După concluzia de netăgăduit, desprinsă din cercetările ultimelor decenii, că boala canceroasă este o complexă afecţiune genetică, au fost elucidate caracteristicile sale definitorii. Prof. dr. Mircea Covic le detaliază în cadrul rubricii Medicina genomică.

"> GENOMICA BOLII CANCEROASE (3) - Viața Medicală
Ars Medici

GENOMICA BOLII CANCEROASE (3)

de Prof. dr. Mircea COVIC - dec. 27 2012
GENOMICA BOLII CANCEROASE (3)

După concluzia de netăgăduit, desprinsă din cercetările ultimelor decenii, că boala canceroasă este o complexă afecţiune genetică, au fost elucidate caracteristicile sale definitorii. Prof. dr. Mircea Covic le detaliază în cadrul rubricii Medicina genomică.

Amprentele cancerului

 

   După cum precizam în primul articol al acestui „serial“ dedicat oncogenomicii („Viaţa medicală“ nr. 46/2012, pag. 7), numeroasele cercetări din ultimele decenii au stabilit cu certitudine că boala canceroasă este o afecţiune genetică complexă produsă prin acumularea în timp a unor modificări genetice şi epigenetice, moştenite şi/sau dobândite, în gene multiple (oncogene, gene supresoare ale creşterii tumorale, genele microARN). Prin aceste evenimente, o clonă celulară capătă un set de caracteristici specifice, proliferează intens şi formează o tumoră, care creşte necontrolat şi diseminează.
   Într-un articol de referinţă, publicat în anul 2000 de prestigioasa revistă Cell (1), Douglas Hanahan şi Robert Weinberg au stabilit şase caracteristici distinctive („the hallmarks of cancer“) dobândite de celulele canceroase în timpul dezvoltării multistadiale a tumorilor: 1) semnalizarea proliferativă permanentă; 2) in­sensibilitatea la semnalele antiproliferative; 3) evitarea morţii celulare programate (apoptoza); 4) potenţialul replicativ nelimitat; 5) inducţia angiogenezei; 6) invazia tisulară şi metastazarea. Achiziţia acestor caracteristici definitorii ale tu­mo­rilor maligne este posibilă ca urmare a două proprietăţi permisive“: insta­bili­tatea genomică a celulelor canceroase şi starea inflamatorie a leziunilor maligne.
   În anul 2011, aceiaşi autori (2) analizează cele şase caracteristici esenţiale ale cancerului, pe baza descoperirilor ştiinţifice realizate în ultimul deceniu, şi concluzionează că aceste caracteristici „au rezistat la proba timpului“, generând şi anumite soluţii terapeutice eficiente (fig. 1). Hanahan şi Weinberg adaugă alte două însuşiri distinctiveposibile, emergente, ale tumorilor:dereglarea energeticii celulare şi evitarea distrugerii imune – implicate în patogenia multor forme de cancer, dar care nu sunt complet validate şi valabile pentru toate tumorile; probabil ele nu sunt necesare pentru producerea cancerului, dar „asistă“ celulele în tranziţia de la normalitate la neoplazie. Pe baza celor două articole de referinţă, vom încerca succint să prezentăm esenţa acestor amprente ale cancerului, care oferă un cadru logic şi unitar pentru înţelegerea diversităţii deosebite a bolii canceroase, precum şi posibilităţi eficace de tratament.

