Tema 4 i 5. Alteracions de la cromatina en el càncer. Mutacions i canvis epigenètics. Canvis en l’expressió gènica (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Ciencias Biomédicas - 3º curso
Asignatura Biologia del càncer
Año del apunte 2015
Páginas 21
Fecha de subida 06/10/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Biologia del càncer Tema 4 i 5. Alteracions de la cromatina en el càncer. Mutacions i canvis epigenètics. Canvis en l’expressió gènica Paper de les alteracions genètiques en el desenvolupament dels tumors Per tal que es desenvolupi un tumor és imprescindible que les alteracions genètiques que generen el canvi d’una cèl·lula normal a una cèl·lula tumoral es produeixin en cèl·lules que proliferin i més exactament en les cèl·lules mare.
Les cèl·lules mare estan protegides dels agents tòxics Estan protegides dels agents tòxics.Quan les cèl·lules mare estan assentades en un teixit tenen divisions asimètriques.
La protecció de les cèl·lules mare enfront agents tòxics ve donada per l’organització del teixit, l’ambient les protegeix, tenen un index de proliferació baixa i això les protegeix d’errors genetics durant la replicació del DNA: 1. per l’organització tissular En l’intestí prim les cèl·lules mare estan a les criptes que hi ha entre les vellositats. A les criptes hi ha el moc que protegeix les celules que estan al fons de la cripta perque no hi harribin substancies toxiques que es mouen pel tracte intestinal.
Les celules mare en el budell son les vermelles, n’hi ha 4-6 per cripta, estan al fons de tot de la cripta, es una zona estreta i de dificil estret per les substancies que circulen pel budell. Sota de les celues mare hi ha les cleules de Paneth que tenen granuls citoplasmatics que cocntenn productes antimicrobians i estan encarregades de protegeir les celules mare.
Les celules mare quan es divideixen produeixen les celules filles que son les grogues, verdes i que pugen cap amunt.
26 Biologia del càncer 2. pel baix nivell de proliferació transit amplyfing: celules progenitores Divisió simètrica i asimètrica de les cèl·lules mare Si hi ha poques celules mare en la població, les celules mare fan una divisió simetrica i aixi les dues celues filles son celues amre. Quan es restaura els nivells normals de la població, la divisió torna a ser asimetrica.
Hi ha un proces de conversió d’una celula progenitora a celula mare si es necessari.
27 Biologia del càncer En el desenvolupament, quan un teixit esta creixent, moltes celules amre tenen divisió simetrica i aixi fem creixer el teixit. Quan arribem a un volum determinat del teixit , es passa a una divisió asimetrica.
Les cèl·lules progenitores (TAC) estan protegides dels agents tòxics Les celules progenitores també es troben a les criptes i per tant tambe estan protegides.
Altres mecanismes de protecció de cèl·lules mare - apoptosi: si irradiem les criptes amb raigs X, les celules mare si no poden aguantar-ho , entren en apoptosi. Quan les cèl·lules mare de les criptes intestinals són sotmeses a dany genètic amb rajos X ràpidament indueixen apoptosi.
- bombes que expulsen drogues: estan a la membrana plasmatica, aixo els fa resistents a la quimioterapia, es una de les caracteristiques que ens permet aïllar celules mare. La side population son la celula mare que expulsen el colorant i per tant no es tenyeixen tant, les separem per FACS.
28 Biologia del càncer - mecanismes de replicació de DNA: en les celules mare quan hi ha una divisió asimetrica, la molecula original n’hi ha una que fa de motlle i una que es sinteitza a sobre. La motlle sempre es queda a la celula mare perque no es replica, es la cadena groga al dibuix.
La cadena no replicada es queda en la celula mare, es un sistema de protecció.
Tipus alteracions La gran majoria d’acumulació de mutacions són per mecanismes endogens.
- mutacions: canvis en la sequencia de bases - alteracions cromosomiques - modificacions epigenetiques Mutacions Es generen per factors endgoens i exogens. Dels factors endogens tenim la replicació del DNA que es quan s’acumulen molt errors i els processos bioquimics endogens que tambe afavoreixen l’acumulació de mutacions.
