kasvufaktorid, retseptorid ja vähk

Onkobioloogia

Taavi Päll lektor, Tallinna Tehnikaülikool

2/50

Recap

OnkogeenOnkogeen on geen mis võib potentsiaalselt vähki tekitada

Vähkides on onkogeen muteerunud või ekspresseeritud ebanormaalselt kõrgel tasemel.

Proto-onkogeen on normaalne geen mis võib muutuda onkogeeniks.

·

·

·

4/50

Onkogeenide aktivatsioonOnkogeenide aktivatsioon on tingitud geneetilistest mutatsioonidest proto-onkogeenides:

Sellised mutatsioonid viivad muutusteni protoonkogeeni ekspressioonis või struktuuris.

·

Regulatoorsed (protoonkogeeni amplifikatsioon, tuumorsupressorgeeni deletsioon);

Struktuursed (mutatsioonid, kromosomaalsed aberratsioonid).

-

-

·

5/50

Kasvufaktorite-retseptorid

Normaalsed rakkude kasv sõltub rakuvälistestsignaalidest

Need signaalid on vaja ära tunda ja rakku sisse edastada·

Pilt: The ErbB signalling network.

7/50

Normaalse koe arhidektuur sõltub erinevaterakutüüpide vaheliste proportsioonide säilimisest

Käärsoole epiteel koosneb ühest kihistepiteeli rakkudest (enterotsüüdid) jamoodustab iseloomulikud sõrmjadsopistised all olevasse sidekoesse

Sõrmjate sopististe põhjas asuvad soolekrüptid

Igas krüptis asuvad tüvirakud

Rakkude jagunemine toimub ainult krüptisja diferentseeruvad rakud liiguvad krüptistvälja

·

·

·

·

Pildid: üleval, library.med.utah.edu; all, The Intestinal Crypt, A Prototype Stem Cell Compartment.

8/50

Rakud ei otsusta jagunemist autonoomseltKuigi koekultuuri baassööde sisaldab kõiki elutegevuseks vajalikke toitaineid (aminohapped,vitamiinid, glükoos) ei piisa nende olemasolust, et rakud hakkaksid jagunema

Vajalikud on ka kasvufaktorid, mida leidub näiteks seerumis

·

·

Pilt: seerumi efekt inimese veresoonerakkude jagunemisele.

9/50

Fibroblastide jagunemine haava paranemisel sõltubvereliistakute poolt vabastatavast kasvufaktorist

Vereliistaku -graanulid sisaldavadkasvufaktorit PDGF

· α PDGF retseptor on vajalik fibroblastidePDGF-stimuleeritud migratsiooniks jajagunemiseks

·

Pilt: vasak, Platelets and the immune continuum; parem, Deletion of the PDGFR-β Gene Affects Key Fibroblast Functions Important for Wound Healing.

10/50

Onkogeenid võtavad kasvukontrolli üle

Pilt: Oncogene products are links in signal chains that stretch from the cell surface to the genetic material in the cell nucleus. This chain is composed of (1)growth factors, (2) growth factor receptors, (3) signal transducing proteins in cell membranes, (4) phosphokinases in the cytoplasm and (5) proteins transportedfrom the cytoplasm into the nucleus where they bind to DNA. The localization of different oncogene products (Sis, ErbB, Ras, Src, Myc) is schematicallyindicated. Bishop and Varmus, 1989

11/50

Türosiin kinaasid signalisatsioonis

Src kinaasse aktiivsuse avastamine

Proc Natl Acad Sci USA 75:1567, 1978. M. S. Collett and R. L. Erikson: Protein kinase activity associated with the avian sarcoma virus src gene product.

Src oli esimene onkogeen mis avastati.

Src on selgroogsetel väga konserveerunudvalk ja seega mitte eriti immuunogeenne.

lõpuks siiki v-Src-i ära tundvad antikehadsaadi

Src kinaasne aktiivsus avastati kui temaimmuuno-sadestus reaktsiooni lisati

ATP-d (kahtlustati, et Src võiks ollakinaas).

Raporteeriti, et Src fosforüleerib treoniine.

