KANSER VE ONKOGENLER Prof. Dr. Yıldız Dinçer

Kanser, normal büyüme ve farklılaşmayı sağlayan mekanizmalar üzerindeki kontrolün kaybolması nedeniyle değişime uğramış bir hücrenin sınırsız çoğalması sonucu gelişen bir hastalıktır.

Hücrelerin klonal olarak çoğalması, farklılaşması, bağımsız fakat koordineli fonksiyonlara sahip olması, organizmanın bir bölümünden faklı bir bölümüne taşınması, hasarlanma sonrası onarım olması veya olmaması için gerekli bilgilerin tümü genetik dağarcıkta bulunmaktadır. Fizyolojik koşullarda belli bir kontrol altında gerçekleşen bu işlemler kanserde bozulmuştur.

Kontrolün kaybından bu fonksiyonların düzenlenmesinde hayati öneme sahip olan belli bir grup genin anormal fonksiyonu sorumludur. Anormal gen fonksiyonu genetik hasarla ilişkili olduğundan karsinogenezde ilk adım her zaman genetik hasardır. Genomun çeşitli bölgelerinde oluşan hasarların birikimi ile bozulan kromozom yapısı yeniden düzenlenir. Mitoz hasarlı DNA’nın kopyalanması ile devam eder, hasarlı genlerin ürünleri hücresel metabolizmayı değiştirir ve sonuçta hücre değişime uğrayarak bir tümör hücresine dönüşür.

TÜMÖR HÜCRELERİNDE GÖRÜLEN BİYOLOJİK VE BİYOKİMYASAL DEĞİŞİKLİKLER Tümör hücreleri normal hücrelerde bulunmayan aşırı büyüme hızı, lokal invazyon, diferansiasyon, anaplazi ve metastaz gibi bir takım farklı özellikler gösterirler.

Büyüme Hızı Tümör hücreleri normal hücrelere göre çok daha hızlı büyümekte ve sınırsız bir şekilde çoğalmaktadır. Hızlı büyüme için gerekli olan besinsel substratı ve enerjiyi sağlayacak şekilde tümör dokusunda anjiyogenez artmıştır. Glukoz kullanımı artmıştır Hücre kültürü çalışmalarında büyümekte olan normal hücrelerin birbirleri ile temasları sonucunda büyümelerinin durduğu, ancak malign değişime uğramış hücrelerin birbirleri üzerinde tabakalar oluşturacak şekilde büyümeye devam ettikleri gözlenmiştir .

Bu durum tümör hücrelerinde büyüme üzerindeki kontrolün kaybı dışında hücrelerarası ilişkilerin de bozulduğunu göstermektedir. Hücrelerarası ilişkilerin kaybı hücre yüzeyindeki değişikliklerle ilişkilidir. Tümör hücrelerinde membranın elektriksel yükü, geçirgenliği, transport özellikleri, glikolipid içeriği, glikoproteinlerinin yapıları değişmiş, bazı yüzey antijenleri kaybolurken yeni antijenler ortaya çıkmış, adhezyon özelliği azalmıştır.

Hızlı büyüyen tümör hücrelerinde hücre yüzey değişikliklerinin yanı sıra bir takım biyokimyasal değişiklikler de dikkati çekmektedir. Tümör hücrelerinde ribonikleotid redüktaz aktivitesi, DNA ve RNA sentezi, fetal proteinlerin sentezi artmış, pirimidin katabolizması azalmıştır. Hücreye glukoz alımı ve glikoliz hızı artmıştır. Bazı tümör hücrelerinde aşırı, bazılarında ise ektopik hormon sentezi olmaktadır. Pek çok tümör hücresinde büyüme faktörleri veya analogları sentezlenmekte ve bu büyüme faktörleri kaynaklandıkları tümör hücrelerinin yüzeyindeki reseptörlerine bağlanarak otostimülasyona neden olmaktadır.

