HÜCRE PROLİFERASYONU ve KONTROLÜ Prof.Dr.Asuman Sunguroğlu 2010

Normal hücre bölünmesi kontrol altındadır:Normal dokularda hücre sayısının artışı organizmanın ihtiyaçları doğrultusunda gerçekleşir. Azalmış hücre çoğalması veya artmış ölüm hızı dokuda herhangi bir anormal artışı önlemektedir.

Normal hücre populasyonunun küçük bir miktarı immortal (sınırsız sayıda çoğalabilen) hücrelerdir. Bu hücreler organizmanın diğer kısımlarından gelen sinyallerin etkisiyle kendilerini yenileme ve ayrıca organizmanın gerekli fonksiyonlarını görmek üzere diferansiye olabilen yeni hücreler oluşturma yeteneğine sahiptirler. Hücreler yeteri kadar bölündükten sonra diferansiye olurlar ve daha sonra, yaşlanıp istirahat (senesens) fazına girerler, fonksiyonunu tam olarak yerine getiremeyen hücreler ölür.

Diferansiyasyon, immortalite ile ters ilişkilidir Diferansiyasyon, immortalite ile ters ilişkilidir. İmmortal kanser hücresi dizilerinin aksine, diferansiye olmuş normal hücreler, hücrelerin kaç kez bölündüğünü sayan biyolojik bir saate (telomer) sahiptir. Belli bir sayıya ulaşıldığında hücre artık daha fazla bölünemez. Örneğin, insan fibroblast hücreleri hücre kültürlerinde yaklaşık 50-60 kez bölünür. Sonra, beslenme koşulları ne olursa olsun bir daha bölünemez (Hayflick sınırı).

Molecular Biology of the Cell Alberts, 3rd edition

Kanser, sık görülmesi ve ölümle sonuçlanabilmesinden dolayı günümüzün en önemli sağlık sorunlarından biridir. Kanseri anormal hücrelerin kontrolsüz çoğalması olarak tanımlayabiliriz. Kanser hücrelerini iki kalıtılan özelliği sayesinde normal hücrelerden ayrılmaktadır; (1) kontrolsüz bir şekilde sürekli bölünerek çoğalmaları, (2) diğer dokuları istila etmeleri ve oralarda koloni oluşturmalarıyla ayırt edilmektedirler.

Anormal hücreler kontrolsüz bir şekilde proliferasyon gösteriyorsa neoplasm veya tümör oluşumuna neden olurlar. Eğer bu neoplastik hücreler bir kütle halinde bir arada kümelenirse bu tip tümörlere benign adı verilir. Bu hücreler etraflarındaki dokuları da istila etme yeteneği kazanırlarsa bu tip tümörlere de malign adı verilir. İnvasiv(çevre dokuya yayılım) özellik kazananlar genellikle diğer hücreler ile olan bağlantılarını koparır ve kana veya lenfatik damarlara geçerek diğer dokulara giderler. Böylece ikincil tümör formu oluşur, bunlara da metastaz adı verilir.

Tümör hücreleri ve kanser *Normal diferansiye matür hücrede: -Hc bölünmesi sıkı şekilde kontrol edilir -Belli bir bölgede lokalizedir *Bölünme kontrolü yitirilirse aşırı hc bölünmesi -Hiperplazi---Benign tümör özelliğidir Hc yapısı ve fonksiyonu hafifçe değişmiştir. Kitle lokalize ve genellikle kapsul ile çevrilidir -Displazi---Kanser(Malign tümör ) Hc yapısı ve fonksiyonu tamamen değişmiştir. Komşu hücrelere tutunma kaybolur Diğer dokulara ve organlara yayılım(metastaz) vardır.

Hücresel düzeyde tümör oluşumu multistep bir olaydır. Bu olaydaki ilk adım, tümör başlangıcında oluşan bir mutasyonun neden olduğu genetik değişikliğin tek bir hücrenin anormal proliferasyonuna yol açmasıdır. Hücre proliferasyonu tümör hücrelerinden oluşan kolonilerin büyümesine yol açar.

Tümör ilerleyişinde tümör populasyonundaki hücreler içerisinde ilave mutasyonlar meydana gelir. Bu mutasyonların bazıları hücrelere avantaj sağlamakta ve diğerlerinden farklı kılmaktadır. örneğin hızlı bir şekilde çoğalabilirler ve dolayısıyla tümör populasyonunda dominant duruma geçerler. Bu işleme “klonal seleksiyon” adı verilir. Bu yeni tümör klonları yalnızca hızlı proliferasyon özelliğine sahip değildir ayrıca metastaz, invazyon veya hayatta kalabilme gibi özelliklere de sahiptirler. Bu koloni seçimi sayesinde tümörler sürekli olarak daha hızlı büyümekte ve malign artış göstermektedirler.

