24.2 Proto-Oncogenes and Tumor-Supressor Genes

1
24.2 Proto-Oncogenes and Tumor-Supressor Genes

• To store klasser gener spiller en viktig rolle i
  induksjon av kreft proto-oncogener og tumor
  suppressor gener. Disse koder for mange typer
  proteiner som har funksjon i cellevekst(syv
  typer) og celleformering.
• De syv typene proteiner som deltar i kontroll av
  cellevekst
• Vekstfaktorer, overekspresjon av Myc og Bcl-2
• Vekstfaktor reseptorer, ofte tyrosin-kinase
  koblede reseptorer
• Signal-transduksjon proteiner Ras
• Transkripsjons faktorer
• Pro- eller anti-apoptotiske proteiner, f.eks
  mutasjon i Fas
• Celle syklus kontroll proteiner p53, p16, Rb og
  APC
• DNA reparasjons proteiner

• Mutasjoner i klasse I-IV forårsaker generelt en
  økning i aktive dominante oncogener. Klasse VI er
  hovedsakelig tumor supressorer, mutasjon i disse
  øker faren for at mutante celler utvikler seg til
  tumor celler. Klasse VII mutasjoner øker kraftig
  faren for mutasjoner i de andre klassene.

2
Gain-of-function mutasjoner konverterer
proto-oncogener til oncogener

• Et oncogen ? proteiner ? transformasjon i
  cellekultur eller indusere kreft i animalske
  celler.
• Det finnes bare et fåtall kjente oncogener som i
  sin normale form (proto-oncogen) koder proteiner
  som deltar i cellulære vekst kontrollerende spor.
  Ras (proto-oncogen) er et eksempel koder et
  signaltransduksjons protein. RasD er mutant form
  og fører til ukontrollert vekst signal. RasD
  hydrolyserer GTP mye tregere enn ras.
• Konversjon/aktivering av proto-oncogen involverer
  vanligvis en gain-of-function mutasjon, deles
  inn i tre mekanismer
• Punktmutajon i et proto-oncogen som resulterer i
  et fungerende(constituitively acting) protein
  produkt.
• Lokalisert reduplisering (gen amplifikasjon) av
  en DNA sekvens som inneholder et proto-oncogen,
  fører til overekspresjon av det kodede proteinet.
• Kromosomal translokasjon som fører er
  vekst-reguleringsgen under kontroll av en annen
  promotor og gir dermed upassende ekspresjon av
  genet.
• Gain-of-function mutasjoner som konverterer
  proto-oncogener til oncogener er dominante, dvs
  mutasjon i bare det ene allelet er nødvendig for
  induksjon av kreft.

3
Virus kan være kreftfremkallende

• Peyton Rous 1911 (Nobelprisen i 1966)
• Bindevevstumor fra kylling inneholdt et virus
  (Rous sarcoma virus, RSV)
• Retrovirus
• RNA revers-transkriberes til DNA og inkorporeres
  i vertscellens genom
• har normale gener som koder for virusets
  strukturproteiner og revers-transkriptasen
• i tillegg har transformerende retrovirus et
  v-src-gen som er nødvendig for kreftutvikling, et
  oncogen
• Normale celler har et gen som ligner,
  proto-oncogenet c-src
• viser at et retrovirus kan ha transformert
  proto-oncogener fra normale celler som ved
  mutasjon har blitt omformet til en oncogen
• finnes mange slike koblinger der et viralt
  oncogen dominerer over et cellulært proto-oncogen
  og fører til en akselerert funksjon

4

• Sent-virkende retrovirus
• mangler oncogen
• DNA transkribert fra retrovirus integreres
  tilfeldig i cellens kromosomer
• aktiverer c-Myc som medierer til økt produksjon
  av proteiner involvert i cellesyklusen
• tar tid å utvikle tumor pga at
• -integrasjon forekommer sjelden i nærheten av
  c-myc
• -flere mutasjoner må til
• innsatt proviralt DNA kan fungere som promoter
  eller enhancer