·

·

·

·

[ P]γ 32

·

13/50

Src fosforüleerib türosiineEnne Src-i oli teada, et kinaasid fosforüleerivad valkudes seriine ja treoniine.

1979. aastal uuris Tony Hunter polüoomiviiruse antigeeni ja peale Src-i kinaasseaktiivsuse avastamist tegi ta katse, kas ka middle-T võiks olla kinaas - oli!

Selgus, et seriini ega treoniini ei fosforüleerita, vaid mingit muud aminohapet, mis osutushiljem türosiiniks.

Sama lähenemist kasutades testis ta ka Src-i kinaasset spetsiifilisust.

·

·

·

·

The Biology of Cancer (Garland Science 2007)

14/50

Src toimib tsütoplasmaatilise türosiin kinaasinaKinaasne domään (SH1 - )

SH2, fosfotürosüül peptiide siduv domään

SH3, proliinirikkaid järjestusi siduvdomään

Alumine pilt, v-src erineb c-src-st C-terminaalse deletsiooni poolest

·

·

·

·

Pilt: Nature reviews in medicine.

15/50

SRCil kirjeldatud rohkem kui 50 valgulistsubstraati

Kinaasidel on palju rakulisi substraateSrc-i aktivatsioon vabastab SH2 ja SH3domäänid inhibitsioonist ja võimaldab Src-il läbi nende domäänide seostuda teistevalkudega (Src-i substraadid).

Enamus Src-i substraate on seotudadhesiooni ja migratsiooniga.

Transformeeriv aktiivsus (stimuleeribrakkude jagunemist) Src-il ilmselt seotudPI3K-Akt aktivatsiooniga.

Inimesel siiski Src-i mutatsioone (C-terminaalne trunkatsioon) leitud ainultväiksel osal kaugele arenenudsoolekasvajatel. Soolekasvajates ei esineka c-Src-i amplifikatsioone (TCGA).

·

·

·

·

16/50

Kinaaside pleiotroopne toimeFosforüleerimine põhjustab substraatidel muutuse funktsionaalses staatuses

Seriin-treoniin kinaas PKB/Akt reguleerib ellujäämist läbi effektorvalkude aktiveeriva jainhibeeriva fosforüülimise

·

·

Pilt: wikipedia

17/50

Esimene retseptor-türosiinkinaas mis avastati oli EGFretseptor

EGF omas proliferatsiooni stimuleerivat toimet erinevatele epiteliaalset päritolu rakkudele.

Kuid see toime esines ainult siis kui EGF seostus rakule, viidates rakupinna retseptoriolemasolule.

EGF retseptor isoleeriti emaka epidermoidsest kasvajast kus see oli tugevalt üle-ekspresseeritud.

·

·

·

The Biology of Cancer (Garland Science 2007)

18/50

Türosiinkinaas retseptorite struktuurImetajatel ~20 klassi TKR.

Tsütoplasmaatiline domään onkonserveerunud.

Suur varieeruvus rakuvälises domäänis.

·

·

·

Pilt: themedicalbiochemistrypage.org

19/50

Türosiini kinoomHulkraksete organismide genoomis esindavad türosiin kinaasid ~10–15% kõigist valgukinaasi geenidest

-il on 90 TK kokku 454 kinaasist, inimestel 90 TK kokku 525 kinaasi geenist

Inimesel on neist 90 türosiin kinaasist 58 RTK (neist neljal puudub kinaasne aktiivsus, nt.ErbB3)

Enam kui 99% fosfo-aminohapetest on normaalsetes rakkudes fosfo-treoniin ja fosfo-seriin;fosfo-türosiin moodustab 0.05 kuni 0.1% totaalsest fosfo-aminohapetest

·

·

·

·

20/50

RTK onkogeense aktivatsiooni mehhanisme

Muteerunud kasvufaktori retseptor võib toimidaonkogeenina

N-terminaalne deletsioon põhustab v-ErbB ligand sõltumatu konstitutiivse aktivatsiooni.

1984. aastal avastati, et EGF retseptori (erbB) valgujärestus on homoloogne linnuerütroblastoosi viiruse onkogeeniga v-ErbB.

