori si possono suddividere in sporadici e
  familiari
• Il 5 dei casi di tumore ha base familiare
• Leredità tumorale è su base multifattoriale
• Eredità tumorale significa predisposizione allo
  sviluppo

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• PREDISPOSIZIONE AL CANCRO
• geni rari, ereditati nella linea germinale, sono
  responsabili della comparsa di molteplici casi di
  tumore in una stessa famiglia, vengono
  identificati per linkage genetico e clonaggio
  posizionalees. Rb e p53
• geni ad alta penetranza es. APC, BRCA1 e BRCA2

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• COME SI SVILUPPA IL CANCRO?
• ipotesi di Knudson comporta il coinvolgimento
  di un unico gene deputato al controllo
  intracellulare della proliferazione
• cancro come disordine poligenico il bersaglio
  delle mutazioni tumorali non è un solo gene, ma
  piuttosto la fitta rete di segnali che una
  cellula invia e riceve in un tessuto e nello
  stroma
• Laccumulo di evidenze sperimentali e cliniche
  sembra avvalorare sempre più lipotesi del cancro
  come disordine poligenico esemplare è il caso
  del cancro al seno.

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STUDI DI POPOLAZIONE Cancro al seno Studi
epidemiologici di popolazione hanno dimostrato
che soltanto il 15-20 dei casi di cancro al seno
familiare presenta mutazioni nei geni BRCA1 e
BRCA2 il rimanente 80-85 dei casi di rischio
familiare ha sempre base genetica ma
multifattoriale, cioè sono coinvolti altri geni
oltre a BRCA1/2
DA NATURE GENETICS SUPPLEMENT 2003, 33238-244
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Lipotesi di una predisposizione su base
poligenica da sola non è sufficiente per spiegare
i dati di trasmissibilità genetica del cancro al
seno
DA NATURE GENETICS SUPPLEMENT 2003, 33238-244
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• Una caratteristica fondamentale di tutte le
  cellule tumorali è linstabilità genomica causata
  da
• mutazioni ereditate che controllano lintegrità
  del genoma
• mutazioni somatiche acquisite durante lo
  sviluppo del tumore

DA NATURE GENETICS SUPPLEMENT 2003, 33238-244
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• MULTISTAGE MODEL di sviluppo tumorale
• Si assume che ogni evento mutageno importante
  conferisce un vantaggio clonale selettivo alla
  cellula in cui avviene per un successivo evento
  mutageno così via fino allo sviluppo di un tumore
  maligno. Permane però poco spiegata la differenza
  tra
• Eventi mutazionali precoci e tardivi
• Ruolo dellinstabilità genomica nella
  progressione tumorale

DA GENETICA UMANA MOLECOLARE STRACHAN T. ET AL
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MODELLO DI VOGELSTEIN PER LO SVILUPPO DEL
CARCINOMA COLONRETTALE
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La suscettibilità/predisposizione allo sviluppo
di un tumore risulta essere più un gioco
combinato di alleli ereditati di geni che danno
una debole predisposizione al tumore e mutazioni
somatiche responsabili della progressione
tumorale.
DA NATURE GENETICS SUPPLEMENT 2003, 33238-244
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• Eventi genomici, genetici e epigenetici sono
  strettamente collegati nella formazione del
  tumore, anche nei tumori che sembrano insorgere
  spontaneamente come mutazioni somatiche.
• Studi di popolazione di incidenza del cancro
• Studi genetici classici per la scoperta dei geni
  coinvolti e dei loro meccanismi dazione

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• ESEMPI DI TUMORI A STORIA GENETICA NOTA
• Cancro al seno
• Cancro allovaio
• Cancro al polmone
• Cancro al colon
• Tumori dellinfanzia
• Sindrome Li-Fraumeni

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• CANCRO AL SENO
• Circa il 10 dei casi di tumore al seno si
  raggruppa in famiglie questi casi sono
  indicativi di mutazioni germinali con alta
  penetranza in un piccolo numero di geni (es.BRCA1
  e BRCA2) che danno alto rischio di tumore
• La maggior parte sono casi sporadici originati
  da mutazioni multiple a bassa penetranza in un
  ampio gruppo di geni (es.p53, PTEN,..)
• Il 15-20 dei casi familiari hanno mutazioni nei
  geni BRCA1 (17q21) e BRCA2 (13q12)
• i loro prodotti sono coinvolti in processi di
  DNA repair, ricombinazione, controllo del ciclo
  cellulare e trascrizione
• sono geni oncosoppressori
• hanno modalità di trasmissione
  autosomica-dominante, con penetranza del 70-80

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• BRCA1 E BRCA2
• Sono note centinaia di mutazioni a carico dei
  due geni, sia non-sense sia frame-shift, che
  danno proteine tronche frequentemente il tipo di
  mutazione è specifico per famiglia/gruppo etnico
• Mutazioni in BRCA1/2 sono presenti
• 5.9-9.4 donne sotto i 35 anni
• 12-13.2 donne sotto i 45 anni con un familare
  affetto
• dopo la menopausa il rischio dimunuisce nelle
  donne con mutazione in BRCA1 e aumenta nel caso
  di mutazione in BRCA2
• tumori che hanno mutazioni in BRCA1/2 hanno
  comparsa precoce prima dei 35 anni