Lokal İnvazyon Tümör hücreleri bir taraftan büyürken diğer yandan da bulundukları yere progresif bir şekilde yayılırlar. İnvazyon geliştikçe çevre dokular hasar görmeye başlar. Metastaz gelişinceye kadar malign tümörleri benign tümörlerden ayırmada en güvenilir kriter malign tümörlerin invaziv olmalarıdır. Malign tümörler çevre dokudan iyi sınırlı görünmezler. Benign tümörler ise kitlesini genişleterek büyürler, genellikle kapsülleri vardır ve çevre dokudan belirgin bir sınırla ayrılmışlardır.

Diferansiasyon ve anaplazi Malignitenin patolojik tanısında en önemli kriter normal farklılaşmanın kaybolmasıdır. Diferansiasyon tümör hücrelerinin kaynaklandıkları normal hücrelere morfolojik ve fonksiyonel olarak benzerliğinin bir göstergesidir. Malign tümörler iyi diferansiye formdan hiç diferansiasyon göstermeyen anaplastik forma kadar değişen geniş bir spektrum içinde bulunurlar. İyi diferansiye tümörler kaynaklandıkları dokunun normal hücrelerine benzeyen hücreler içerirken, diferansiye olmamış tümörler kaynaklandıkları dokunun normal hücrelerine benzerlik göstermeyen, özelleşmemiş hücrelerdir.

Normal farklılaşma özelliğini kaybetmiş olan bu tip hücrelere anaplastik hücreler adı verilir. Diferansiasyon kötüleştikçe genel olarak mitoz sayısı artar ve normalden farklı mitoz şekilleri ortaya çıkar. Anaplastik hücreler normal hücrelere göre daha yuvarlaktır, çok büyük veya çok küçük olabilirler. Çekirdekleri normalden oldukça büyüktür ve bol miktarda DNA içerdiğinden koyu renkte boyanır. Çekirdek/sitoplazma oranı artmış, kromatin topaklanmıştır.

Metastaz Metastaz tümör hücrelerinin kaynaklandıkları primer dokudan ayrılarak farklı bir dokuya göç etmeleri ve bu yeni dokuda segonder tümör olarak büyümeleridir. Tümör anjiogenezi hızlı büyüme için gerekli olan besin ve enerjiyi sağlamanın yanı sıra tümör hücresinin dolaşım sistemi ile temasını da arttırmaktadır. Metastaz gelişiminde diğer bir önemli faktör hücrelerarası iletişimin kaybıdır. Tümör hücrelerinde hücrelerarası adhezyon moleküllerinde (kaderinler, integrinler, selektinler, ICAM) bazı değişiklikler görülmektedir

Adhezyon özelliğini kaybetmiş olan metastatik tipte tümör hücreleri başlıca, vücut boşlukları ve yüzeyleri, lenf damarları ve kan damarları yoluyla yayılırlar. Lenf kanallarına giren tümör hücreleri bölgesel lenf düğümlerine ulaşır ve burada tutunarak bir süre için kanserin yayılmasına engel oluştururlar. Lenf düğümü kanser hücresi ile dolduğunda veya lenf düğümüne yerleşen tümör hücreleri burada büyümeye başladıktan bir süre sonra diğer lenf düğümlerine yayılma olabilir.

Arter duvarları tümör invazyonuna karşı dirençlidir. Venöz duvarların hem tümör invazyonuna karşı duyarlılığının yüksek olması, hem de lenf akımının venöz dolaşıma katılması nedeniyle metastaz venöz yolla gerçekleşmektedir. Tümör hücreleri kaynaklandıkları dokudan ayrılıp periferal dolaşıma geçtiklerinde kendilerini immün sistemden saklamak için lökosit ve trombositlerden oluşan bir pıhtı ile anormal antijenlerini kapatmaktadırlar

Etiyoloji Kanser insidansı cinsiyet, yaş, kalıtım, ırk, coğrafi yerleşim, yaşam tarzı, beslenme, meslek, sosyal koşullar, immünolojik faktörler, hormonlar ve prekanseröz hastalıklar ve lezyonların varlığına bağlı olarak değişmektedir.

