CANCER

1
CANCER
2
CANCER

• allmänna begrepp
• orsak till cancer
• Cancerutveckling , metastasering
• Mekanismer bakom cancerutveckling
• tumörvirus
• proto-onkogener och onkogener
• tumörsuppressorgener
• molekylärbiologisk diagnostikoch behandling

3
Cancer

• var tredje svensk drabbas av cancer någon gång
  under livet
• varje år upptäcks cancer hos 45000 personer i
  Sverige
• varje år dör 20000 personer till följd av
  cancersjukdom i Sverige
• genetiska faktorer och miljöfaktorer

4
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
5
Definitioner

• tumör abnorm proliferation av celler
• benign respekterar vävnadsgränser
• malign invasiv o/e metastaserande
• ursprung
• vävnad
• carcinom epitelvävnad
• sarkom bindväv
• leukemi från blodceller
• lymfom från vävnad ingående i immunsystemet
• celltyp (tex. fibrom fibroblaster)
• organ

6
Bening tumör respektive malign tumör (cancer)
7
ORSAK TILL CANCER

• genetiska (förprogrammerade, medfödda)
• BRCA1, BRCA2
• hereditär colonpolypos
• även andra mindre klara samband
  'predisponering' resp. 'skyddande gener'
• Miljöfaktorer
• Exposition till mutagena eller proliferationsstimu
  lerande föreningar (eller strålning)
• Medicinsk behandling (sekundär till behandling av
  annan cancer, eller av immunosuppressiv
  behandling)

8
Genetisk predisposition - bär redan på en
genskada oddsen att få bägge allelerna muterade
under en livstid ökar dramatiskt
9
Miljöfaktorer

• rökning (associerad med 25 av alla cancerfall)
• lungcancer
• matstrupe
• struphuvud
• urinblåsa
• livmoderhals
• bukspottkörtel

10
Miljöfaktorer

• felaktig kost
• alkohol
• mun
• svalg
• matstrupe
• lever
• hormoner
• virus (HPV-16,-18, Hepatitvirus m.fl.) bakterier
• UV-ljus, radioaktiv strålning
• arbetsmiljöfaktorer kemikalier (någon )
• luftföroreningar (1 av alla cancerfall)
• inflammation
• immunosuppression

11
Miljöfaktorer - carcinogener

• skadar DNA och skapar mutationer
• benzopyren
• dimetylnitrosamin
• nickelföreningar
• aflatoxin
• UV-strålning
• bidrar till tumörutveckling genom att stimulera
  cellproliferation tumörpromotor
• phorbolester

12
Tillväxtstimulering carcinogent genom att öka
risken för att klon med icke reparerad DNA skada
blommar upp och får chansen

( Upprepade DNA skador (utan tillväxtstimulering
utifrån) ökar chansen till two hits, dvs ge
cell med mutation i gen som driver tillväxt
(signalstransduktion) tillsammans med en som
sätter sätter ex. apoptosreglering ur spel.)
Viktigt!!
13
Inflammation fungerar som promoter(magsår ökar
risken för magcancer, inflammatorisk tarmsjukdom
ökar risken för koloncancer, hepatit ökar risken
för levercancer)

• Uppreglering av pro-inflammatorisk cytokin,
  TNF-a
• NFkB aktiveras i närliggande celler
• Transkriptionsfaktor, translokeras in i nukleus
  vid aktivering
• NFkB aktiverar transkription av proteiner som
  leder till ökad proliferation och hämmad apoptos
• gt farlig situation för cell med DNA skada

14
CANCERUTVECKLING

• mutationer i gener som styr
• proliferering svar på tillväxtfaktorer,
  cellcykelkontroll mm.
• differentiering
• apoptos
• DNA korrekturläsning och reparation
• kan ge icke-reglerad tillväxt

15
Cancerutveckling

• initiering
• Genförändring(ar) som leder till onormal
  proliferation i förhållande till signaler utifrån
• progression
• ytterligare mutationer
• tillväxthastighet och adaptionsförmåga ökar
• invasivitet och förmåga till metastasering
• De-differentiering ger tillväxtfördel

16
2. Progression
Stadier i cancerutveckling
1. Initiering
17
Multiple hit fler än en gen/en mekanism måste
vara skadadgt 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

18

• De flesta mutationer som sker i våra celler leder
  inte till cancer då chansen för ytterligare
  mutationer som agerar synergistiskt med den
  första är så liten

19
Cancercellers egenskaper

• okontrollerad tillväxt
• Minskat beroende av tillväxtfaktorer
• kass 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

20
Cancerceller är genetiskt instabila - inte bara
en fördel
21
6 egenskaper hos cancerceller

• Okänsliga för externa signaler (som reglerar cell
  proliferation)
• Undgår apoptos
• Undviker
• programmerade proliferations-begränsningar
• Utrycker bl.a. telomeras
• Åldras inte normalt med antalet celldelningar (ej
  normal cellsenescence
• Utebliven differentiering (ibland
  de-differentiering, får egenskaper som tidigare
  steg i cell lineage (från stamcellstadiet)
• Genetiskt instabila
• Invasiva/ kan lämna normal plats i organismen
• Överlever och prolifererar på fel ställen