1. Celulele canceroase stimulează propria lor creştere şi proliferare (semnalizare proliferativă permanentă)

   Una dintre caracteristicile fundamentale ale celulelor canceroase este, probabil, capacitatea de a-şi stimula permanent propria lor creştere şi proliferare. Pentru a înţelege această proprietate, este util să ne amintim că celulele normale au nevoie pentru creştere şi diviziune de semnale mitogene externe (reprezentate în special de factori de creştere1), produse (sub o formă difuzibilă) de alte celule (semnalizare paracrină). Aceste molecule(liganzi) se fixează pe receptori transmembranari specifici, care, după activare, transmit semnalul – prin căi de semnalizare intracelulare ramificate – la nucleu, declanşând diviziunea (fig. 2). Întregul proces este reglat prin mecanisme feedback negative, care atenuează semnalizarea proliferativă excesivă (o fac tranzitorie) şi, dacă persistă, induc senescenţa celulară şi apoptoza (3).
   Celulele canceroase au o dependenţă redusă faţă de stimulii proliferativi externi şi deseori nu au nevoie de o astfel de stimulare pentru a se multiplica; prin mutaţiile unor oncogene, aceste celule dobândesc o autonomie proliferativă, producându-şi propriile lor semnale mitogene. Strategiile majore utilizate de celulele tumorale pentru a-şi obţine independenţa proliferativă sunt următoarele (fig. 2): • producerea de factori de creştere proprii, la care răspund prin proliferare (semnalizare autocrină) (de exemplu, TGF-α în sarcoame) • dereglarea receptorilor factorilor de creştere, care transduc semnalele proliferative în interiorul celulei; dereglarea implică fie hiperexpresia receptorilor în multe cancere (de exemplu, amplificarea receptorului HER2/neu în circa 30% din cancerele de sân sau a EGFR în cancerul pulmonar fără celule mici), fie alterarea structurii lor, care produce activarea receptorului şi deci semnalizarea, fără ligand (de exemplu, versiunea trunchiată a receptorului EGF) • alterarea componentelor căilor de semnalizare citoplasmatice, care produc un flux de semnalizare mitogenă fără stimularea lor de către receptori; de exemplu, calea MAP-kinazelor (mitogen-activated protein-kinases), alcătuită din proteinele RAS→ RAF → MEK → MAPK → ERK → FOS, joacă un rol central în circa 25% din cancerele umane (1–3).
   Autonomia proliferativă a celulelor canceroase este determinată de mutaţii activatoare ale oncogenelor. Amplificarea oncoproteinelor care produc independenţa proliferativă este ţinta unor medicamente eficace în tratamentul tumorilor (fig. 2).

2. Celulele canceroase sunt rezistente la semnalele inhibitorii ale proliferării (insensibilitatea la semnalele antiproliferative)

   Pe lângă capacitatea de a-şi stimula intens propria creştere şi proliferare (prin activarea oncogenelor), celulele canceroase sunt insensibile la semnalele care ar putea opri diviziunea celulară. În ţesuturile normale acţionează multiple semnale antiproliferative, externe sau interne, care menţin homeostazia tisulară. Semnalele inhibitorii exogene – fie solubile (TGF-β), fie încorporate în matricea extracelulară şi suprafaţa celulelor vecine (prin molecule de adeziune de tipul caderinelor, care determină „inhibiţia de contact“)2 – sunt primite de receptori transmembranari cuplaţi cu circuite intracitoplasmatice de semnalizare, care blochează diviziunea celulară. Celulele trec din etapa G1 postmitotică în faza G0 de repaus, de unde pot reveni în ciclul celular – atunci când condiţiile o permit – sau renunţă definitiv la diviziune şi se diferenţiază în celule specifice (3).
   Majoritatea circuitelor antiproliferative depind de proteinele codificate de genele supresoare ale creşterii tumorale (GST). Aceste proteine acţionează pe două căi reglatoare complementare, care au ca element principal proteina RB („asociată retinoblastomului“) sau proteina TP53 („gardianul genomului uman“), „gatekeepers“ importanţi pentru progresia în ciclul celular mitotic. Calea RB răspunde, în special, la semnale antiproliferative exogene (de exemplu, TGF-b sau caderina E), care produc fosforilarea proteinei RB şi sechestrarea factorului de transcripţie E2F1, activator al expresiei genelor necesare pentru progresia ciclului celular (G1 → S). Calea TP53 primeşte informaţii de la senzori intracelulari care depis­tează leziuni ale ADN sau alterarea altor subsisteme celulare; celula trece în starea G0 de repaus iar dacă leziunile nu pot fi reparate se declanşează apoptoza. În cancere se produc mutaţii inactivatoare ale GST, care alterează receptorii sau proteinele căilor RB şi TP53, determinând insensibilitatea/rezistenţa la semnalele antiproliferative (1–3).