Karsinogenezde ilk basamağı oluşturan genetik hasar kalıtımsal olabileceği gibi, çevresel etkenler nedeniyle sonradan edinilmiş de olabilir. Kalıtımsal yatkınlığı olan bireylerde çevresel etkenlerin varlığı olayı hızlandırmakta, normalde bir ileri yaş hastalığı olan kanser daha genç yaşlarda ortaya çıkmaktadır.

Genel anlamda kanser hücre bölünmesini kontrol eden genlerdeki değişikliklerden kaynaklanan bir hastalık olduğundan kanser oluşumunu iki boyutta değerlendirmek gerekir; A) Genetik değişiklikler oluşturan moleküler mekanizmalar B) Bu moleküler mekanizmalarla etkileşen çevresel etkenler. Kanser protoonkogenler, tümör baskılayıcı genler, DNA onarım genleri ve apoptozisisi düzenleyen genlerdeki defektler sonucu gelişen bir patolojidir

Protoonkogenler-Onkogenler Protoonkogenler hücrelerin büyüme ve farklılaşmasında rol alan büyüme faktörleri ile bu büyüme faktörlerinin sinyal iletiminde yer alan proteinleri (reseptörler, sitoplazmik proteinler ve çekirdekte yer alan transkripsiyon faktörleri) kodlayan genlerdir. Bu genlerde oluşan birtakım değişiklikler sonucu onkogenler oluşmaktadır. Diğer bir deyişle onkogenler protoonkogenlerin değişikliğe uğramış homologlarıdır.

Vücudun gereksinimleri doğrultusunda herhangi bir dokuda hücre sayısının artması gerektiğinde protoonkogenler aktiflenerek hücre çoğalması sağlanır. Eksiklik giderildiğinde protoonkogenlerin ürünü olan proteinler inaktive olurlar. Onkogenler hücrenin malign değişimine yol açan çeşitli proteinlerin sentezinden sorumludur. Onkogenlerin ürünleri olan onkoproteinler hücrede sürekli olarak etkin kalmakta, inaktive olamamaktadır.

Bazı normal genlerin onkogenlere dönüşebildiği ilk olarak tümör virüsleri ile ilgili çalışmalarda dikkati çekmiştir. Virüs ile enfekte host hücre genomunda bulunan bazı genlerin viral onkoproteinleri sentezlettiği belirlenmiştir. Viral enfeksiyon sırasında bazen bir protoonkogenin DNA dizisi virüs tarafından kopyalanır ve kendi genomuna yerleştirilir. Tekarlayan viral enfeksiyonlar sırasında bu genin bazı noktaları mutasyona uğrayabilir. Bunu takip eden viral enfeksiyon sırasında bu viral onkogen ifade edildiğinde sentezlenen abnormal protein host hücrenin normal hücre büyümesini etkileyerek, hücreyi bir tümör hücresine dönüştürebilmektedir

Protoonkogenlerin kodladığı proteinler önlerine c (cellular), onkogenlerin kodladığı proteinler ise önlerine viral kaynaklı olduklarını ifade eden v harfi ile izole edildiği virüsü tanımlayan üç harfli bir kelime ile ifade edilmektedir. Örneğin v-sis Simian Sarkoma virüsüne ait proteini göstermektedir.

Protoonkogenlerin onkogenlere dönüşümü sonucunda büyüme faktörlerinin üretimi artmakta, hücre bölünmesi üzerindeki kontrol kaybolmakta, hücre membranında büyüme faktörü uyarısıyla başlayıp, çekirdeğe ulaşan sinyal ileti sistemi kontrolsüz uyarılmakta, çekirdekte transkripsiyon faktörlerinin sentezi artmakta, hücre kontrolsüz bir şekilde çoğalmaya devam etmektedir.