Kanser hücreleri: Hücre proliferasyonunun kontrolü için gerekli olan içsel ve dışsal sinyallere aldırmaksızın çoğalırlar, Apoptozdan kaçınırlar, Programlanmış olan sınırlı proliferasyondan kaçınır ve ayrıca farklılaşmadan ve replikatif senesensten kaçarlar, Genetik olarak kararsızdırlar, İnvazyon yeneteğine sahiptirler Metastaz yeteneğine sahiptirler.

Genler ve Karsinojenler Hc bölünmesi bazı farklı regülatör proteinler tarafından kontrol edilir Proto-onkogenler(Hc bölünmesinin pozitif regülatörüdür.) >60 protoonkogen vardır Hormonlar,reseptörler, tirozin kinaz, transkripsiyon faktörleri vb Protoonkogen----->onkogen Tumor supressor genler--- > Hc bölünmesini ve büyümesini baskılar) Mutasyonlar veya değişmiş gen ekspresyonu karsinogeneze eşlik eder Kanser, multistep bir süreçdir

Onkogenlerin Keşfi Onkogenlerin büyük çoğunluğu proto-onkogenlerin değişmiş formları olarak RNA tümör viruslarından elde edilmiştir. 1909, Payton Raus, tavuklarda v-src, c-src

KONTAKT İNHİBİSYON-normal hücrede gözlenir

Kanserin nedenleri *İnfeksiyöz ajanlar -Viral HPV- servikal kanserler DNA mutasyonları -Radyasyon—çevresel etmenler(tütün,alkol,radon,asbestvb) -Randomize somatik mutasyonlar -Kalıtılan germ line mutasyonlar *Genetik yatkınlık-Rb,p53,AC,BRCA1,BRCA2 *İnfeksiyöz ajanlar -Viral HPV- servikal kanserler Hepatit- karaciğer kanseri -Bakteriyal H.pylori-mide kanseri

Kanser genetik bir hastalıktır. İki tip gen, kanser oluşumunda oldukça önemlidir. Onkogen Tümör baskılayıcı genlerdir

Onkogenler Proto-onkogenlerin (c-onc veya normal hücre genleri) değişikliğe uğramış formudur. Proto-onkogen ürünleri hücre döngüsü, hücre bölünmesi ve farklılaşmada rol alır.

Onkogenlerin Protein Ürünleri 1- GF 2- GF reseptörleri 3- Sitoplazmik kinazlar 4- G proteinleri 5- “Survival” proteinler (anti-apoptotik proteinler) 6- Nükleer proteinler 7- Transkripsiyon faktörleri

Onkogenler Onkogenler normal olarak hücrede bulunmakta ve “gain of function” mutasyonları sonucunda oluşmaktadırlar. Ancak erken dönemlerde aktif olan bu genler daha sonradan susturulmaktadır. Bu genlerde meydana gelen bir takım mutasyonlar sonucu aktif hale geçerler ve bunlara onkogen adı verilir. Örn: src, sis, abl,…

Proto-onkogenler normal şartlarda hücre siklusunun devamında itici rol oynamakta, ancak çeşitli mekanizmalar ile ekspresyonlarının artmaları ve hücre içi kontrol mekanizmalarına refrakter hale gelmeleri sonucunda onkogenlere dönüşerek aşırı hücre bölünmesine yol açmaktadırlar.

Onkogenlerin aktivasyon mekanizmaları Hücre bölünmesini pozitif regüle eden Protoonkogenlerin aktivasyonu; Translokasyonla, Gen Amplifikasyonu, Genin kontrol bölgesinde nokta mutasyon, Gen içinde nokta mutasyon ile gerçekleşir. Molecular Biology of the Cell, Albert, 3rd edition

Sitogenetik olarak gözlenen yer değiştirmeler 3 genel kategoride sınıflandırılır: a)Delesyonlar(genetik materyalin net kaybı) b)Translokasyonlar(tam bir kazanım veya kayıp yok) c)Spesifik bir kromozomal bölgenin net kazancıyla sonuçlanan gen amplifikasyonu Delesyonlar,tümör supressör genlerin kaybolmasıyla kendini gösterirken translokasyonlar ve amplifikasyonlar genellikle bir proto-onkogen aktivasyonu göstermektedir. Translokasyonlar sonucunda tümör supressor gen baskılanması seyrek gözlenen bir olaydır.

Kanser hücrelerinde Gen amplifikasyonu ,drug-resistance(ilaç direnci) geni ve diğer genleri kapsamaktadır. Gen amplifikasyonu, diploid genom başına spesifik subkromozomal bir bölgenin(genellikle1-2 mb olan)kopya sayısında bir artış ifade eder.(Gen başına 6 kopya ve üzeri). Gen Amplifikasyonu genellikle sitogenetik olarak gözlenir. [Double minute kromozom veya kromozomal integrasyon(homogeneously stained region)şeklinde.]