·

The Biology of Cancer (Garland Science 2007)

22/50

Mutatsioonid kasvufaktorite retseptoritespõhjustavad ligand-sõltumatut aktivatsiooni

The Biology of Cancer (Garland Science 2007)

23/50

Retseptor türosiin kinaasid inimese kasvajatesRETSEPTOR LIGAND MUTATSIOON VÄHITÜÜP

EGFR/ErbB1 EGF, TGF­a üle­ekspressioon erinevad kartsinoomid; glioblastoom

EGFR/ErbB1 ektodomääni deletsioon glioblastoom, kopsu­ ja rinnakartsinoomid

ErbB2/HER2/Neu NRG, EGF üle­ekspressioon 30% rinnakartsinoomidest

ErbB3,4 erinevad üle­ekspressioon suuõõne lamerakuline kartsinoom

Flt­3 Flt3 ligand (FL) tandem duplikatsioon äge müelogeenne leukeemia

Kit SCF aminohappe asendused GI strooma kasvajad

Ret GDNF fuusion, punktmutatsioonid kilpnäärme kartsinoomid, endokriinsed neoplaasiad

FGFR3 FGF üle­ekspressioon, ah asendused multimüeloom, kusepõie­ ja emakakaela kartsinoomid

24/50

RTK mutatsioonid mao adenokartsinoomides

doi:10.1038/nature13480

Enamus muutusi RTK-s on seotudkoopiaarvu muutustega.

Lisaks ka sage VEGFA amplifikatsioon.

·

·

25/50

Kõrval: Rinnanäärme kartsinoomi rakudekspresseerivad EGF retseptorit (punane) jaselle ligandi (roheline).

Kasvajarakud sekreteerivad autokriinseidkasvufaktoreid

TGF − α

The Biology of Cancer (Garland Science 2007)

26/50

Autokriinsed kasvufaktorid inimese vähkidesLIGAND RETSEPTOR VÄHK

HGF Met endokriinsed kasvajad, invasiivsed rinna­ ja kopsuvähid, osteosarkoom

IGF2 IGF­1R käärsoole kasvajad

IL­6 IL6R müeloom, pea­kaela lamerakuline kartsinoom

IL­8 IL8RA kusepõie kartsinoom

NRG HER2/ErbB3 munasarja kartsinoom

PDGF­BB PDGFR osteosarkoom, glioom

PDGF­C PDGFR Ewingi sarkoom

PRL (prolaktiin) PRL­R rinna kartsinoom

SCF KIT Ewingi sarkoom, väikeserakuline kopsu kartsinoom

VEGF­A VEGFR neuroblastoom, eesnäärme kasvajad, Kaposi sarkoom

TGF­a EGFR lamerakuline kopsuvähk, rinna­ ja eesnäärme adenokartsinoom, kõhunäärme

kasvaja, mesotelioom

GRP (gastrin­releasing

peptide)

GRP­R väikeserakuline kopsu kartsinoom

27/50

IGF2 amplikatsioon käärsoole kasvajatesIGF2 geeni sisaldav genoomipiirkond11p15.5 on amplifitseerunud ~7% CRC-s,põhjustades IGF2 üle-ekspressiooni neisvähkides.

Lisaks on IGF2 üle ekspresseeritud kamuudel põhjustel.

IGF2 või IRS2 ( )üle-ekspressioon ja PI3K raja mutatsioonidon üksteist välistavad.

·

·

·

doi:10.1038/nature11252

28/50

Kaposi sarkoomi rakud sekreteerivad mitmeiderinevaid faktoreid

Kaposi's sarcomas produce PDGF, TGF-β, IGF-1, angiogenin 2 (Ang2), CCL8, CXCL11,endothelin and express their receptors.

At the same time, the causal agent of this disease, the human herpesvirus-8 (HHV-8)produces vIL-6 and macrophage inflammatory protein (vMIP).

·

·

Pilt: wikipedia

29/50

Klassikaliselt toimub see läbi dimeerse ligandi(kasvufaktori) vahendatud retseptoridimerisatsiooni ja sellele järgneva trans-fosforülatsiooni

Näiteks: KIT, VEGFR.