29 Biologia del càncer Com a factors exogens tenim les radiacions i els mutàgens químics.
Mutacions per factors endògens: Mecanismes replicació del DNA Hi ha una cadena motlle i en direcció 5’- 3’ anem replicant nucleotids on hi ha una DNA polimerasa.
Les exonucleases tenen direcció contarria a la polimerasa. Si es genera un error , la mauqinaria replicativa tira endarrer i fa servir la exonucleasa i talla el DNA on hi ha l’error i torna a sintetitzar de nou. Durant la replicació del DNA es produeixen moltes mutacions en la cadena de nova síntesi.
Si mutem la capacitat exonucleasa, si es doble la mutació, la supervivencia dels ratolins es molt mes baixa. Aixo indica que l’activitat exonucleasa es molt important en la genesi de tumor perque si no hi es no pot fer la reparació. El mecanisme de proofreading.
Una mutació de la DNA polimerasa delta que impedeix la reparació del DNA incrementa la incidència de càncer.
30 Biologia del càncer Els errors comesos per les DNA polimerases poden ser corregits per diferents mecanismes de reparació. Com per exemple el mismatch repair (MMR) que evita els errors en l’aparellament de bases.
Si no corregeix els errors la polimerasa, interve un segon mecanisme de reparació que es el MMR que detecta l’error al DNA sintetizat , fa un tall i elimina una sequencia de DNA per liminar l’error i despres ho torna a omplir amb les polimerases.
Aquest mecanisme ve despres de que la DNA polimerasa no hagi pogut arreglar les mutacions.
El sistema pot ser util per detectar tumors on falla el sistema. Hi ha sequencies que son microsatelits que son repetitives i quan les analtizem trobem diferents pics. Ho analitzem amb PCR , i hi ha tumors on les sequencies microsatelits s’han fet mes grans i aixo esta produit pel deficit del sistema de reparació de mis-match.
Es pot fer servir per detectar cancer de colon que té un defecte en la reparació per MMR.
31 Biologia del càncer La DNA polimerasa delta genera 1 error cada 10^5 nucleòtids. El mecanismes de proofreading 3’-> 5’ de la DNA polimerasa delta no repara 1 de cada 10^2 errors. Els mecanismes de reparació MMR no reparen 1 de cada 10^2 errors. Per tant, la taxa de mutació si tot funciona seria de 1 nucleòtids de cada 10^9 nucleòtids sintetitzats.
A les forquilles de replicació es produeixen trencaments de les cadenes de DNA. Els mecanismes de replicació poden produir un problema que es que les forquilles quan estan obertes perquè estan fent replicació, hi ha una zona on hi trobem cadena senzilla de DNA i per això és més fràgil que no pas una cadena doble i qualsevol error que faci que la cadena es trenqui genera un problema molt serio ja que es com si fos un trencament de la doble cadena, queda solt.
El tros trencat es pot fusionar amb un altre cromosoma i tenim perdua o fusió de cromosomes.
Mutacions induïdes per factors endògens: processos bioquimics endogens Els genomes cel·lulars estan sotmesos a un atac constant de processos bioquímics endògens. Es dins de la propia celula, no hi ha intervenció externa.
Es poden perdre purines i pirimidines, degut als radicals hidroxils que per exemple hi ha l’aigua una base pot desacoblar-se dels desoxirribonucleotids i aixi es queda un nucleotid sense base.
Això pot generar un problema d’aparellament perquè aquest nucletoid en la replicació no te base i per tant la polimerasa posa una base a l’atzar i aixo genera una mutació.
32 Biologia del càncer Els genomes cel·lulars estan sotmesos a un atac constant de processos bioquímics endògens. Tambe es pot perdre grups amino, es generen canvis de bases que fan canvis d’aparellament en la replicació del DNA.
Processos d’oxidació: en el mitocondri es generen una varietat d’espècies reactives d’oxigen (ROS) durant la reducció d’oxigen a aigua. Les ROS tenen molta tendencia a reaccionar amb bases i generen mecanismes d’oxidació. Altres agents oxidants es poden produir als peroxisomes o per la peroxidació espontània dels lípids.
Els processos d’oxidació oxiden una gran varietat de molècules entre elles les bases del DNA. La dG es pot oxidar per ROS i forma 8-oxo-dG i genera errors en l’aparellament de bases.