22
Konskekvens av genetisk instabilitet

• Ackumulering av defekt DNA,
• Strängbrott,
• Polyploidi, Aneuploidi (kromosom antal rubbat)
• Kromosom translokationer, förluster, kopieringar
• Stor andel ej kompatibla med cellöverlevnad
  nekros (i cancer ofta mycket nekrotiska celler)

23
Defekt kontaktinhibition
24
Densitetsberoende inhibition
25
Onormal autokrin tillväxtstimulering
26
Onormal receptorsignalering (utan ligand)
27
Störd intracellulär signalering(Ras är muterat i
många cancerformer)
28
Defekt apotos initering eller ökad inhibition av
apoptos
Bcl-2 hindrar cyto-krom c-utsläpp
29
Defekt differentiering - Leukemi
30
TUMÖRVIRUS

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

31
Tumörvirus
32
Hepatit B- och Hepatit C-virus

• kan ge kronisk leverinfektion
• kontinuerlig proliferation av hepatocyter
• mer än 100 gånger ökad risk för levercancer
• hepatit B virus driver också direkt abnormal
  proliferation och överlevnad

33
SV40- och polyomavirus

• infekterar naturligt apor och möss
• används i cancerforskning
• små genom (5kB)
• bra cellkulturassays

34
SV40 replikering och transformering
35
SV40-, polyoma- och adenovirus

• infektion i non-permissive cells
• ej virusreplikation
• virusgenom kan integreras i värdceller
• transformation virusDNA stabilt integrerat i
  värdcellen och värdcellen producerar virala
  proteiner
• early-genes stimulerar värdcellsproliferation
• mha virus-drivet uttryck av DNA-polymeras
• binder till och inaktiverar Rb och p53

36
Papillomavirus

• 60 olika humana papillomavirus
• infekterar epitelceller
• benigna (vårtor) och maligna (livmoderhalscancer
  m.fl.) tumörer
• E6 och E7 protein kodade av early genes
• inaktiverar tumörsupressorproteiner Rb och p53

37
Herpesvirus

• 100-200 kB
• Orsakar cancer
• Kaposis sarkomassocierat herpesvirus
• Epstein-Barr virus

38
Retrovirus

• orsakar cancer i många djurarter, har då fler
  gener än ovan
• HTLV-1 ger T-cells leukemi

39
ONKOGENER

• gener som kan inducera celltransformering
  (omvandling från normal cell till cancercell)
• virala och cellulära onkogener
• studier av virala onkogener ger information om
  cellulära onkogener och utveckling av
  icke-virus-inducerad cancer
• onkogena retrovirus - typexempel

40
RSV Rous sarcoma virus

• onkogent retrovirus
• den först identifierade onkogenen från RSV

41
Retrovirala onkogener

• kodar för nyckelprotein i signalöverföring för
  cellproliferation
• gt30 retrovirala onkogener identifierade
• src, ras, raf, m.fl.
• härstammar från proto-onkogener som blivit
  cellulära onkogener, som inkorporerats i virala
  genomet

42
Proto-onkogener

• de normala cellulära generna som virala onkogener
  härstammar ifrån
• viktiga cellregulatoriska gener
• abnormalt uttryckt eller muterat ger onkogener

43
Onkogener i cancer

• förändrade proto-onkogener
• punktmutation
• kromosomtranslokation
• amplifiering
• 100 onkogener identifierade
• endast förändring på en allel räcker för
  cancerutveckling
• kodar för överuttryckt eller överaktivt protein

44
Punktmutation

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

45
Exempel på kromosomtranslokation
46
Filadelfiakromosom

• kronisk myeloisk leukemi
• abl protoonkogen translokeras
• proteinets normala N-terminal byts
• icke-reglerbart Abl protein tyrosinkinas
• Signalerar hela tiden konstant proliferation

47
Genamplifiering ökat antal kromosomala gen-
kopior

• ger förhöjd genexpression
• Många kopior N-myc i snabbt växande aggressiva
  tumörer
• erbB-2 kodar för tyrosinkinasreceptor, i förhöjt
  antal i bröst- och äggstockscancer
• D cyklin - driver på cellcykeln förbi R point i
  G1

3-5 kopior D cyklin per cell (head and neck
cancer cells)
48
Funktion hos onkogenprodukter

• 100 onkogenprodukter identifierade
• utgör delar av signalvägar för reglering av
  celltillväxt och överlevnad som svar på
  stimulering av tillväxtfaktorer