Oncogen effekt både ved at produksjon av normalt
c-Myc øker og at uttrykket av c-myc, vanligvis
nedregulert når cellen skal differensiere, ikke
responderer på nedregulerende signaler cellen
vil isteden DNA replikeres og dele seg
5
Mange DNA-virus inneholder onkogener

• De fleste dyrecellene som infiseres av små
  DNA-viruser, som SV40, drepes, men noen få
  integrerer sitt virale DNA inn i verts-celle
  genomet.
• Selv om disse cellene overlever infeksjonen,
  blir de permanent transformert fordi det virale
  DNA inneholder en eller flere onkogener.
• I motsetning til retrovirale onkogener, som er
  derivert fra normale cellulære gener som har
  ingen funksjon for viruset, er onkogenene til DNA
  viruset integrerte deler av det virale genomet
  som trengs for viral replikasjon.

6
Loss-of-function mutasjoner i
Tumor-Suppressorgener er onkogent

• Tumor-suppressor gener koder vanligvis for
  protein som på en eller annen måte hemmer
  celleformering.
• Som regel koder tumor-suppressor gener for fem
  protein-klasser
• - Intracellulære proteiner, som p16
  cyclin-kinase inhibitor, som regulerer fremgang
  i et spesifikt trinn i cellesyklus.
• - Reseptorer for utskilte hormoner (f.eks.
  Tumor derivert vekst faktor ß) som har som
  funksjon å hemme celleformering.
• - checkpoint kontroll proteiner, som stopper
  cellesyklus dersom DNA er ødelagt eller
  kromosomer er unormale. Eks p53

7
-

• - Proteiner som fremmer apoptose. Eks Bax
• - Enzymer som deltar i DNA reparasjon.
  Mutasjoner i gener som koder for DNA-reparasjons
  enzymer -og som gjør at disse mister sin
  funksjon- fremmer hemming av andre
  tumor-suppressor gener samt aktivering av
  onkogener.
• Siden det vanligvis er nok at en kopi av
  tumor-suppressor genet kontrollerer cellevekst,
  må begge allelene av tumor-supressor genet være
  fjerna eller inaktivert for at tumor utvikling
  fremmes.

8
Arvelige og sporadiske mutasjoner i
tumor-suppressor gener

• Mange tumor-suppressor gener er identifisert
  gjennom analyse av familier med anlegg for
  spesifikke typer kreft.
• Arv av en mutant allel av et tumor-suppressor
  gen, øker sannsynligheten for utvikling av en
  bestemt type tumor til nesten 100.
• Retinoblastoma er et klassisks eksempel. Her
  dreier det seg om arv av en defekt kopi av RB
  genet (fig. 8.7a).
• En somatisk mutasjon som omfatter 13q14 i
  det normale allelet i en heterozygot celle, er
  tilstrekkelig for at cellen gir opphav til
  tumorer i retina.

9
Arvelige og sporadiske mutasjoner i
tumor-suppressor gener

• Ved sporadisk retinoblastoma har man arvet to
  normale RB allel, der hver av de har blitt utsatt
  for tap-av-funksjon mutasjon i en retinal celle
  (fig. 8.7b).
• Det betyr at to separate somatiske
  mutasjoner, der begge alleler i en bestemt celle
  blir inaktivert, er krevd for å produsere en
  homozygot Rb-/Rb- retinal celle.
• Ca halvparten av barna der en av foreldrene er
  affektert får sykdommen. Retinoblastoma arves som
  et autosomalt dominant trekk (fig. 24.12)

10
Hvordan kan retinoblastoma trekk arves dominant
hvis delesjonen av RB genet er ressesiv for
villtype RB allel?

• Organisme nivå
• Hundretusener av de retinale cellene er
  heterozygote for delesjonen. Det er stor
  sannsynligheten for at det i minst en av disse,
  vil inntreffe en skade RB allel som følge av en
  genetisk begivenhet.
• Nivå enkelt celle
• En celle med bare en kopi av RB produserer
  nok funksjonelt protein til å fungere som
  normalt. Dermed er RB delesjonen ressesiv til
  RB.
• Proteinet genet produserer er med å regulere
  cellesyklus. På den måten hjelper proteinet til
  med å forhindre celler i å bli kreftceller, derav
  tumor-suppressor gen.