En el dTg com a conseuqneica de la oxidació es desestabilitza els enllaços i el grup amino salta , es produeix una desaminació en consequencia de la oxidació.
33 Biologia del càncer Les bases oxidades poden produir errors en l’aparellament.
Si això passa en una celula que no prolifera , no s’acumula mutacions que acabin desenvolupant un tumor.
Mutacions induïdes per factors endògens: radiacions ultravioleta Les formacions mes importants es la formació de dimers de pirimidines pot ser per dos o un enllaç covalent.
Mutacions induïdes per factor endògens: mutagens químics Els agents alquilants incorporen grups alquils a les bases nitrogenades -> metilació de bases.
La metilació de bases estan regulades endogenament, hi ha metilases que incoporen grup metils coma fenomen fisiologics pero aqui parlem de metilacions aberrants.
Les metilacions afecten a l’aparellament de les bases.
34 Biologia del càncer Paper dels citocroms (Cyp’s) en la generació de carcinògens i en la formació de DNA “adducts”.
Afegeixen al DNA una molecula organica que son els “adducts”, hi te un paper important els mecanismes de detoxificació de les celules que estan al RE. Els citocroms son proteines que estan al RE implicats en el proces de detoxificaió.
*citocrom C: apoptosi al mitocondri.
Els citocroms quan detecten una molecula organica extranya, la intenten eliminar amb un proces d’oxidació. El benzopirè (tabac) no es toxic per quan s’oxida acumula dos grup hidroxil i un oxigen i passa a ser un carcinogen, es una molecula altament radioactiva que pot reaccionar i acoblar-se en una base nitrogenada. En la seva situaicó inicial això no passaria. QUan s’ha acoblat s’aconsegueix una molecula de DNA on en una de les bases hi ha un benzepirè que genera una mutació per problemes en l’aparellament de bases.
Les aflatoxines venen d’un fong que es diposita als cacauets que estan mal emmagatzemats en zones humides. L’aflatoxina B no es toxica en principi pero el citocrom la transforma a toxica en incorporar grup epoxi.
35 Biologia del càncer Les molecules que son amines heterocicliques que apareixen en menjar cuinats a altes temperatures.
Les amines son molt reactives quan entren en contacte amb els sitems de detoxificació. Les amines quan les ingerim , els citocroms els posen radicals d’oxigen, grups hidroxil que poden interaccionar amb la base hidrogenada. Això es consequencia dels programes de detoxificació de les celules.
Mecanismes de defensa de les cèl·lules per tal d’evitar l’efecte dels agents mutàgens Protecció contra la radiació utlraviolada: els melanòcits absorbeixen la radiació ultraviolada, presència de melanina en els queratinòcits de la pell.
Protecció contra carcinogens químics: presència d’enzims que converteixen les ROS en formes d’oxigen no reactives. Tenim enzims en els peroxisomes que participen com la superoxid dismutasa o la catalasa.
Protecció contra els carcinògens químics: paper de la glutationa i de les glutationa transferases (GSTs) Un mecanisme molt important es el mediat per la glutationa i la GST que es troba en el citoplasma de les celules i fixem-nos que el seu fonament es que la glutationa es un tripeptid on la cisteina te un grup sulfidril. La glutationa transferasa fa que la gluationa interaccioni amb un radical peroxid i aixi es neutralitza els radicals superoxids. Despres la glutationa trasneferasa elimina la glutationa i hi posa un grup hidroxil, aixi ja no tenim especie reactiva.
En alguns tumors es perden els enzims i s’acumulen especies reactives d’oxigen.
36 Biologia del càncer Protecció contra els carcinògens químics: acció de les alquil transferases.
Si posem un agent alquialnt com la ENU induim un grup alquil que s’uneix a la ethylguanina i la MGMT esta encarregada de treure els grups alquil i torna a converir la guanina modificada en la guanina normal.
Tenim un agent que activa la metilació i una altra molecula que intenta protegir dels problemes treien els grups incorporats.
Paper de les alquil transferases en el càncer Col·loquem un agent alquilant (MNU) en un ratoli on es generen limfomes per aquest agent. En una situació normal, si tenim la dotació genetica normal, amb el tractament d’un agent alquilant , l’aparició del limfoma va augmentat segons les dosis.