3. Rezistenţa la mecanismele morţii celulare programate

   Capacitatea tumorilor de a-şi spori numărul de celule este determinată nu numai de creşterea ratei de proliferare, ci şi de rezistenţa celulelor canceroase la mecanismele normale de moarte celulară programată (în special apoptoza sau „sinuciderea“ celulei), care sunt profund alterate în cancer. „Maşinăria“ apoptozei este alcătuită din senzori, care monitorizează semnalele extra- şi intracelulare, efectori (caspazele, ce produc proteoliza celulei) şi reglatori,proapoptotici (de exemplu, proteinele TP53 şi BAX) sau antiapoptotici (de exemplu, proteina BCL-2). Apoptoza este declanşată pe două căi majore: o cale extrinsecă, mediată de receptori membranari, şi o cale intrinsecă sau mitocondrială (3) (fig. 3). Calea extrinsecă este iniţiată prin ataşarea unor liganzi (TNF-α, FAS) la receptori membranari specifici, ce produce recrutarea şi activarea caspazei iniţiatoare 8, care la rândul ei va activa caspaza efectoare 3, răspunzătoare de inducţia apoptozei. Calea intrinsecă este declanşată în special de alterări ale ADN, care, prin activarea proteinei TP53, determină eliberarea unor factori proapoptotici (citocromul c, SMAC3) din mitocondrii, care activează caspazele efectoare 3 şi 9.
   În cancer, rezistenţa la apoptoză este dobândită prin strategii variate (care blochează calea extrin­secă sau intrinsecă), dar cea mai importantă este pierderea unor reglatori proapoptotici prin mu­ta­ţii ce implică gena supresoare TP53 (prezente în peste 50% din tumorile umane) şi inactivarea Bax sau hiperexpresia proteinei antiapoptotice Bcl-2 (fig. 3).
   Majoritatea metodelor actuale de chimio-, radio- şi imunoterapie au ca rezultat activarea meca­nismelor care declanşează apoptoza. De aceea, o mai bună înţelegere a mecanismelor normale şi de rezistenţă în faţa apoptozei va avea fără îndoială un rol major pentru dezvoltarea unor noi strategii de tratament în cancer. În acest context, precizăm că există şi alte mecanisme de moarte celulară programată: autofagia şi necroptoza (3). Autofagia suprimă tumorigeneza în stadiile precoce, dar favorizează progresia tumorală în stadiile avansate. Necroza tumorală produsă de terapiile antitu­morale clasice – deşi este la prima vedere un feno­men benefic, ce contrabalansează hiperproliferarea celulelor tumorale – poate fi în ultimă instanţă un fenomen care facilitează evoluţia tumorală, deoarece celulele necrotice eliberează factori proinflamatori, ce stimulează proliferarea celulelor viabile vecine (3).

