oncogenes

ONCOGENES

Dra. O. Graciela ScharovskyInstituto de Genética Experimental

Facultad de Ciencias Médicas, U.N.R.2006

La transformación

maligna surge de la

acumulación de múltiples daños

en el genoma

1er. Impacto

2do. Impacto

3er. Impacto

CélulaNormal

Daño enel ADN

Apoptosis

Reparación

Displasialeve

Displasiasevera

Tumor invasivo

Patogénesis del cáncer

Cambios en el genomade células somáticas

Activación de oncogenespromotores del crecimiento

Inactivación de genessupresores de tumores

Expresión de productos de genes alteradosy pérdida de productos génicos regulatorios

CÁNCER

Factoresgenéticos

Factores ambientales:Sustancias químicas,radiaciones y virus.

Expansión clonal

Mutaciones adicionales

Heterogeneidad

ONCOGENESDefinición

Genes capaces de inducir cáncer

Cualquier gen que produce un fenotipo malignocuando se introduce en una célula normal

Un gen íntimamente asociado con una enfermedadmaligna particular. Por ejemplo, un gen quiméricoformado por una translocación cromosómica.

ONCOGENESDescubrimiento

Retrovirus transformante RSV (Rous Sarcoma Virus)Genes: gag, pol, env y src

Bishop y Varmus (1977)Secuencias homólogas en células eucariotas normales libres de virus

Oncogenes viralesó

v-onc

Proto-oncogenesó

c-onc

Tumores producidos por extractos acelulares del sarcoma de Rous (principios del siglo XX)

Peyton Rous descubrió el virus que causa el cáncer en los pollos

Origen celular de los oncogenesretrovirales

Número y tamaño de los exones e intrones

Los c-onc están ligados a los mismos genes en distintas especies

Inoculación de virus carentes de v-onc en células eucariotas

Todos los v-onc tienen homólogo celular, perono todos los c-onc tienen contraparte viral

c-ONC célulaADN del hospedador

v-ONC

•LTR-gag-pol-env-LTR

Retrovirus simple

Transducción retroviral de un oncogén

Estructura de un retrovirus

Oncogenes adenovirales

Oncogenes de virus a ADN (SV40, virus del papiloma)no tienen homología con los c-onc

Forman parte del genoma viral necesario parala replicación del virus

La mayoría de las células infectadas con virus aADN muere, pero algunas sobreviven y sontransformadas

Las proteínas codificadas por los oncogenes de estos virus interactúan con proteínas del ciclo celular o inactivan producto de genes supresores de tumores

Virus Producto génico Blanco celular

Adenovirus

Virus Polioma

SV40

Virus Papiloma

E1AE1B

Antígeno T grande Rb, p53

Antígeno T mediano Src, PI3K

E7 E6 E5

Rb p53

Rb p53 receptor PDGF

Los virus a ADN apuntan a los genes supresores de tumores

Mecanismos de activación de los proto-oncogenes

ADN

Prot

o-on

cogé

n

Proteínanormal

CRECIMIENTONORMAL

Nuevo promotor

Translocación: el gense mueve a otro locusbajo nuevos controles

Proteína normalestimulante del

crecimiento, en exceso

Amplificación génica: múltiples copias del gen

Mutación puntual dentro del gen

OncogénProteína hiperactiva

o resistente a ladegradación

CÁ NCER

Translocación cromosómica

myc

Ig mycIg

8 14 8 14

Cromosomasnormales

Linfoma deBurkitt

Linfoma de Burkitt

abl

bcr

9 22 9 22

Cromosomasnormales LMC

bcrabl

Leucemia mieloide crónica

ADN de cáncer de vejiga EJ

Procedencia de H-ras Poder transformantesobre NIH.3T3

1

2

3

4

5

6

ADN de placenta humana

ADNs recombinantes:

VAL GLI ALA VAL GLIGTG GGC GCC GTC GGT9 10 11 12 13

GTG GGC GCC GGC GGTVAL GLI ALA GLI GLI

Secuencianucleotídica

Secuenciaaminoacídica

Secuenciación de la regiónde ADN involucrada en la transformación

Codón Nro.:EJ

Placenta

+

++

+

-

-

--

Mutación

puntual

Amplificación génica

c-myc en neuroblastomas (300) c-erbB-2/HER-2 en cáncer de mama (30)

Mutagénesis insercional.

El proceso activa el gen Wnt-1 y produce cáncer de mama en elratón infectado con el MMTV.

Sitios de integración de MMTV observados en 19 tumoresdiferentes (flechas).

Las inserciones pueden activar la transcripción de Wnt-1desde distancias de más de 10.000 pares de nucleótidos decada lado del gen.

