Autentificare
Dacă ești abonat medichub.ro, autentificarea se face cu adresa de E-mail și parola pe care le utilizezi pentru a intra în platformă.
Abonează-te la „Viața medicală” ca să ai acces la întreg conținutul săptămânalului adresat profesioniștilor din Sănătate!
#DinRecunostinta
Căutare:
Căutare:
Acasă  »  EDUCAȚIE  »  Ars Medici

GENOMICA BOLII CANCEROASE (1)

Viața Medicală
Prof. dr. Mircea COVIC vineri, 23 noiembrie 2012

Proiectul Genomul Uman, finalizat în 2000, a dat speranţe specialiştilor, în legătură cu descifrarea mecanismelor genetice ale multor boli, între care şi cancerul. Portar, îngrijitor, peisagist – nu sunt doar meserii, ci şi categoriile funcţionale ale genelor supresoare ale creşterii tumorale. Alături de oncogene şi de genele ARNmi, ele sunt implicate în apariţia malignităţii. Explicaţii detaliate ale rolurilor acestora, în articolul semnat de  prof. dr. Mircea Covic, la rubrica Medicina genomică.

Rolul central al genomului în dezvoltarea cancerului a fost intuit, la începutul secolului XX, de către Theodor Boveri (1914), care observă „aberaţii cromozomiale bizare“ în celulele canceroase. După aproape cinci decenii, au fost descoperite primele anomalii cromozomiale recurente şi specifice unor tipuri de cancer, cum este translocaţia dintre cromozomii 9 şi 22 („cromozomul Philadelphia“) în leucemia mieloidă cronică, iar în 1982 a fost identificată prima mutaţie somatică implicată în cancer (substituţia G>T în codonul 12 al genei HRAS). Această descoperire remarcabilă a inaugurat epoca cercetării genelor de cancer şi, până în anul 2000, au fost descoperite circa 80 de gene implicate în hemopatii maligne şi cancere solide (1).
   După 30 de ani de cercetări, încununate cu şase premii Nobel, s-a stabilit cu certitudine că boala canceroasă este o afecţiune genetică complexă produsă de acumularea unor modificări genetice şi epigenetice, moştenite şi dobândite, în gene multiple; prin aceste evenimente, o clonă celulară capătă un set complet de capacităţi distinc­tive, definitorii („the hallmarks of cancer“), proliferează intens şi formează o tumoră care evoluează multistadial, creşte necontrolat şi diseminează (2).
   Finalizarea Proiectului Genom Uman (2000) şi dezvoltarea unor tehnologii performante de analiză a genomului, transcriptomului şi proteomului celulelor normale şi canceroase1 au produs o revoluţie în cercetările bolii canceroase, care au culminat recent cu secvenţierea genomului complet al mai multor cancere frecvente. Au fost determinate tipurile majore de modificări genetice şi epigenetice din celulele tumorale, stabilindu-se un set complet al genelor esenţiale (ce codifică proteine sau molecule de ARN necodant) implicate în cancer şi aprofundându-se mecanismele moleculare ale bolii.
   Important este faptul că unele rezultate ale cercetărilor bolii canceroase au fost deja implementate în oncologia clinică pentru: • ameliorarea diagnosticului precoce şi stabilirea subtipului molecular al bolii • identificarea unor noi markeri prognostici • optimizarea tratamentului pentru subgrupe de pacienţi cu acelaşi tip histologic de cancer dar cu profiluri de expresie genică diferite • creşterea posibilităţilor terapeutice prin „inhibarea specifică, ţintită“ („glonţul magic“) a proteinelor codificate de genele de cancer • monitorizarea statusului bolii (prin analiza expresiei unor gene implicate în metastazare sau„semnă­tura metastatică“) şi a eficienţei tratamentului • manage­mentul susceptibilităţii genetice la cancer (3). Cert este că progresele înregistrate în ultimii zece ani „pe toate fronturile“ oncologiei prefigurează „un asalt decisiv“ contra cancerului (împăratul tuturor bolilor“) (4), responsabil de unul din opt decese în întreaga lume, şi perspectivele unei „medicini personalizate în cancer“. Despre toate aceste importante realizări vom discuta într-o suită de articole dedicate genomicii bolii canceroase sau oncogenomicii.