4. Imortalizarea celulelor tumorale (potenţial replicativ nelimitat)

   Cele trei caracteristici esenţiale ale celulelor tumorale – autonomia semnalelor de creştere, insensibilitatea la semnalele antiproliferative şi rezistenţa la apoptoză – produc o dereglare a proliferării, care însă nu este suficientă pentru expansiunea unei clone celulare spre o tumoră macroscopică, deoarece celulele umane au un program care limitează natural multiplicarea lor, prin două „bariere antiproliferative“: senescenţa (o stare viabilă, dar neproliferativă) şi apoptoza. Totuşi, într-un anumit moment din cursul evoluţiei progresive, clona canceroasă dobândeşte o capacitate de replicare şi multiplicare fără limite, numită imortalizare.
   Celulele normale ale organismului pot suferi un număr limitat de diviziuni (limita Hayflick) datorită scurtării progresive a telomerelor („călcâiul lui Achile al ADN“), implicate în protejarea capetelor cromozomilor; această scurtare este consecinţa caracterului asimetric al replicării celor două catene ale ADN. La un moment dat, scurtarea telome­relor duce la pierderea capacităţii protectoare a capetelor cromo­zomilor, putându-se genera o instabilitate genomică (prin fuziunea „cap la cap“ a cromozomilor), oprirea proliferării şi apoptoză. Deci lungimea ADN telomeric reprezintă un veritabil „ceas molecular“, ce determină numărul de diviziuni pe care celulele le mai au de efectuat.
   În aproximativ 90% din cancerele umane se produce (prin muta­ţiile oncogenei MYC) o reactivare a telomerazei, o ADN polimerază ce repară eroziunile telomerelor, menţine lungimea lor şi determină un potenţial replicativ nelimitat sau imortalizarea celu­lelor canceroase4. Deşi reactivarea telomerazei joacă un rol-cheie în dezvoltarea tumorilor, se pare că pentru imortalizare este necesar şi un alt eveniment – inactivarea căii RB-E2F1 de control al ciclului celular. Cunoaşterea acestor fenomene are consecinţe prac­tice potenţiale: determinarea activităţii telomerazei poate fi un marker de diagnostic precoce în cancer, iar inhibitorii telomerazei ar putea deveni un mijloc eficace de tratament (molecula GRN163L se află în stadiul de trial clinic).

5. Inducţia şi stimularea angiogenezei tumorale

   Pentru a creşte şi expansiona, tumorile au nevoie de aprovizionarea continuă cu substanţe nutritive şi oxigen, precum şi de eliminarea deşeurilor metabolice şi a bioxidului de carbon. Aceste funcţii sunt realizate prin dezvoltarea unei neovascularizaţii asociate tumorii, prin inducerea şi stimularea procesului de angiogeneză sau de formare a unor vase noi. Angiogeneza este reglată de diferite proteine de semnalizare: inductori (reprezentaţi de factorii de creştere VEGF – „vascular endothelial growth factors“ şi de FGF1 şi 2 – „fibroblast growth factors“) şi inhibitori (de exemplu, trombospondinele 1 şi 2, reglate de TP53), care se fixează pe receptori specifici ai celulelor endoteliale, activând căile de semnalizare intracelulară ce influenţează proliferarea şi creşterea celulelor endoteliale.
   În celulele tumorale se produc cantităţi crescute de inductori ai angiogenezei precum şi blocarea inhibitorilor, ambele fenomene determinând o angiogeneză intensă şi continuă, fenomen important pentru dezvoltarea tumorală. În aceste condiţii, utilizarea unor inhibitori ai angiogenezei ar putea fi benefică în terapia oncologică; în 2004, a fost aprobată folosirea unui anticorp monoclonal direcţionat împotriva VEGF (bevacizumab) şi, mai recent, a unor inhibitori ai receptorilor VEGF, de tipul sorafenibşi sunitinib. Efectele terapeutice sunt însă tranzitorii, dată fiind dezvoltarea secundară a unor mecanisme de rezistenţă. Există şi produse alimentare cu efecte antiangiogenetice: derivatele de soia, bananele, ceaiul verde, vinul roşu etc.