Este efecto se atribuye a una secuencia de ADN exacerbadorapotente que está presente en las repeticiones terminales delgenoma de MMTV.

En cada célula existen dos copias o alelos de cada gen, que en condiciones normales se denomina proto-oncogén

La mutación de un alelo convierte al proto-oncogén normal en un oncogén activado que contribuye al proceso carcinogénico

El oncogén es dominante sobre el proto-oncogén y resulta en un producto desrregulado o activado constitutivamente

La conversión oncogénica es una mutación de ganancia de función

Conversión oncogénica

Virus tumoralesVirus a ARNVirus a ADN

Identificación de oncogenes

Reordenamientos genómicos

Translocaciones

Inversiones

Amplificaciones/Doble diminutos

Ensayos funcionales

Transfecciones de ADN tumoral

Transfecciones de bibliotecas de ADNc

HPV (human papilloma virus)

Activación de la proliferación por virus a ADN

PROLIFERACIÓN CELULARBLOQUEADA

PROLIFERACIÓN CELULARACTIVADA POR VIRUS DE ADN

Las proteínas E6 y E7 codificadas por el virus del papiloma, secuestran tanto Rb como p53; otros virus a ADN relacionados, como SV40, usan una

proteína viral llamada antígeno grande T, que cumple ambos propósitos

Papiloma E5 imita al ligando de PDGF

dominio de unión

del ligando

dominio de quinasa

Papiloma E5 imita al ligando de PDGFR

dominio de unión

del ligando

dominio de quinasa

dimerización de PDGFR

mediada por PDGF

Dimerización ligando-independiente mediada por

BPV E5

Activación de la proliferación por virus a ARN

La proliferación puede ser estimulada por: virus portador de un v-onc virus sin v-onc, pero se integra cerca de un proto-oncogén virus que se inserta en un gen supresor tumoral y lo inactiva

Detección deoncogenes

en tumoreshumanos

Transfecciónde ADN

Clonado de genes transformantes

Mecanismos que conducen a la proliferación celular

Unión de un factor de crecimiento (primer mensajero) a su receptor específico de membrana

Activación de moléculas transductoras de señales intracelulares asociadas a los receptores celulares

Transmisión de la señal desde el citosol al núcleo a través de segundos mensajeros

Transcripción del ADN y división celular

Productos de los oncogenes y sus funciones

Clase 1FACTORES DE CRECIMIENTO

I. FACTORES DE CRECIMIENTO

II. RECEPTORES DE FACTORES DE CRECIMIENTO

III. TRANSDUCTORES DE SEÑALES

PROTEÍNAS G

TIROSINAS QUINASAS NO ASOCIADAS A MEMBRANA

TIROSINAS QUINASAS

ASOCIADAS A MEMBRANA

TREONINAS/SERINAS QUINASAS

IV. PROTEÍNAS REGULADORAS DE LA TRANSCRIPCIÓN

NUCLEAR

NÚCLEO

CITOPLASMA

MEMBRANA CELULAR

REGIÓN EXTRACELULAR

Clase 2RECEPTORES DE FACTORESDE CRECIMIENTO

Clase 3

TRANSDUCTORES DE SEÑALES

Clase 4

PROTEÍNAS REGULADORAS DE

LA TRANSCRIPCIÓN NUCLEAR

fgf-5Factor de crecimiento relacionado a FGF (factor de crecimiento fibroblástico)

hstFactor de crecimiento relacionado a bFGF

int-1Factor de crecimiento embrionario

int-2Factor de crecimiento relacionado a bFGF

sisFactor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF)

Clase 1. FACTORES DE CRECIMIENTO

Son proteínas extracelulares de bajo PM que actúan através de sus receptores específicos

Clase 1. FACTORES DE CRECIMIENTO

El oncogén v-sis de SSV (virus del sarcoma de simios)codifica para una proteína homóloga a la cadena B delPDGF

v-sis transforma in vitro células que expresan PDGFR, lo que sugirió la teoría autocrina del cáncer

La activación de los oncogenes int-2, hst y ks-3 llevaa la síntesis aumentada de proteínas que funcionancomo bFGF

Clase 2. RECEPTORES DE FACTORES DE CRECIMIENTO

erbBReceptor de EGF (EGFR) truncado con actividad tirosina quinasa

kitReceptor de células troncales (stem cells) con actividad tirosina quinasa

mas Receptor de angiotensina

metReceptor afín a EGFR truncado con actividad tirosina quinasa

neuProteína afín a EGFR con actividad tirosina quinasa (ligando desconocido)

El producto del oncogén c-erbB2/HER-2/neu es un receptor de membrana de 185 kDa con ligando desconocido.