Protoonkogenlerin Onkogenlere Dönüşüm Mekanizmaları 1. Nokta Mutasyonları: Mutasyon DNA üzerinde oluşan kalıcı baz değişiklileridir. Bu değişiklikler tek bir bazın değişmesi şeklinde (nokta mutasyonu) olabildiği gibi DNA dizisinden baz eksilmesi (delesyon), DNA dizisine baz eklenmesi (insersiyon) veya abazik bölge nedeniyle çerçeve kayması şeklinde de olabilmektedir. Mutasyonlar yanlış amino asit yerleşimi sonucu hatalı protein sentezine neden olurlar.

Eğer mutasyon sonucu amino asit değişikliği ilgili genin sessiz bir bölgesinde oluşmuşsa hücresel fonksiyonu etkilemez. Ancak mutasyon herhangi bir büyüme faktörü, büyüme faktörü reseptörü ya da sinyal ileti yolunda yer alan bir proteinin fonksiyonel bölgesindeki bir amino asit değişikliğine neden oluyorsa o proteinin fonksiyonu etkilenir. Zaman içinde protoonkogenler, tümör baskılayıcı genler, DNA onarım genleri ve apoptozisi düzenleyen genler üzerinde mutasyonların birikimi kanser riskini arttırmaktadır.

2. Kromozomal Translokasyonlar: Bazı tümörlerde karakteristik olarak kromozomun bir bölümünün ayrılıp başka bir kromozoma bağlandığı, çoğunlukla bu değişimin karşılıklı olduğu belirlenmiştir. Kronik myeloid lösemide görülen Philadelphia kromozomunda 9. ve 22. kromozomlar karşılıklı olarak yer değiştirmiştir. Diğer bir kromozomal translokasyon örneği Burkitt lenfomasında görülmektedir.

Kromozom 8 ve 14 arasında iki parçanın karşılıklı olarak yer değiştirdiği Burkitt lenfomasında, kromozom 8’in koparak kromozom 14’e giden parçası bir onkogen olan myc genini içermektedir. 8. kromozomda iken inaktif olan myc geni 14. kromozoma bağlandığında yakınında bulunan ve immün globulinlerin ağır zincirlerini kodlayan genlerdeki arttırıcı dizilerin etkisi altında kalarak aktiflenmektedir. Düşük grade lenfomalarda hastaların çoğunda 14. ve 18. kromozomlar arasında, 18. kromozomda bulunan ve apoptozisin düzenlenmesinde görev alan bcl-2 genini içeren bir parçanın yer değiştirdiği belirlenmiştir.

3. Gen Amplifikasyonu: Bazı tümörlerde belirli genlerin amplifiye olabildiği ilk kez metotraksat tedavisi sırasında keşfedilmiştir. Dihidrofolat redüktaz inhibitörü olan metotraksata yanıt olarak dihidrofolat redüktaz geni amplifiye olmakta ve dolayısıyla enzim aktivitesi artmaktadır. Meme adenokarsinomlarında erb-B2 onkogeninin amplifiye olduğu saptanmıştır

4. Promotor ve Arttırıcı İlavesi: Bazı retrovirüsler onkogen taşımadıkları halde kansere neden olabilmektedirler. Onkogen taşıyan retrovirüslere kıyasla onkogen taşımayan virüsler daha uzun sürede kansere neden olmaktadır. Virüsle enfekte olmuş bir hücrede zıt transkriptaz etkisiyle viral RNA genomun tamamlayıcı bir DNA kopyası (cDNA) sentezlenir ve host hücre genomu ile birleşir. Bazı durumlarda viral cDNA host hücre DNA ‘sı üzerinde kritik bir gene yakın pozisyonda yerleşerek, bu kritik gen için promoter fonksiyonu görür. Örneğin tavuk B lenfositleri bazı avian lösemi virüsleri ile enfekte olduklarında viral cDNA myc geni yakınında host hücre DNA’sı ile birleşir. Viral cDNA bu pozisyonda myc geni için promoter gibi davranarak myc geninin aktivasyonuna neden olmaktadır.