6. Invazia tisulară şi metastazarea

   Invazia ţesuturilor vecine şi metastazarea la distanţă reprezintă caracteristica esenţială a tumorilor maligne. Acest proces începe precoce (!) în dezvoltarea tumorală şi se desfăşoară într-o secvenţă de mai multe etape cunoscută sub numele de „cascada invaziei şi metastazării“: invadarea ţesuturilor vecine, pătrunderea celulelor canceroase în circulaţia sangvină şi limfatică, tranzitul lor spre alte situsuri, ieşirea din circulaţie sau extravazarea, formarea şi creşterea micrometastazelor (colonizarea). Fiecare dintre aceste evenimente este determinat de achiziţia unor noi modificări genetice şi epigenetice în clonele de celule tumorale, precum şi de cooptarea unor celule stromale, care împreună „dotează“ celulele metastatice iniţiale cu caracteristici necesare producerii de metastaze macroscopice (4). „Actorii şi regizorii“ acestui „scenariu“ încep să fie elucidaţi. Un rol important îl au anumiţi factori de transcripţie care stimulează expresia unor gene (deseori specifice unui anumit tip tumoral) ce promovează iniţierea, progresia şi agresivitatea invaziei şi metastazării (2, 4); la aceasta se adaugă inactivarea unor gene supresoare ale metastazării. Descifrarea programelor ce reglează aceste procese devine importantă pentru identificarea unor noi soluţii de tratament. Progrese substanţiale s-au realizat în definirea unui set de gene („semnătura metastatică“) – de exemplu, MammaPrint® sau Oncotype Dx® în cancerul de sân – care se corelează cu metastazarea, putând avea un rol prognostic şi utilitate în luarea unor decizii terapeutice.

7. Instabilitatea genomică

   În majoritatea tumorilor umane se observă o creştere marcată a instabilităţii genomice, o proprietate „permisivă“ care determină achiziţia caracteristicilor distinctive discutate mai sus. Celulele canceroase au o rată crescută a mutaţiilor (2, 3), care determină o succesiune de expansiuni clonale. Acest fenomen se explică prin: • creşterea sensibilităţii la mutageni • compromiterea sistemului de supraveghere care monitorizează integritatea genomului şi determină celulele non-maligne cu alterări genetice să intre în senescenţă sau apoptoză • alterarea unor componente ale „maşinăriei“ de menţinere a stabilităţii genomului şi de reparare a leziunilor ADN. Recent au fost evidenţiate intervenţia frecventă a unor mecanisme epigenetice (metilarea ADN, modificări ale histonelor) ce produc represia unor gene supresoare a creşterii tumorale, precum şi rolul telomerelor în menţinerea stabilităţii genomice.

8. Inflamaţia tumorală

   O altă proprietate „permisivă“ ce creşte achiziţia caracteristicilor definitorii ale celulelor maligne este reprezentată de inflamaţia asociată tumorilor. Cercetări recente arată că aproape toate tumorile prezintă diferite grade de infiltraţie cu celule imunitare şi că inflamaţia asociată tumorilor este un proces precoce care poate exercita un efect de stimulare a progresiei tumorilor incipiente. Inflamaţia furnizează numeroase molecule bioactive în micromediul tumoral, inclusiv factori de creştere care susţin proliferarea celulară, factori de supravieţuire care reduc moartea celulară, factori proangiogenetici, enzime care modifică matricea extracelulară şi facilitează angiogeneza, invazia şi metastazarea, precum şi specii reactive de oxigen cu efect mutagen, care pot accelera evoluţia celulelor canceroase (2, 3).

9. Reprogramarea metabolismului energetic

   Proliferarea celulară cronică şi necontrolată conduce la ajustări importante ale metabolismului energetic pentru a susţine creşterea şi diviziunea celulară. Spre deosebire de celulele normale, care produc energie prin fosforilare oxidativă mitocondrială, în celulele canceroase se produce o reprogramare a metabolismului energetic şi majoritatea energiei celulare este furnizată pe calea glicolizei aerobe (efect Warburg). Deşi eficienţa producerii de ATP este mai redusă, celulele canceroase îşi intensifică importul de glucoză în citoplasmă. Se pare că principalul avantaj al utilizării glicolizei aerobe este acela al generării de nucleozide şi aminoacizi care sunt folosiţi pentru biosinteza de macromolecule şi organite celulare necesare în cadrul diviziunii celulare rapide.