Su amplificación génica resulta en la sobreexpresión de la proteína, que correlaciona con una supervivencia libre de enfermedad menor y una supervivencia acortada en pacientes con ganglio axilar (+)

c- erbB2/HER- 2/neu

La heterodimerización con otros receptores activa a HER-2

Unión de EGF a EGFr

asociación ydimerización

con HER-2

Fosforilación

EGFr HER-2/neu

EGF/EGFr HER-2

EGF/EGFr HER-2

Célulacancerosa

La activación del receptor HER-2 transmite señales hacia el núcleo, controlando el

crecimiento celular

Trastuzumab (Herceptin) Primer anticuerpo monoclonal aprobado por la FDA

para el tratamiento del cáncer de mama

Anticuerpo monoclonal humanizado derivado de ADNrecombinante que reconoce con alta afinidad el dominioextracelular de HER-2

Mejora el resultado del tratamiento de pacientes concáncer de mama avanzado HER-2+ (1/3 de pacientes)

Se proponen tres mecanismos de acción: potenciaciónde la citotoxicidad por quimioterapia, inhibición de laproliferación tumoral por inducción de inhibidoresendógenos del ciclo celular (p27kip), facilitación de lafunción inmune

Clase 3. TRANSDUCTORES DE SEÑALESabl

Tirosina quinasa citoplasmática o nuclear

fesTirosina quinasa citoplasmática

MosTreonina/serina quinasa citoplasmática

rafTreonina/serina quinasa citoplasmática

rasProteína G asociada a membrana con actividad GTPasa

srcTirosina quinasa asociada a membrana

yesTirosina quinasa asociada a membrana

Quinasas citoplasmáticas

a) actividad de tirosina-quinasa asociada a membrana

src

b) actividad de tirosina-quinasa no asociada a membrana

abl: su producto se localiza en citoplasma y núcleo y se activa por

translocación o inserción de retrovirus

c) actividad de serina/treonina-quinasa

raf: mutaciones en la zona amino terminal producen activación

constitutiva de la quinasa

mos: su poder transformante estaría dado por aumento de la

producción de la proteína

Clase 3. TRANSDUCTORES DE SEÑALES Proteínas G: ras

GTP

p21ras

p21ras

GAP

P

Ras activado

Ras inactivo

Hidrólisis de GTPbloqueada cuando

ras está mutado

GEF

GDP

GDP

p21ras

GTP

GAP

ras

Vía de activación de ras

Ras

RTK

RTK

GDP

MEK

ERK


Ras

RTK

RTK

Grb SOSGDP

MEK

ERK


Ras

RTK

Raf

Cyclin D

RTK

Grb SOSGTP

MEK

ERK

posición del amino ácidogen Ras 12 59 61 Tumor

c-ras (H, K, N) Gly Ala Gln células normalesH-ras Gly Ala Leu carcinoma de pulmón

Val Ala Gln carcinoma de vejigaK-ras Cys Ala Gln carcinoma de pulmón

Arg Ala Gln carcinoma de pulmónVal Ala Gln carcinoma de colon

N-ras Gly Ala Lys neuroblastomaGly Ala Arg carcinoma de pulmón

Virus del sarcoma murino

H-ras Arg Thr Gln cepa Harvey K-ras Ser Thr Gln cepa Kirsten

Substituciones de aminoácidos en la familia de proteínas Ras

Efectores de Ras

Inhibición terapéutica de ras

Inhibición de síntesis de grupos farnesilocon estatinas (lovastatin, pravastatin, etc.)

Inhibición de la farnesiltransferasa:

SAM 486A (inhibidor de la síntesis de poliaminas)MMI270B (inhibidor de metaloproteasas de matriz)CAAX peptidomimeticsSCH 66336

Proteínas G: ras

Quinasas citoplasmáticas


src


abl: su producto se localiza en citoplasma y núcleo y se activa







Clase 3. TRANSDUCTORES DE SEÑALES

NCP

tir 527

tir 416

pp60 c-src inactiva

SH3 SH2

Dominiocatalítico

N C

tir 527tir 416P

pp60 c-src activa

SH3 SH2

Dominiocatalítico

src

Lodish et al. Fig. 24-17

La deleción del extremo C-terminal conduce a la activación de v-Src

La tirosina quinasa de pp60c-src tiene acción sobre:

Motilidad celularInvasión: rompe unión cadherina ECrecimientoSupervivencia celular

src

La proteína pp60c-src se asocia a la cara citosólica dela membrana, para lo cual depende de la unión deácido mirístico al extremo amino terminal