11
Arvelige mutasjoner i tumor-suppressor gener

• Eksempler på andre krefttyper med arvelige
  anlegg
• - Brystkreft, der tumor-suppressor genet er
  BRCA1
• - Melanomas, der tumor-suppressor genet er
  p16
• - Tykktarmskreft, der tumor-suppressor genet
  er APC

12
Tap av heterozygositet av tumor-supressor
generLoss of heterozygosity (LOH)
En celle som inneholder et normalt et mutant
allel av et tumor-supressorgen vil være
fenotypisk normal. Tap av heterozygositet kan
forekomme ved to ulike mekanismer
Missegregering eller Mitotisk
rekombinasjon
13
Missegregation(nondisjunction)

• Om dannelsen av mitotiske spindler er defekt, kan
  de duplikerte kromosomene i metafasen segregere i
  en 31 ratio
• Dattercellen som mottar 3 kromosomer av samme
  type vil som oftest miste èn. Det kan gi en celle
  som er homozygot for det mutante tumor-supressor
  genet.
• ?Pot.tumordannelse

14
(No Transcript)
15
Mitotisk rekombinasjon

• Mitotisk rekombinasjon mellom et
  villtype-kromosom et mutant kromosom vil ofte
  føre til at èn av dattercellene inneholder 2
  kopier av det mutante genet, og ingen av
  vill-typen.
• ? Potensiell tumordannelse

16
Kap.24.3 Oncogene mutasjoner som påvirker
celle proliferasjon

• Ulike eksempler på onkogene mutasjoner i gener
  som koder for
• Vekstfaktorer (sjeldent fenomen)
• Virus-kodede aktivatorer
• Vekstfaktor-reseptorer
• -Signal-transduksjons proteiner
• -Transkripsjonsfaktorer

17
Virus-kodede aktivatorer for vekstfaktor-reseptore
r fungerer som onkogener
Hos mus er et retrovirus, SFFV (Spleen
focus-forming virus), påvist å gi en økning av
erytrocytter i en tilstand der virus koder for et
glykoprotein, gp55, en ligand for aktivering av
EPO reseptorer på erytroide celler. Binding av
gp55 gir proliferering av disse celler i fravær
av Epo ligand. I kombination med andre mutasjoner
kan dette tilslutt føre til erythroleukemi.
18
Aktiverende mutasjoner eller overuttrykking av
vekst-faktor reseptorer kan transformere celler.
Flere typer mutasjoner fører til produksjon av
konstant aktive reseptorer, som overfører vekst
signal i fravær av normale ligander. Her2
reseptoren (en RTK) kan forandres til et
onkoprotein ved èn enkel punktmutasjon, der valin
endres til glutamin i transmembranregionen. Dette
fører til dimerisering av reseptorproteiner i
fravær av normal ligand. Delesjon av store deler
av det ekstacellulære ligandbindingsete i EGF
(epidermal growth factor) reseptoren fører til
konstant aktivering av protein kinase. Mutasjoner
som gir over-ekspresjon av normale reseptorer
kan også være onkogene. Dette gjør at celler blir
stimulert til vekst ved konsentrasjoner som
ellers er for lav til celledeling av normale
celler. Et eksempel er overuttrykk av Her2 i
human brystkreft.
19
Ved en type kromosomal translokasjon erstatter
ikke-muskulært tropomyosin Trks ekstracellulære
del. Dette fører til et dimerisert intracellulært
onkoprotein, slik at protein kinasen ikke står
under kontroll av NGF (Nerve Growth Factor) og
blir en konstant aktivert kinase. Trk
onkoprotein lokaliseres til cytosol istedet for
plasma membranen som for normalt Trk.
20
Mange onkogener koder for aktive
signal-transduksjonsproteiner
I mange typer tumorer (colon,mammae,leukemi) er
Ras blitt konstant aktivt grunnet en substitusjon
av glycin i posisjon 12 slik at vi får en liten
forandring i den tre dimensjonale
strukturen. Denne mutasjonen vil føre til en
reduksjon i proteinets GTPase aktivitet, en
såkalt gain of function mutasjon. Resultatet er
en amplifisering av vidre signaler over lengre
tid. Sekundært får man mer uttrykk av
transkripsjons faktorer. En loss of
function-mutasjon i NF1-genet gir det samme
resultatet, men her er GAP GTPase delen av
enzymet ut av funksjon. Dette fører til at Ras
opprettholder sin aktivitet, selv om det er i sin
normale form.
21
I KML (kronisk myelogen leukemi) finner vi det
typiske Philadelfia Kromosomet der vi har fått en
translokasjon som fusjonerer en del av bcr genet
med en del av c-abl genet som koder for en
protein-tyrosin kinase. Dette fører til konstant
Abl kinase aktivitet. Gjennom Bcr segmentet
blir Bcr-Abl onkogenet lokalisert i cytosol. Det
kimeriske proteinet binder til mange
intracellulære signal-transduksjons proteiner og
fosforylerer dem i fravær av vekstfaktorer. Dette
er proteiner som Abl nornalt sett ikke
aktiverer.
22
Et annet onkogen som koder for konstant aktivt
cytosolisk protein-kinase er src (c-src).
Normalt blir dette proteinet regulert av
reversibel fosforylering og påfølgende defosforyle
ring av Tyr 527 . Src onkogen med kontinuerlig
kinase aktivitet mangler ofte dette tyrosinet, og
trenger ikke aktivering via fosfatase.
23
Unormalt uttrykk av nukleære transkripsjonsfaktore
r kan indusere transformasjon
Mange onkogener koder for transkripsjonsfaktorer.
Proto onkogenene Jun og Fos koder for proteiner
som assosierer og danner den heterodimere
transkripsjonsfaktoren AP1. AP1 binder til en DNA
sekvens som man finner i promotorer og
enhancere i mange vekststimulerende gener.
Et måte for cellen å regulere levetiden for
transkripsjonsfaktorer på er å gi dem et
instabilt mRNA som f.eks. c-myc. Ved
Burkitts-lymfom skjer en translokasjon slik at
c-myc havner under enhanceren av Ab genet.
24