Kanserler, Tümür supresör genler ve proto-onkogenlerde kalıtsal ve somatik mutasyonların birikmesiyle oluşur. Proto-onkogenlerden onkogenik allellerin oluşumu gibi aktive edici mutasyonların aksine, tümör baskılayıcı genler kanser hücrelerinde fonksiyon kaybı mutasyonları tarafından gerçekleştirilir.

Tümör supressör genler Hücre füzyonu çalışmalarında fark edildi Transforme fenotipi baskılayabilirler. Hücre siklusunun ilerlemesini kontrol altında tutarlar. Apoptozu indüklerler. Birçok tümörde inaktiftirler. Resessif davranırlar.

Tümör Süpressör genlerin Protein ürünleri Adezyonun pozitif regülatörleri - APC ,DCC Sinyal iletiminin negatif regülatörleri - NF1 , WT-1 Hücre siklusunun negatif regülatörleri - Rb, p53 DNA hasarlarını algılayan ve tamirin de rol oynayan proteinler - p53 , MSH2 , MLH1 Angiogenesis inhibitörleri

Knudson’un 2 Vuruş (Two-hit) Hipotezini Bu modelde bütün vakalarda retinoblastomanın gelişmesi için iki-vuruş veya mutajenik olayların gerekli olduğunu söylemiştir. Kalıtsal retinoblastomalı bireylerde eşey hücrelerinde ve böylece vücüdun bütün hücrelerinde birinci vuruş vardır. Fakat yatkınlık geninin bir allelinin inaktivasyonu tümör oluşumu için yeterli değildir ve ikinci bir somatik mutasyon gereklidir.

Onkogenler fonksiyon kazandıran mutasyonlar ile aktive olurken Tümör baskılayıcı genler ise fonksiyon kaybettiren mutasyonlar ile baskılandığı durumlarda tümör gelişir.

RB ailesi Retinoblastoma 1 / 14.000-20.000 de ortaya çıkar ve genel olarak 1-3 yaşları arasında görülür. P105 RB ; p107; p 130 pRB E2F’nin transkripsiyonu aktive edici domain’ine bağlanır ve aktivasyonu bloke eder. E2F’ler ise S fazına geçiş için önemli olan genleri aktive ederler. Dihidrofolat redüktaz Timidin kinaz DNA polimeraz Histonlar

p53 –Genomun Gardiyanı TP53 geni 17. kromozomun p13 konumunda yerleşmiş olup. Bildirilen 20.000 mutasyon oranıyla birlikte kanserlerin % 50’ sinde TP53 gen mutasyonlarının olduğu bilinmektedir. TP53 tümör baskılayıcı gende meydana gelen yapısal mutasyonların yanı sıra, yaban tip p53’ün fonksiyonel inaktivasyonu da bu genin düzenlenmesini içeren yolakların bozulmasına neden olmakta, bu da malignansinin oluşmasına yol açmaktadır.

DCC (Deleted in Colorectal Carcinoma) geni DCC geninin kodladığı protein nöral hücre adezyon molekülü (NCAM) ile benzerlik taşımaktadır. Bu benzerlik nedeniyle DCC geni hücre –hücre ve hücre –ektraselüler matriks etkileşiminde rol aldığı ve hastalığın ileri evrelerinde mutasyona bağlı olarak bu işlevin kaybolmasıyla tümörün büyüme ve invazyon kapasitesinin arttığı düşünülmektedir.

Mikro RNA 21-23 nükleotid içeren tek iplikli RNA’dan oluşur. Translasyonu baskılar ya da m-RNA’yı degrade edebilirler. Kanserin patofizyolojisinde rol oynarlar. (miR-15a ve miR-16-1). Tümörlerin sınıflandırılması, teşhisi, prognozu, tedaviye yanıt vermeleri, aşamaları gibi özellikleri ortaya çıkarmıştır. Fonksiyonu spesifik dokudaki hedeflerine bağlıdır. Hücrede hedef bir onkogen ise miRNA geni tümör supresör, eğer hedef tümör supresör ise miRNA geni bir onkogen olabilir.

miR-15 ve miR-16’nın insan kanserlerinde tümör supresör olarak hareket edebileceğini gösterilmiştir. hipofiz adenomlarında normal hipofiz dokularına kıyasla daha düşük seviyelerde eksprese edilir ve bunların ekspresyonu tümör büyüklüğü ile ters ilişkilidir. Buna zıt olarak onkogen gibi davranan miRNA ‘lar da var: miR155 (B hücre lenfomalarında, Hodgkin’s lenfomada, Burkitt lenfomada ve insan meme kanseri ), miR21( Meme kanseri , malign beyin tümörleri ve glioblastomada aşırı miktarda eksprese edilmiştir. )