 

Gene implicate în producerea cancerului

 

   În mod normal, o celulă formează, prin diviziuni succesive, o populaţie sau clonă celulară, prin care se realizează dezvoltarea embriofetală, creşterea postnatală şi înlocuirea celulelor senescente sau repararea leziunilor. Aceste procese complexe sunt perfect reglate prin acţiunea a trei categorii majore de gene (1):
   genele proliferative (numite şi protooncogene) codifică proteine implicate în recepţia şi transmiterea (transducţia) semnalelor mitogene (în special factori de creştere) la nucleu, stimulând replicarea ADN şi diviziunea celulară; ele sunt funcţionale în timpul dezvoltării embrionare şi creşterii, fiind de regulă reprimate la adult (exceptând celulele stem adulte);
   genele antiproliferative (gene supresoare ale creşterii celulare) reacţionează la semnalele inhibitorii (externe sau interne), în special la alterările ADN, şi codifică proteine care opresc proliferarea celulară şi eventual declanşează apoptoza (moartea celulară programată);
   genele de reglare, ce codifică molecule mici de ARN necodant, numite micro-ARN (ARNmi) care, în funcţie de necesităţi, suprimă activitatea genelor proliferative sau antiproliferative.
   În cancer se produc, prin modificări genetice şi epigenetice, în gene multiple, dereglări profunde ale mecanismelor care controlează proliferarea celulară; prin aceste evenimente, o clonă celulară proliferează intens şi formează o tumoră malignă.
   Genele implicate în cancer se clasifică funcţional în oncogene, gene supresoare ale creşterii tumorale şi genele ARNmi (1, 5) (v. figura). Înainte de a descrie succint aceste categorii de „gene de cancer“, vom sublinia că fără cunoaşterea acţiunii lor este imposibilă înţelegerea mecanismelor patogenice şi managementului modern al bolii canceroase.
   Oncogenele (exemple: TGFA, EGFR, HER2, SRC, RAF, ERK, MYC etc.) rezultă prin activarea protooncogene­lor, care, în mod normal, sunt reprimate la adult; se produc cantităţi mari de oncoproteine (factori de creştere, receptori, proteine de semnalizare intracelulară, factori de transcripţie, reglatori ai ciclului celular şi ai apoptozei, proteine de remodelare a cromatinei), implicate în diferite puncte ale căilor de transducţie a semnalelor mitogene, ce determină o proliferare celulară crescută şi, împreună cu alte mutaţii, produc cancer. Acest mecanism (descris de Bishop şi Varmus, Premiul Nobel pentru Medicină, 1989) a generat în ultimii zece ani realizarea unor medicamente eficace, care „ţintesc specific“ anumite oncoproteine în exces, de exemplu: BCR-ABL (imatinib, în leucemia mieloidă cronică şi tumorile gastrointestinale stromale), HER2 (trastuzumab, în cancerul de sân şi cel gastric), VEGF (bevacizumab, în cancerul colorectal, bronhopulmo­nar, ovarian), B-RAF (vemurafenib, în melanoame).
   De subliniat că mutaţiile ce produc activarea oncoge­nelor2 sunt mutaţii dominante (An – interesează numai o genă din perechea de alele), cu „câştig de funcţie“ a proteinelor codificate şi pentru a produce cancer necesită un eveniment adiţional (mutaţii în alte gene).
   Genele supresoare ale creşterii tumorale (GST) sau antioncogene (exemple: TP53, APC, RB, BRCA1, BRCA2 etc.) blochează, în mod normal, creşterea şi proliferarea celulelor, activând senescenţa şi/sau apoptoza celulară. În cancere, ele sunt inactivate de obicei prin mutaţii recesive3, succesive, ale ambelor alele („ipoteza celor două lovituri“: NN®Na®aa), care produc „o pierdere de funcţie“ a diverselor proteine pe care le codifică, determinând accelerarea proliferării celulare şi reducerea apoptozei. Unele persoane se nasc cu o mutaţie constituţională (Na) în GST, iar pierderea heterozigozităţii (Na®aa) se poate produce printr-o mutaţie dobândită la vârste tinere, generând „cancere ereditare sau familiale“.
   GST au fost clasificate funcţional în trei categorii (1): genele „gatekeeper“ („portar/paznic“), genele „caretaker“ („îngrijitor“) şi genele „landscaper” („peisagist“). Genele gatekeeper blochează parcurgerea ciclului celular în anumite puncte de control, opresc proliferarea şi activează apoptoza; de regulă, fiecare tip celular este caracterizat printr-o anumită genă gatekeeper (de exemplu, gena APC pentru celulele epiteliale intestinale). • Genele caretaker nu reglează direct proliferarea celulară, fiind implicate în păstrarea integrităţii/stabilităţii genomului; de aceea, au mai fost numite „gene de stabilitate“. Ele participă la depistarea modificărilor/leziunilor accidentale sau induse ale ADN (ce apar spontan în cursul replicării sau sub acţiunea unor agenţi mutageni externi/interni) şi repararea lor, prin multiple căi. Alterările acestor gene cresc frecvenţa de producere şi fixare a mutaţiilor şi determină instabilitate genomică. • Genele landscaper controlează micromediul celular (interacţiunile celulă-celulă sau celulă-matrice extracelulară), care, în mod normal, generează semnale antiproliferative. Mutaţiile acestor gene determină anomalii stromale care induc/susţin proliferarea celulară necontrolată.