• En kreftcelle kan
• produsere egen vekststimulerende ligand
• overuttrykke vekstfaktorer
• translokere membranbundet eller nukleært kinase
  til cytosolisk
• endre aktiviteten til ras
• Transkripsjonsfaktorer kan feil-lokaliseres og
  havne under andre promotorer/enhancere, også mer
  aktive promotorer.

25
Generell oppsummering
Kreftceller har et fundementalt avvik i
celleoppførsel. De fleste celletyper i kroppen
kan gi opphav til ondartede kreftceller. Kreftcel
ler kan multiplisere i fravær av vekst fremmende
faktorer som er nødvendig for proliferasjon i
normale celler og er motstandsdyktig mot signaler
som normalt programmerer celle død
apoptose. Dominante gain of function mutasjoner
i protoonkogener og resessive loss of function
mutasjoner i tumor supressor gener er
onkogene. Blant proteiner som kodes for av
protoonkogener er positivt-virkende vekst
faktorer og deres reseptorer, signal
transduksjons proteiner, transkripsjonsfaktorer
og celle cyklus kontroll proteiner. En
aktiverende mutasjon i et eller begge alleler i
et proto-onkogen kan endre det til et onkogen,
som kan indusere transformasjon i cellekulturer
eller kreft hos pattedyr.
26
Det er 7 typer proteiner som deltar i
cellevekst-kontroll
Mutasjoner som endrer strukturen eller uttrykk av
proteiner i klasse I til IV gir generelt opphav
til dominant aktive onkogener. Klasse VI
proteiner fungerer hovedsakelig som tumor
suppressor gener. Klasse VII mutasjoner øker
betydelig sjansen for mutasjoner i de andre
klassene.
27
Feil-ekspresjon av veksfaktorer kan autostimulere
celle-proliferasjon

• - Sjeldent fenomen at onkogener oppstår fra gener
  som koder for vekst faktorer.
• -sis onkogen koder for en type PDGF( platelet
  derived growth factor) som kan autostimulere til
  proliferasjon av celler som normalt uttrykker
  PDGF reseptorer.