Si un ratoli expressa una dotació més d’un MGMT, l’aparició de limfomes es 0, és el control. Per tant les metiltransferases son importants en el desenvolupament del tumor.
37 Biologia del càncer Mecanismes de defensa de les cèl·lules per tal d’evitar l’efecte dels agents mutàgens Mecanismes de reparació del DNA. Base excision repair (BER). Repara bases que estan modificades, enlloc d’una A una G (p.e), modifica molt poc el DNA.
Una glicosilasa talla la base mal colocada, un enzim talla la desoxiribosaa que no té base i despres això es reomple amb el sistema de la polimerasa ie s una polimerasa beta,no es la delta , la beta esta implicada en la reparació. Es corregeix i la lligasa actua.
Nucleotid Excision Repair (NER) reparen distorsions adduct. Fa un tall d’una manera molt exacta i elimina la base i la desoxiribosa i despres venen la polimerasa detla o epsilon , no és la beta de reparació.
Error-prone repair Reparar la formació de dimers de timina per acció de la radiació ultraviolada, això crea una distorsió.
La polimerasa pot preveure l’error mentre fa la duplicació i ho intenta reparar.
Quan hi ha el dimer de timina, l’aparellament no es dona be i no sap si ha de posar una A o una G.
Hi ha polimerases especifiques que quan es detecta un error van i l’intenten reparar durant la replicació, poden equivocar-se algun cop.
38 Biologia del càncer Defectes en els sistemes de reparació del DNA incrementen la susceptibilitat al càncer Xeroderma pigmentosum (XP). Mutacions a proteïnes implicades en el NER. La radiacio ultraviolades genera melanomes, apareix en edats molt primerenques. AIxò es degut amutacions a una familia de proteines que es diuen XP on estat implicats els mecanismes de reparació. Es un cancer hereditari.
BRCA1 i BRCA2 Formen complexes implicades en la reparació per recombinació homologa.
BRCA1 es una molecula molt gran que es una xaperona i s’hi uneix diferents molecules implicades en checkpoints i en recombinació homologa. Controla diferents vies.
39 Biologia del càncer HDR
 Afecta als trencament de doble cadena. Els trencament de doble cadena es util quan es trenca en el moment de la replicació.
Trencar la doble cadena, nuclesasa elimina una mica la doble cadena per deixar cadenes simples que es pouguin complementar, si el trencament es net no hem perdut sequencia de DNA.
Les cadenes del cromosoma homoleg serveix de motlle per poder fer la sintesi, no perdem informació.
Despres utiltizem les polimeroases illigases per lligar el cromosoma normal.
Reparació per recombinació no homologa Si es trenca i no te l’homoleg a prop, el mecanisme invicial es el mateix de eliminació d’una mica de DNA i les cadenes han de trobat una zona minimaent complementaria i fer de motlle per la polimerasa. Perdem informació perquè l’aparellament es fa a l’atzar. Encara que es repari, queda un error. Dependra el mal que faci segons com la cadena s’hagi pogut reparar.
40 Biologia del càncer Defectes en els diferents sistemes de reparació del DNA incrementen la susceptibilitat al càncer Els gens tenen en comu microsatelits en les seves sequencies Les cèl·lules tumorals poden presentar alteracions en l’estructura dels cromosomes Son producte de tarnslocació de cromosomes.
Una translocació entre els cromosomes 9 i 22 és responsable de la leucèmia mieloide crònica.
Hi ha una variabilitat en la inestabilitat cromosòmica en el càncer colorectal.
Les alteracions en el nombre de cromosomes poden ser degudes a un increment en el nombre de centríols Un problema poden ser el nombre de centriols, es poden acumular els centriols durant la seva duplicació, en un celula tumoral hi pot haver 5 centriols i llavors quan s’ha de formar el fus mitòtic es crea un fus molt aberratn i la distribució de cromosomes son aberrants.
Les alteracions en el nombre de cromosomes poden ser degudes a diferents tipus d’alteracions gèniques Mutacions en proteines que particiepen en el desenvolupament normal de la mitosi.
Hi ha uncheck point que no permet que els cromosomes es separin fins que no estiguin tots als microtubuls i la placa equatorial estigui ben formada, si falla pot ser que comenci la mitosi i alguns cromsomes no estiguin als mcirotubuls i a la separció es queda flotant el cromosoma i va de mes a uan celula o de menys enuna celula.