HER2 aktivatsioon

RTK aktivatsoon

30/50

RTK dimerisatsioon: 4 põhilist moodustTrkA: ligand vahendatud dimerisatsioon,retseptorid oma vahel ei interakteeru.

KIT: ligand vahendatud dimeer, retseptoridseostuvad omavahel otseselt.

FGFR: mitmed kontaktid reseptori, ligandija hepariini vahel.

EGFR/ErbB perekond: ligandidindutseerivad retseptori dimerisatsiooni,kuid ise ei interakteeru.

·

·

·

·

31/50

EGFR dimerisatsioon

Pilt:Structural View of Ligand-Induced Dimerization of the hEGFR ECRBessmann et al.

32/50

RTK kinaasse domääni aktivatsioonKõigi retseptorite kinaasi domäänid (TKD) koosnevad C-terminaalsest ja N-terminaalsestosast ja aktivatsioonilingust

Aktiveeritud olekus on erinevate retseptorite TKD struktuurid sarnased.

Inaktiivsed domäänid on aga retseptoritel erinevad, peegldades regulatoorsetmitmekesisust

Autoinhibitsioon toimib molekuli siseselt ( )

Retseptori aktivatsioonil toimub domääni vabastamine autoinhibitoorsest interaktsioonist

·

·

·

autoinhibitsioon läbi aktivatsioonilingu,

jukstamembranne autoinhibitsioon,

C-terminaalne autoinhibitsioon

-

-

-

·

·

33/50

Geenifuusionid põhjustavad konstitutiivseltaktiivsete retseptorite tekke

Anaplastic lymphoma kinase (ALK) and c-ros oncogene 1 (ROS1) are relatedreceptor tyrosine kinases (RTKs).

ALK and ROS1 have been identified asmutant C-terminal (kinase domain) fusionproteins in research studies of a widerange of human cancers

·

·

Pilt: cellsignal.com

34/50

Lisaks RTK-le on veel palju erinevaid kasvufaktoriteretseptoreid-radu

Jak perekond ( ), seostuvad tsütokiini ja kasvufaktoriteretseptoritele millel endal puudub kinaasne aktiivsus (kasvuhormooni retseptor, EPO-R, IFN-R).

TGF- retseptorid (NB! seriin-treoniin kinaasse aktiivsusega), aktivatsioon üle tüüp-I (vajabaktivatsiooni) ja tüüp-II (konstitutiivselt aktiivne ser/thr kinaas) retseptoriteheterodimeriseerumise.

Notch retseptorid, parakriinse ligandi sidumisel toimub reteptori proteolüütilineaktivatsioon ja Notch ICD ( ) transporditakse tuuma, kus toimib TF-na.

Hedgehog signaalirada, Patched-Smoothened-Gli, basaalrakuline kartsinoom.

Wnt signalisatsoon, Frizzled retseptor, toimib beta-kateniini stabiilsuse jatranskriptsioonilise aktiivsuse kontrollina. Wnt rada on oluliselt häiritud soolekasvajates.

·

· β

·

·

·

35/50

Janus kinaasi tsütokiini retseptoridJak perekond, seostuvad tsütokiini jakasvufaktorite retseptoritele millel endalpuudub kinaasne aktiivsus

Näited: kasvuhormooni retseptor, EPO-R,IFN-R

·

·

Pilt: nature.com

36/50

TGF- retseptoridβTGF- retseptorite aktivatsioon toimub üle tüüp-I ja tüüp-II retseptoriteheterodimeriseerumise

· β

Pilt: nature.com

37/50

Wnt-wingless rada

Pilt: nature.com

Wnt signalisatsoon toimib läbi Frizzledretseptori

Wnt ligandid on maatriksiga seotud ja polevabalt diffuseeruvad

Rada toimib -kateniini stabiilsuse jatranskriptsioonilise aktiivsuse kontrollina

Wnt rada on oluliselt häiritudsoolekasvajates

·

·

· β

·

38/50

Wnt ja TGF- radade mutatsioonid käärsoolekasvajates

β

Wnt raja retseptor Frizzled (FZD10) ~30% juhtudest üle-ekspresseeritud.