Blancos moleculares poco conocidos FH1ST, PLD

membrana celular

citoesqueleto

catenina

Cadherina E

src

P

P

P

P

P

Proteínas G: ras

Quinasa citoplasmáticas


src










22

bcr

abl

Ph

bcr-abl

9 9+

abl

Tratamiento para inhibir la quinasa Bcr-Abl

proteína sustrato

proteína sustrato señal paraproliferacióny sobrevida

LEUCEMIA

BCR-ABL BLOQUEADO CON GLEEVEC (STI-571)

sin señal NO LEUCEMIA

BCR-ABL activa

Proteínas G: ras

Quinasa citoplasmáticas


src








producción de la proteína (acción sobre tubulina de microtúbulos)


Clase 4. PROTEÍNAS REGULADORAS DE LA TRANSCRIPCIÓN NUCLEAR

erbAReceptor nuclear de la hormona tiroidea

ets-1Proteína de asociación a secuencias específicas del ADN

fos/junConjuntamente forman el factor de transcripción AP-1

mybProteína de asociación a secuencias específicas del ADN

mycProteína de asociación a secuencias específicas del ADN

relProteína relacionada con NF-κB

A

NH2

COOH

Dominiohélice-bucle-hélice

Cierre de leucinas

Región básica de unión al ADN

Región de activación de la transcripción

Proteína Myc

myc

Max-Myc Max-Max

Quiescencia

Proliferación

c-myc es translocado al locus IgG, loque resulta en su expresión activada

bcr-abl fusion protein is produced,which results in a constitutively active abl kinase

bcr-abl

bcr

abl

c-myc IgGexacerbador IgG c-myc es activado por el

exacerbadorIgG en los linfocitos

Oncogene Amplificación Tipo de tumor

c-myc ~20 veces leucemia y ca. de pulmón

N-myc 5-1,000 veces neuroblastomaretinoblastoma

L-myc 10-20 veces SCLC

c-myc puede estar amplificado

Myc: esencial para el desarrollo embrionario normal;su ausencia es letal

c- myc

mRNA

tiempo1 h

Myc

Maxmyc: inducible

por FCmax: expresión

constitutiva

Factores de crecimiento Myc Detención en G1

Myc + Factores de crecimiento Apoptosis

Factores de crecimiento Myc Proliferación

Blancos génicos de myc

α –Protimosina Función desconocidaODC Biosíntesis de poliaminasCdc25A Ciclo celularCiclina D1 Ciclo celular

eIF-2 Síntesis de proteínaseIF4E Síntesis de proteínas

ARF o p19 Apoptosis/Checkpoint Cdc2 Ciclo celularCiclina A Ciclo celularCiclina E Ciclo celular

Modelo decáncer

colorectalde

BertVogelstein

Efectoacumulativo

Progresión tumoral

Complementación entre oncogenesmyc y ras

REFrat embryofibroblast

Immortalizada

myc ras

Transformada

myc + ras

Tumorigénica

XX

Complementación entre oncogenes

Transformación(citoplasma)

ras

Inmortalización(núcleo)

myc

src

abl

myb

p53

Complementación entre oncogenes

CÁNCER

Complementación entre oncogenesE1A y E1B

Oncogenes de Adenovirus

REF

Immortalizada

E1A E1B

Normal

E1A + E1B

Transformada

XX

• Diagnóstico:

a) LMC (Ph-) donde hay rearreglos bcr/abl (5-10% casos) (PCR, Sb o Nb)

b) Linfoma no-Hodgkin: t(14;18) en <1% de las células que involucra

bcl-2 (PCR y Sb)

Importancia Clínica de los Oncogenes

• Pronóstico:

a) Neuroblastomas: ∼38% myc amplificado hasta 300 veces ⇒ mal

pronóstico (Sb, Hibrid. in situ, citogenética HSR o DMS)

b) Cáncer de mama axila (-): Her2/neu amplificado (hasta 30 veces)

probable mal pronóstico (IHQ)

a) Terapia contra factores de crecimiento y sus receptores:trastuzumab: anti HER-2/NEUerlotinib y gefitinib: inhiben la TK de EGFRbevasizumab: anti VEGFR

b) Inhibidores de farnesilación:estatinas: inhiben farnesilación p21rasinhibidores de la farnesiltransferasa

c) Inhibidores de kinasas citoplasmáticas:Imatinib: inhibe la TK de la proteína BCR-ABL

d) Terapia contra factores de transcripción:Moléculas antisentido para MYC Péptidos y moléculas pequeñas inhibidoras de MYC

Importancia Clínica de los Oncogenes

oncogenes

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