ATM: vigilancia reparació DNA securin: unio cromosomes 41 Biologia del càncer Canvis epigenetics en els tumors alteració genetica: alteració en la sequencia del DNA = mutació alteració epigenetica: no es produeix canvis en la sequencia de DNA, el gen esta normal pero esta canviat la condensació de la cromatina al voltant del gen i per ant el gen pot estar inexperssat si la cromatina esta molt condesnada o es expressat sempre si la cromatina poc condesnsada , o hi ha modificacions de bases per metilacions.
Les histones dels nuclesosomes poden estar modfiicades per moltes alteracions sobretot en la cua, les nuleosomes pot ser que no siguin tots iguals, canvis en els nucleosomes remodelació o reposicionament.
Segons les rpoepitats de les histones la cromatina estara mes o menys condesnades.
Pot fer canviar la expressió genica Podem trobar hipo (general) i hipermetilacions (regions especifiques). Increment de metilacio en el promotor i en el primer exo.
Les histones dels nucleosomes, quan s’acetilen, indueixen un desplegament de la cromatina, descondensació.
42 Biologia del càncer Els tumors presenten hipermetilació en els promotors de molts gens.
Els gens supressors de tumors es poden perdre per hipermetilacions.
CpG: sequencies que a vegades s’acumulen i s’anomenen illes CpG, tenen C i G adjacents. Hi ha 22 illes. Estan en la zona promotora fins el primer exo.
Si comparem l’estat de reparació en tumors i en celules normals, vieme que a la celula normal no esta metilat. En els tumors esta practicament totes les illes metilades i epr tant no hi pot haver transcripció per un exces de metilació.
La hipo i hipermetilació es perque estan alterats els gens que metilen.
Diferents gens supressors de tumors, l’alçada de cada torre es la metilació d’aquest gen en la zona promotora i axonica en diferents tipus de tumors.
APC: causa del 90% de cancer de colon quan esta mutada.
Quan les celules amre es edivideix i la progenitora entre en divisió i diferneciació, s’activen programes de modulació epigenetica, determinats promotors .
Hi ha un proces anormal del programa epigentic que pot colaborar en la tranformació d’una celula mare normal a tumoral i al desenvolupament del tumor.
43 Biologia del càncer Les alteracions genetiques i epigenetiques en els tumors afecten l’expressió gènica Pel cancer s’han d’inactivar dos alels que un pot estar inactivat per una alteració genetica i un altre per una alteració epigentica.
Les mutacions i les alteracions epigenetiques producte de les mutacions acumulades, provoca un canvis en l’expressió de gens.
En el gen1 tenim unamutació que genera una mutació anomala.
Gen2 tenim un probema genetic o epigenitc que afecta a l’expressió del gen i pot ser que hi hagi unae xpressió elevada d’una proteina que es normal.
Gen3 el gen te un error o una alteració epigentica al promotor, no es fabrica missatger En el gen4 que normalment no esta actiu , per canvis genetics o epigentics es comença a epressar com en el cancer de colon que trobem proteines que nomes s’expressen en el sistema nerviós normalment.
44 Biologia del càncer Efectes de les alteracions de les proteïnes 45 Biologia del càncer Els microarrays d’expressió permeten identificar i classificar els tumors, premeten evidenciar canvis generals de l’expressió gènica en els tumors. Els microarrays d’expressió o de metilació són útils pel diagnòstic, pronòstic i resposta al tractament.
Analitzem l’expressió genica per millorar la classificaicó dels tumors.
Els programes d’expressio genica permeten definir grups que el patoleg no pot fer i ens pot ajudar a dissenyar noves terapies dirigides a gens que tenen expressió diferencials.
S’han classificat 70 gens que discriminen entre un teixit i un altre.
Els mapes d’expressió genica i els mapes d’analisi epigenti esta utilitzat pser la classifació de tumors, per fer diagnostics, per compara teixit i control k, per fer pronostics o per fer resposta a la terapia.
Tenim alteracions genetiques i epigentiques que son la clau d’errors a les celules mare i al final desencadena el origen i la progressió del tumor.
46 ...

Comprar Previsualizar