   Genele microARN (ARNmi), mai recent descoperite, codifică molecule mici de ARN necodant (de circa 22 de nucleotide), care se cuplează, pe bază de complementari­tate, cu secvenţe din moleculele de ARN mesager ţintă, blocându-le activitatea. Genele ARNmi pot funcţiona atât ca oncogene, cât şi ca GST, în funcţie de genele pe care le reglează. Mutaţiile genelor ARNmi (numite şi „oncomirs“) perturbă activitatea/reglarea celorlalte gene implicate în cancer.
   Descoperirea claselor majore de gene implicate în producerea cancerului, folosind metodele „clasice” ale geneticii moleculare, a determinat elucidarea multor enigme ale patogeniei bolii canceroase dar şi multiple aplicaţii practice. Adevărata „revoluţie” în cancer se prefigurează însă prin aplicarea noilor tehnologii ale „erei omice” care permit analiza aprofundată a genomului, transcriptomului şi proteomului tumoral. Prin introducerea tehnicilor de secvenţiere a ADN de generaţia a doua şi a treia (mai rapide, precise, eficace şi mult mai ieftine) a devenit posibilă secvenţierea completă a genomului mai multor tipuri frecvente de cancer (sân, plămân, prostată, diverse hemopatii maligne ş.a.). Pe această bază The International Cancer Genome Consortium (înfiinţat în 2008) îşi propune ca obiectiv principal „realizarea unui catalog complet al modificărilor genomice semnificative asociate cancerului (The Cancer Genome Atlas sau TCGA), prin analiza a 500 de tumori pentru fiecare din 50 tipuri de cancere diferite, pentru a accelera cercetările în etiopatogenia şi controlul cancerului“ (6).
   Rezultatele obţinute până în prezent (5–8) relevă că „peisajul“ genomului cancerelor analizate este incredibil de complex. Fiecare tumoră conţine un număr foarte mare (între 104–105) de modificări genetice şi epigenetice diverse: substituţii nucleotidice (numeroase), mici deleţii şi inserţii („indels“), rearanjări cromozomiale (neaşteptat de frecvente), creşterea numărului de cópii (amplificări), alterări în metilarea ADN (de exemplu, hipermetilarea şi deci inactivarea consecutivă a GST) sau în ARNmi (care pierd funcţia de reglare), inserţia unor genomuri exogene (oncovirusuri). Reamintim că mutaţiile sunt schimbări definitive în secvenţa nucleotidică a ADN iar modificările epigenetice sunt modificări (remodelări) reversibile ale structurii cromatinei (alcătuită din ADN şi histone), fără schimbarea secvenţei nucleotidice, care influenţează funcţia genei4. Surprinzător a fost faptul că modificările epigenetice sunt la fel de frecvente în cancer ca şi mutaţiile, iar potenţialul lor reversibil aduce speranţa unei terapii de reversie (inhibarea metilării ADN sau a dezacetilării histonelor) (8).
   Toate modificările genetice/epigenetice suntdistribuite aleatoriu, în regiuni codante (în peste 5.000 de gene) şi necodante din genom, fiecare tumoră având ocombinaţie caracteristică de mutaţii. Diversitatea şi complexitatea modificărilor genomice este dezarmantă, dar semnificaţia lor pentru patogenia cancerului este diferită; importante sunt alterările „genelor de cancer“, circa 400 (â2% din genom) descoperite până în prezent în mai multe tipuri de cancere (şi probabil circa 2.000 în total) (5).
   Într-adevăr, numai un număr limitat de mutaţii (deseori comune în mai multe neoplasme), grupateîn genele de cancer, dereglează mecanismele de control al proliferării celulare şi determină formarea tumorii; ele au fost numite mutaţii conductoare („driver mutations“). Cele mai multe dintre mutaţiile identificate în tumori nu influenţează însă biologia tumorală, sunt rezultatul unor modificări accidentale, distribuite la întâmplare în genom şi au fost denumite mutaţii pasagere („passenger mutations“) (6, 8). Se consideră că numai un număr mic de mutaţii conduc­toare (mai puţin de zece) sunt necesare pentru iniţierea clonei canceroase (între două şi cinci mutaţii conductoare „oncogenice“) şi pentru menţinerea/expansiunea tumorală (peste cinci-şase mutaţii conductoare „de menţinere“)(6, 7).