TGF-beta ja Aktiviini retseptorid muteeritud vastavalt 60% ja 80% juhtudest.

·

·

doi:10.1038/nature11252

39/50

Notch signaaliradaNotch retseptorile parakriinse ligandi(Delta/Jagged) sidumisel toimub reteptoriproteolüütiline aktivatsioon -sekretaasidepoolt

Notch rakusisene domeen (ICD)transporditakse tuuma, kus toimib TF-nakoos koaktivaatoritega

Ligand-sõltumatu konstitutiivselt aktiivneNotch signalisasioon toimub u. pooltes T-raku leukeemiates

·

γ

·

·

40/50

Hedgehog signaaliradaImetajatel: Patched-Smoothened-Gli

Ptc ja Smo mutatsioonid esinevadbasaalrakulises kartsinoomis

Ptc mutatsioonid medulloblastoomides

·

·

·

41/50

Rakuvälise maatriksi retseptorid

Integriinid

doi:10.1038/nrm1229

Rakuvälise maatriksi (ECM) retseptorid.

Heterodimeerid: 18 - ja 8 -subühikut.

Rakkude adhesioon, migratsioon, anoikis.

Integriinide tsütoplasmaatilised sabadseovad mitmeid valke, nt. taliin, vinkuliin,

-aktiniin, mis seostuvad aktiinitsütoskeletile ja seeläbi vahendavad kõikiintegriini rakulisi funtsioone.

Seest-välja (inside-out) signalisatsioonreguleerib integriini afiinsust,

·

· α β

·

·

α

·

integriini subühikute tsütoplasmasabade vaheline interaktsioon takistabaktivatsiooni.

-

43/50

- ja -subühikute kombinatsioonid tagavadspetsiilisuseα β

doi:10.1186/gb-2007-8-5-215

44/50

Integriinide ECM ligandidINTEGRIIN ECM LIGAND

kollageen, laminiin, vitronektiin, fibronektiin

vitronektiin, fibrinogeen, trombospondiin (angiogenees)

fibronektiin

laminiin

laminiin

fibrinogeen

laminiin (epiteliaalsed hemidesmosoomid)

Ligand-binding specificities of human integrins

α1β1

αvβ3

α5β1

α6β1

α7β1

α2β3

α6β4

45/50

Integriinid organiseerivad raku adhesioonidRakkude adhesioonid on multivalk kompleksid millel on mehhaanilised ja signaali üle kandvadfunktsioonid.

46/50

-integriin vähi arengusβ1-integriin on hiire rinnavähi mudelis

vajalik kasvaja tekkes ja hilisemas faasisvähirakkude jagunemisvõimesäilitamiseks.

,doi:10.1016/j.ccr.2004.06.025 (kõrval olevpilt).

Inimese vähkides on β1 integriinid üleekspresseeritud nt. pea-kaelalamerakulises kartsinoomis ( ) jamäärab kasvajarakkude resistentsuseradioteraapiale, doi:10.1172/JCI61350.

· β1

·

47/50

GPCR

doi:10.1038/nrm2299

G-valgulised retseptorid (genoomis 800geeni).

Mitogeenid nagu trombiin, lüsofosfatiidhape (LPA), gastrin-releasing peptide(GRP), endoteliin ja prostaglandiinidstimuleerivad rakkude jagunemist läbioma spetsiifiliste GPCR-ide.

Munasarja vähi astsiit sisaldab palju LPA-dja stimuleerib rakkude jagunemist jakemoresistentsust.

G valgu kompleks ( , ja subühikud)aktiveerub seostudes retseptorile

·

·

·

· α β γ

48/50

Lingid teistele loengutele

Sissejuhatav loeng

Vähitüübid

Onkoviirused

Onkogeenid

Retseptorid

Signaalirajad

Tuumorsupressorgeenid

Rakutsüklikontroll

·

·

·

·

·

·

·

·

p53 ja apoptoos

Immortalisatsioon

Tumorigenees

Genoomiterviklikkus

Mikrokeskkond

Metastaasid

Immuunsus

Vähiravimid

·

·

·

·

·

·

·

·

50/50