49
Onkogener och signaltransduktion
50
Funktion hos onkogenprodukter (forts)

• cellcykelregleringsprotein amplifierat eller
  förändrat med translokation (cyklin D1)
• blockerar differentiering och ger proliferering
• blockerar apoptos (Bcl2 ex)

51
Onkogener och cellöverlevnadapoptos blockeras
PI3-kinas Akt Bcl-2 hindrar cyto-krom c-utsläpp
52
TUMÖRSUPPRESSORGENER

• anti-proliferationsgener
• stoppar ej proliferation vid inaktiverande
  mutationer eller deletioner
• genförändring på båda allelerna krävs vanligen
  för cancerutveckling
• många olika tumörsuppressorgener identifierade

53
Tumörsuppressorgener
54
Tumörsuppressorgener
55
Funktion hos tumörsuppressor-genprodukter

• PTEN
• Rb
• p53

56
PTEN motverkar cellöverlevnad
57
Cellcykelreglering med Rb och E2F
58
Induktion av p21 av DNA-skada
59
P53 ofta muterad i cancer
60
Tumörutveckling

• cancerceller felaktig kontroll av celltillväxt
• utveckling i många steg ger gradvis malignitet
• felaktig kontroll av DNA ger med tiden fler
  mutationer till dottercellerna
• många mutationer ger ofta överlevnadsfördelar
  cellen delar sig snabbare än granncellerna
• ännu fler mutationer tillkommer
• tumörceller blir mer och mer maligna
• cancerceller dedifferentierar
• liknar mindre och mindre den cell de utvecklades
  från
• minns sämre sitt ursprung (avs genexpression)
• Mindre nogaräknade avs. omgivning

61
Progressiv utvecklingFrån benign tumör till
invasiv cancer
62
coloncancer
63
Tjocktarmspolyp
64
Coloncarcinom
65
Prognos beror på när förändring hittas
Benign polyp (tidigt stadium). Hittas ofta med
koloskopi (tjocktarmsundersökning med
fiberendoskop) om polyp avlägsnas vid
undersökningen undviks cancer, ingen mer
behandling krävs (men kontroller)
Coloncarcinom som börjar invadera underliggande
muskellager kräver radikal kirurgi
(bortopererande av tarm).
66
Metastasering flera barriärer
Därför är metastasering ett sent steg i
cancerutveckling, och resultatet av multipla
genetiska förändringar
67
Metastasering inte helt lättVarför vissa
tumörtyper oftare är benigna/lokala
(hypofysadenom )
Genetisk instabilitet en förutsättning för att
kunna adaptera sig of förändra sig till invasiv
cancer
68
Cancerceller är genetiskt instabila - inte bara
en fördel
69
Molekylärbiologisk diagnostik

• gentester för upptäckt av anlagsbärare
• dessa kan följas mer noga (ev. förebyggande
  operationer)
• hereditär nonpolyposis coloncancer
• BRCA1, 2 gener muterade i ärftlig bröstcancer
• detektera mutationer diagnosticera, välja
  behandling, följa behandlingseffektivitet
• Bcr/Abl gt Glivec behandling (Tyrosinkinase
  hämmare)
• CD20 gt Mabthera (monoklonal antikropp mot CD20)

70
BEHANDLING

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

71
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
• gtinducera apoptos

72
Cellgiftbehandling

• resistens uppkommer ofta (man köper sig tid, inte
  bot)
• Primär (svarar inte på första behandlingen)
• Sekundär (ytterligare mutationer har skett som
  selekterats fram under pågående behandling)
• Multidrug resistande protein (membranpump, pumpar
  ut cytostatika ur cellerna)
• Kombinationsbehandling med flera cytostatika
• mindre risk för överlevnad av klon som kan
  utveckla resistens, detta genom att slå mot flera
  mekanismer samtidigt

73
Nya 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
• Immunoterapi
• Angiogenes-hämmare (neurosedyn), anti-VEGF
• RNA silencing
• Gen-terapi

74
Transkriptionsfaktorn NFkB aktiveras av
antiapoptotiska signaler utifrån genom att dess
inhiberande protein IkB degraderas (via
proteasomer) varefter NFkB kan importeras till
kärnan och sätta igång expression av proteiner
som är anti-apoptotiska
1
2
Velcade en proteasome hämmare Behandling vid
multiple myeloma
75
Genom att blocka proteasome nedbrytning så kan
I?B inte degraderas - NF-?B hindras från att
importeras in till kärnan och aktivera expression
ett antal centrala anti-apoptotiska genergt
maligna celler kan gå i apoptos igen
VELCADE!
76
Riktad molekylär terapi mot bakomliggande rubbing!
Abl protein tyrosinkinas ur kontroll konstant
proliferation
77
Riktad terapi - Glivec (tyrosin-kinase-hämmare
mot Bcr/Abl (filadelfiakromosomen)
78
Riktade terapier runt hörnet!
79
Future Virtual screening-designing drugs in the
desktop computer
80
SAMMANFATTNING

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