   Rolul central al mutaţiilor conductoare în geneza şi menţinerea tumorii reprezintă un potenţial „călcâi al lui Ahile“ prin descoperirea medicamentelor necesare blocării produselor lor. Din această perspectivă a utilităţii clinice, unele mutaţii conductoare au fost definite ca modificări „acţionabile“ („actionable aberrations“), în sensul că „implică acţiuni practice“deoarece au impact asupra manage­mentului cancerului prin utilizarea lor în diagnostic, prognostic şi/sau predicţie; o parte dintre acestea sunt şi „tratabile“ („druggable aberrations“) – întrucât proteinele codificate pot fi ţinta unor noi terapii, care schimbă evoluţia bolii (6). Astfel, amplificarea genei ERBB2 în cancerul de sân, mutaţiile genei EGFR în cancerul pulmonar fără celule mici şi mutaţiile BRAF în melanom sunt aberaţii „acţionabile“ şi „tratabile“, deoarece au valoare prognostică, produsele lor pot fi inhibate cu terapie ţintită şi sunt predictive pentru beneficiul acestei terapii. În schimb, mutaţiile genei IDH1 în glioblastoame sunt „acţionabile“ ca biomarkeri prognostici, dar nu sunt încă „tratabile“ deoarece nu există medicamente ţintite spre produsul genei. Foarte probabil, oncogenomica va creşte numărul aberaţiilor potenţial „acţionabile“ şi „tratabile“, iar acest fapt va duce la o amplificare a capacităţii de a controla şi trata specific un număr din ce în ce mai mare de cancere.
   În acest context, menţionăm că analiza genomică a unor probe/biopsii multiple din tumora primară a evidenţiat fenomenul de heterogenitate intratumorală: existenţa unor subclone minore, ce derivă din clona majoră, care au mutaţii adiţionale (însă deseori în aceleaşi gene ca şi în clona iniţială). A devenit cert că genomul evoluează pe măsura progresiei tumorii. Evoluţia policlonală „ramificată“ determină însă dificultăţi în folosirea unei terapii ţintite pe o anumită proteină şi explică recurenţa tumorală după astfel de tratamente (noi mutaţii conductoare ce activează căi de semnalizare alternative şi conferă rezistenţă la tratament) (7). Dar leziunile genetice găsite în „trunchiul principal“ (clona iniţială) sunt exprimate şi „în ramurile sale“ (subclone). În aceste condiţii, se impune schimbarea strategiilor terapeutice şi direcţionarea lor spre genă (şi nu spre proteina codificată de genă), urmărind inhibiţia ei funcţională sau restaurarea structurii ei normale (9).
   Analizele întregului genom tumoral în diferite tipuri de cancer au evidenţiat multe alte date şi fenomene inedite: • noi clase de „gene de cancer“ ce codifică proteine care modifică histonele, controlează transcripţia (de exemplu, factori de transcripţie) sau procesarea transcriptelor, inclusiv procesarea micro-ARN • noi căi şi reţele de semnalizare, asociate cu subtipuri clinice distincte • „semnătura mutaţională“ (a unor factori mutageni din mediu), „profilul molecular (de expresie)“ şi terapia ţintită, „semnătura metastatică“ • interacţiunea dintre genele de cancer (epistazie de amplificare sau de supresie, letalitate sau viabilitate sintetică) • circa 80% din mutaţiile genelor de cancer sunt dominante şi codifică proteine care de obicei sunt activate prin mutaţii; acest fapt va amplifica cercetările de identificare a unor terapii inhibitorii ţintite. Vom relua pe larg aceste probleme în articolele viitoare.
   Deşi s-au descris „modele caracteristice“ de modificări genetice în diferite cancere, nu se ştie însă dacă achiziţia mutaţiilor este un proces ordonat sau mai exact dacă este importantă „ordinea“ de achiziţie a modificărilor genetice/epigenetice sau „combinaţia“ lor specifică. A devenit importantă şi viteza de achiziţie a mutaţiilor, deoarece universalitatea dogmei gradualismului (achiziţie treptată, cumulativă) este pusă la îndoială de mutaţiile brutale, „big bangs“, de tipul atriţiei telomerelor sau „cromotripsiei“ – ruperea simultană multiplă şi reasamblarea complexă a cromozomilor, descrise în circa 3% din cancere (10).
   Toate realizările recente ale oncogenomicii au deschis calea medicinii personalizate în cancer, definită ca „o formă de medicină care foloseşte informaţiile despre genele, proteinele şi mediul unei persoane pentru prevenirea, diagnosticul şi tratamentul bolii“ (The US National Cancer Institute). În finalul unui articol special din Journal of Clinical Oncology (2012), o echipă internaţională de experţi concluzionează: „impactul potenţial al genomicii cancerului este enorm“ (6). Cert este şi faptul că patogenia şi managementul bolii canceroase „se rescriu“ în termeni noi, moleculari şi clinicienii care vor să fie „artişti şi nu lăutari“ vor trebui să înveţe şi această nouă partitură „genomică“.