10. Evitarea distrugerii imune

   Sistemul imun operează ca o barieră la formarea şi progresia tumorilor incipiente. Declanşarea unor mecanisme imunologice de apărare antitumorală este posibilă prin recunoaşterea unor antigene tumorale specifice de pe suprafaţa celulelor tumorale şi activarea celulelor dendritice mature, care, prin stimularea unor efectori intermediari, determină expansiunea limfocitelor T citotoxice şi celulelor NK („natural killer“), care distrug celulele tumorale. Celulele tumorale dezvoltă însă în timp mecanisme de imunoevaziune: evitarea detecţiei („se deghizează“ şi devin invizibile pentru sistemul imun) şi secreţia unor factori imunosupresori (TGF-β, IL-10, IDO, iNOS), care paralizează limfocitele T citotoxice. Astfel, celulele canceroase evită distrugerea imună (2).
   În final, vom sublinia două idei, una teoretică şi alta practică, privind caracteristicile distinctive ale cancerului.
   • Tumorile nu sunt o masă „insulară“ omogenă, de celule proliferative; ele formează un organ complex, alcătuit din multiple tipuri de celule distincte, care interacţionează unele cu altele. Parenchimul tumoral este alcătuit din celulele canceroase care iniţiază şi conduc progresia tumorală; ele nu sunt o populaţie omogenă, ci un ansamblu de clone cu profil mutaţional diferit (heterogenitate intratumorală). O subclasă de celule tumorale este reprezentată de celule stem canceroase care se reînnoiesc continuu şi sunt mai rezistente la chimioterapie. Stroma şi micromediul tumoral sunt reprezentate de celule normale asociate/recrutate de tumoră: celule endoteliale, pericite, fibroblaşti, celule inflamatorii imune. Între toate tipurile de celule ce formează tumora se produc interacţiuni complexe (prin diferite tipuri de semnale) care „orchestrează“ dezvoltarea tumorală.
   • Pe baza definirii şi elucidării caracteristicilor distinctive definitorii ale cancerului („hallmarks of cancer“) s-au dezvoltat, în ultimul deceniu, terapii ţintitecătre moleculele implicate în aceste caracteristici (fig. 1). Ele au puţine efecte în afara ţintei (toxicitate redusă), dar răspunsurile clinice sunt tranzitorii, fiind urmate de recădere („rezistenţă adaptativă“), deoarece exprimarea fiecărei capacităţi tumorale se realizează prin căi de semnalizare multiple, paralele şi parţial redundante. Soluţia optimă ar fi combinarea terapiilor („ţintirea concomitentă a tuturor căilor“), pe baza faptului că numărul căilor de semnalizare este totuşi limitat. Despre toate acestea vom discuta în următorul „capitol“ al oncogenomicii.

 

 

1Alte semnale mitogene provin de la matricea extracelulară sau de la adeziunile intercelulare;
2TGF-β = transforming growth factor beta; caderine sau
CDH = calcium-dependent adhesion;
3SMAC = Second Mitochondria-derived Activator of Caspase;
4În alte 10% din cancere, menţinerea normală a lungimii telomerelor se realizează printr-un mecanism alternativ, ce implică multiple recombinări la nivelul telomerelor.

Notă autor:

Bibliografie

1. Hanahan D, Weinberg RA. The hallmarks of cancer. Cell. 2000 Jan 7;100(1):57-70

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

3. Sandovici I, Ştefănescu D, Covic M. Genetica bolii canceroase. In: Genetică medicală, ed. a II-a, Polirom, 2011

4. Valastyan S, Weinberg RA. Tumor metastasis: molecular insights and evolving paradigms. Cell. 2011 Oct 14;147(2):275-92

Abonează-te la Viața Medicală!

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, publicația profesională, socială și culturală a profesioniștilor în Sănătate din România!

  • Tipărit + digital – 249 de lei
  • Digital – 169 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.

Cookie-urile ne ajută să vă îmbunătățim experiența pe site-ul nostru. Prin continuarea navigării pe site-ul www.viata-medicala.ro, veți accepta implicit folosirea de cookie-uri pe parcursul vizitei dumneavoastră.

Da, sunt de acord Aflați mai multe