Başlıca Onkogenler erb-B2 HER2/neu olarak da bilinen erb-B2 epidermal büyüme faktörü (EGF) için hücre yüzey reseptörünü şifreleyen gen ailesi tarafından kodlanmakta olup, EGF reseptör analoğudur. Büyüme faktörü reseptörlerinin tümünde olduğu gibi erb-B2 onkoproteini de tirozin kinaz aktivitesine sahiptir. EGF reseptöründen farklı olarak EGF bağlama bölgesi içermez. Gen amplifikasyonu ile aktiflenen erb-B2 onkoproteininde tirozin kinaz sürekli olarak aktiftir ve çekirdeğe sürekli olarak bölünme sinyaller iletmektedir.

erb-B2 onkogeninin meme, over ve gastrik kanserle ilişkili olduğu belirlenmiştir. erb-B2 aşırı ekspresyonu olan ve standard kemoterapiye rağmen ilerleme gösteren meme kanseri olgularında erb-B2 monoklonal antikoru olan Herceptin kullanımı yararlı olmaktadır.

ras ras protoonkogen ailesi hücre membranının iç yüzüne lokalize olmuştur, GTPaz aktivitesine sahiptir ve hücresel büyümenin kontrolünden sorumlu olan p21 proteinini kodlamaktadır. p21 GDP bağlı iken inaktif formdadır. Hücre büyüme faktörü ile uyarıldığında GDP GTP’ye çevirilmektedir. GTP bağlayınca aktif hale gelen p21 sitoplazmik kinazları aktifleyerek hücre prolifersyonunu uyarıcı sinyalin çekirdeğe iletilmesini sağlamaktadır. Uyarı sona erdiğinde intrinsik GTPaz aktivitesi ile GTP hidroliz olur ve p21 GDP bağlı inaktif formuna döner.

Mutasyona uğramış ras onkogeninin ürünü olan p21‘in intrinsik GTPaz aktivitesi çok düşüktür. Bu durumda p21 sürekli GTP bağlı aktif formunda kaldığından hücre proliferasyona devam etmektedir. H-ras, K-ras ve N-ras olmak üzere üç homolog formu vardır. İnsan tümörlerinin yaklaşık %30 kadarında ras genlerinin mutant olmasına karşılık tümörü çevreleyen sağlıklı dokularda ras genlerinin normal olduğu belirlenmiştir.

myc myc proteini çekirdekte bulunan ve hücre büyümesi ile ilişkili genlerin ekspresyonunu kontrol eden bir transkripsiyon faktörüdür. Abnormal myc ekspresyonu anormal büyüme ile ilişkilidir. Burkitt lenfomasında kromozomal translokasyon sonucu aktiflenen myc geni hücreyi hızla bölünmeye götürmektedir.

Küçük hücreli akciğer karsinomlarında in vitro olarak c-myc geninin amplifiye olduğu ve bu tümör hücrelerinin amplifikasyonun olmadığı hücrelere göre daha hızlı çoğaldığı belirlemiştir. Nöroblastomalarda N-myc geninin amplifikasyona uğradığı saptanmış, amplifikasyon düzeyi klinik evre ve tedaviye yanıtla yakın ilişkili bulunmuştur.

Abl Kronik myeloid lösemili hastalarda görülen Philadelphia kromozomunda kromozomal translokasyon sonucu normalde 9. kromozomda bulunan abl geni 22. kromozomda bulunan bcr bölgesi ile birleşmiştir. bcr-abl geninin ürünü non-reseptör bir tirozin kinazdır. Sitoplazma veya çekirdekte bulunan non-reseptör tirozin kinazlar normalde protein veya lipid gibi bir inhibitör moleküle bağlı olarak inaktif formda bulunurlar. İnhibitör molekülün ayrılmasıyla veya transmembran reseptöre bağlanarak ya da diğer tirozin kinazlar tarafından transfosforilasyona uğrayarak aktiflenen non-reseptör tirozin kinazlar proliferasyonu uyaran sinyal ileti mekanizmasında görev yaparlar.