1Integrarea genomicii, transcriptomicii şi proteomicii prin analiza simultană a ADN, a ARN şi a proteinelor unei probe de ţesut tumoral a fost recent numită operomică, fiind unul dintre obiectivele principale ale genomicii bolii canceroase sau oncogenomicii.
2 Activarea protooncogenelor se realizează prin mecanisme multiple: mutaţii sau translocaţii activatoare, hiperexpresie prin amplificare sau anomalii de reglare.
3 Există însă şi excepţii de la această regulă; de exemplu, unele mutaţii ale genei TP53 sunt „dominant negative“, deoarece proteina alelei mutante împiedică funcţia proteinei alelei normale.
4 Modificările epigenetice realizează fie „o configuraţie închisă“, prin condensarea cromatinei (produsă de metilarea ADN şi a histonelor), care blochează funcţia (transcripţia) genelor,  fie „o configuraţie deschisă“/decondensarea cromatinei (prin demetilarea ADN şi/sau acetilarea histonelor), care permite activitatea genelor.
Bibliografie

1. Sandovici I, Ştefănescu D, Covic M. Genetica bolii canceroase. În Genetica medicală. Ed. a 2-a. Polirom, Iaşi, 2011

2. Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011 Mar 4;144(5):646-74

3. McDermott U, Downing JR, Stratton MR. Genomics and the continuum of cancer care. N Engl J Med.
2011 Jan 7;364(4):340-50

4. Mukherjee S. Împăratul tuturor bolilor – o biografie a cancerului. Editura All, Bucureşti, 2012

5. Stratton MR. Exploring the genomes of cancer cells: progress and promise. Science. 2011 Mar 25;331(6024):1553-8

6. Tran B, Dancey JE, Kamel-Reid S, McPherson JD, Bedard PL, Brown AM, Zhang T, Shaw P, Onetto N, Stein L, Hudson TJ,
Neel BG, Siu LL. Cancer genomics: technology, discovery
and translation. J Clin Oncol. 2012 Feb 20;30(6):647-60

7. Eifert C, Powers RS. From cancer genomes to oncogenic drivers, tumour dependencies and therapeutic targets.
Nat Rev Cancer. 2012 Aug;12(8):572-8

8. Stratton MR, Campbell PJ, Futreal PA. The cancer genome. Nature. 2009 Apr 9;458(7239):719-24

9. Ashworth A, Lord CJ, Reis-Filho JS. Genetic interactions in cancer progression and treatment. Cell. 2011 Apr 1;145(1):30-8

10. Longo DL. Tumor heterogeneity and personalized medicine.
N Engl J Med. 2012 Mar 8;366(10):956-7

Abonează-te la Viața Medicală

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, săptămânalul profesional, social și cultural al medicilor și asistenților din România!
  • Tipărit + digital – 200 de lei
  • Digital – 129 lei
Titularii abonamentelor pe 12 luni sunt creditați astfel de:
  • Colegiul Medicilor Stomatologi din România – 5 ore de EMC
  • Colegiul Farmaciștilor din România – 10 ore de EFC
  • OBBCSSR – 7 ore de formare profesională continuă
  • OAMGMAMR – 5 ore de EMC
Află mai multe informații despre oferta de abonare.