BREAST CANCER
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GENETIC COUNSELLING Lo screening per
mutazioni in BRCA1 e BRCA2 è consigliato anche
per soggetti sani indipendentemente dalla loro
storia familiare, in famiglie ad alto rischio
spesso si pesenta anche il fenomeno
dellanticipazione in cui il tumore si sviluppa
sempre più precocemente nelle generazione
successive.
DA CANCER TREATMENT REVIEWS 2001, 27295-304
BREAST CANCER
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CANCRO ALLOVAIO Una storia familiare di cancro
allovaio conferisce un aumentato rischio di
sviluppo di tumore.
DA BEST PRACTICE RESEARCH CLINICAL OBSTETRICS
AND GYNAECOLOGY 2002, 16449-468
33

• Non sono stati ancora identificati geni che
  conferiscano da soli unaumentata suscettibilità
  al cancro allovaio
• Famiglie con almeno 4 casi di cancro allovaio
  per 2/3 mutazioni in BRCA1/2
• Famiglie con 2 casi di cancro allovaio per 1/5
  mutazioni in BRCA1/2
• Linkage con cancro al seno, HNPCC (Hereditary
  NonPoliposis Colonrectal Cancer), sindrome di
  Lynch in genere la suscettibilità allo sviluppo
  di questi tumori è data da difetti nel sistema
  del Mismatch Repair (MMR)
• Il genetici counselling è consigliato solo in
  casi di forte familiarità per il cancro al seno

0VARIAN CANCER
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CANCRO AL POLMONE E un tumore ad origine
multigenica
DAONCOGENE 2002, 217421-7434
35

• Particolarmente interessanti sono i geni p53 e
  FHIT entrambi presentano anomalie nel tumore al
  polmone strettamente correlate con lo sviliuppo
  delliperplasia
• Trascritti anomali di FHIT si riscontrano nel
  80 dei casi di SCLC (Small Cell Lung Cancer) e
  42 di NSCLC (Non-Small Cell Lung Cancer)
• FHIT è un target preferenziale di carcinogeni
  come il tabacco si pensa a causa di una regione
  fragile allinterno del gene stesso (FHITFragile
  Histidine Triade)

LUNG CANCER
DA EUR.J.CANCER 2001, 37 SUPPLS63-73
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• CANCRO AL COLON
• Circa il 5 delle persone è destinato a
  sviluppare cancro al colon-retto
• Sono descritti tre diversi tipi
• sporadico circa il 70 dei casi
• ereditario circa il 10 dei casi
• familiare circa il 25 dei casi

DA ANN INTERN MED 2002, 137603-612
37
Genetic counselling
DAANN INTERN MED 2002, 137603-612
COLONRECTAL CANCER
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• TUMORE DI WILMS
• E il tumore più frequente fra quelli
  pediatrici, colpisce circa 110.000 bambini sotto
  i 15 anni
• Spesso origina da mutazioni somatiche
• In alcuni casi origina da mutazioni germinali
  ereditate o de novo
• WT1 è stato il primo gene associato a questo
  tipo di tumore, in realtà è riscontrabile in
  molte patologie

DACURRENT OPINION IN PEDIATRICS 2002, 145-11
39
Il tumore di Wilms è stao uno dei modelli su cui
è stata formulata lipotesi di Knudson, poi
implementata da altre ipotesi di meccanismi
genetici attivanti
DACURRENT OPINION IN PEDIATRICS 2002, 145-11
WILMS TUMOR
40

• TUMORI DESMOPLASTICI
• I tumori desmoplasti sono meglio definiti come
  DSRCT (Desmoplastic Small Round Cell Tumors)
  sono un gruppo eterogeneo di neoplasie
  indifferenziate senza una precisa
  caratterizzazione istologica
• Sono tumori giovanili circa l80 dei casi in
  bambini o ragazzi
• Sono stati da subito bersaglio di molti studi
  genetico-molecolari a scopo diagnostico
• Comprendono
• Ewing sarcoma
• Peripheral Primitive Neuroectodermal Tumors
  (pPNET)
• Alveolar Rhabdomyosarcoma
• Clear Cell Sarcoma
• Extraskeletal Myxoid Chondrosarcoma
• Myxoid Lyposarcoma

41
Quasi tutti sono associati ad una ben precisa
traslocazione cromosomica che ha come prodotto
una proteina di fusione
DA CANCER GENETICS AND CYTOGENETICS 2002,
1381-10
DESMOPLASTIC TUMORS
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Le traslocazioni coinvolgono nella maggiorparte
dei casi in gene EWS e come controparte i geni
WT1, FLI1, , ERG,con diversi punti di fusione
DA CANCER GENETICS AND CYTOGENETICS 2002,
1381-10
Specificatamente per questi tipi di tumore è
necessaria la diagnosi molecolare non essendo
risolutiva né quella istologica né quella
citologica
DESMOPLASTIC TUMORS
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SINDROME LI-FRAUMENI Identifica una famiglia di
tumori, con diversi tipi di cancro (sarcomi,
tumore al seno, tumore al colon,). Il danno
genetico è una mutazione germinal nel gene p53
che conferisce unalta instabilita genomica
DAGENETICS IN MEDECINE THOMPSON THOMPSON
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