Прообраз опухоли В мифе орел изо дня в день вырывал из прикованного цепями Прометея кусок печени, но всякий раз прометей оставался жив. Миф не так далек от истины, если удалить часть печени, остальная регенерирует, восстанавливая размеры печени. У крыс удается удалить 2/3, с полным восстановлением. Каждый раз восстановление без образования опухоли, т. е. деревья не вырастают до неба. Воспроизводство и разрушение в организме согласованы. Не так при раке
Главные свойства опухоли 1. Автономность и инвазия. Нечувствительность к регуляции, апоптозу 2. Бессмертие. Нет предела для размножения 3. Неконтролируемое, неадекватное размножение 4. Многоклональность и гетерогенность. 5. Накопление мутаций в определенных генах 6. Гормональная реверсия – синтез гормонов, не свойственных ткани, из которой возникла опухоль 7. Иммунная реверсия – появление эмбр АГ 8. Морфологическая реверсия – норм печень человека и рыб сильно различаются, а опухоли печени – нет
Рак известен с палеолита по нахождению опухолей в костных останках. Паратозух похож на лягушку и крокодила. 180 см длиной. Жил 245 млн лет назад. На черепе этой амфибии обнаружена опухоль. в филогенезе опухоли возникают у кишечнополостных (гидра, кораллы) т. е. у многокл, при наличии систем, обеспечивающих в/тканевой и межкл гомеостаз. Усложнение регуляции ведет к повышению частоты опухолей.
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОПУХОЛЕЙ 1. Химические канцерогенные факторы 2. Микроорганизмы 3. Роль гормонов в возникновении опухолей 4. Роль лекарств, обладающих мутагенными свойствами 5. Курение 6. Роль генетических факторов 7. Стресс и рак 8. Иммунодепрессия и рак
1. Химические канцерогены 3 -4 -Бензпирен. Персиваль Потт, 1871 г Анилиновые раки Желтый масляный краситель -ДАБ Афлотоксин – 1 мг/кг убивает собаку ДДТ- концентрируется в пищевой цепи – планктон-рыба-человек Асбест
• ПАУ – полициклические ароматические углеводороды – бензол, бензпирен, • Диоксины • Нитриты в удобрениях и выбросах прм предприятий в организме легко превращаются в нитраты, а они вступая в реакцию с аминами образуют канцерогеннык N-нитрозосоединения • Соединения ртути и др. металлов связываются с ДНК, что ведет к торможению синтеза и точности репликации
Стандартная процедура исследования на канцерогенную активность – на животных длится 2 года, стоит 2 млн долларов. На людях проводят эпидемиологические исследования Есть различия – Сахарин вызывает опухоли у мышей и крыс, но не у человека Фенобарбитал для мышей – канцероген, а для человека - нет Курение не вызывает рака легких у мышей
Роль наследственности Ксеродерма – аутосмно-рецессивный ген Ретинобластома –аутосомно-доминантный Есть так называемые раковые семьи Предрасположенность не к раку вообще, а раку определенных органов Это обусловлено структурнофункциональными особенностями, определяемыми генетическими факторами
Хромосомные транслокации при миелоидной лейкемии и лимфоме Беркетта
Транслокация при лимфоме Беркетта
Социальные факторы: 1. у евреек меньше рака шейки матки. Вообще в Израиле самая низкая частота этого рака 2. ОМЖ больше в Америке, в Японии низкая частота ОМЖ Стресс и иммунодепрессия
Причины ускользания опухоли от ИО 1. При наличии Аг опухоли неиммуногенны 2. Недостаточность презентации АГ на оп клетках 3. Отсутствие костимулир факторов 4. Подавление экспрессии МНС 5. Отсутствие экспрессии адгезивных молекул 6. Экспрессия Трег 7. Экспрессия иммуносупр факторов – ИЛ 10 и ТФРβ
История n Пауль Эрлих (Ehrlich, Paul) (1854 -1915), немецкий врач и бактериолог, один из создателей иммунологии и основатель химиотерапии. В 1900 г первым сформулировал гипотезу о существовании в организме иммунологического надзора над опухолевыми клетками.
Пауль Эрлих – о нем говорили, что он обладает энергией динамо-машины • Окраска мазков крови • Окраска на туберкулез • Описал разные виды лейкоцитов • Методы окраски микробов • Определение билирубина в крови • Описал гемато-энцефалический барьер • Химиотерапия –сальварсан против сифилиса • Перевивка опухолей. Карцинома Эрлиха • Гуморальная теория иммунитета • Теория боковых цепей
История n Фрэнк Макферлайн Бёрнет(Burnet), (3 сентября 1899 г. – 31 августа 1985 г. ), австралийский иммунолог. Считал, что главная роль иммунной системы заключается в сохранении генетического постоянства клеток организма.
Роль микроорганазмов Вирусы и опухоли Онкогенные вирусы мышей- вирус саркомы Рауса, Френд, Молони, Гросса, вирус ОМЖ, Шоупа, и др. Лимфома Беркетта Рак носоглотки –герпесоподобные вирусы Т-лимфома в Карибском бассейне и Японии Гепатома – вирус гепатита С Рак матки – вирус папиллом тип 16 и 18
Онкогены 1. В составе ретровирусов, вызывающих развитие опухолей. В вирусе саркомы Рауса открыли ген src, а потом и его белковый продукт. Оказалось, что этот ген есть и у норм кур. 2. Открытие онкогенов в опухолях – трансфекция ими норм клеток последние озлокачествляются. Вирусов при этом нет
Онкогены – среди них есть гомологичные вирусным генам, но есть и неродственные. Они явл конститутивными клеточными генами, обеспечивающими дифференцировку и пролиферацию. Их мутации, реаранжировки, умножение числа копий, подстановка под мощный промотор ведет к злокачеств трансформации. Известна амплификация онкогенов семейств myc, ras в ряде опухолей. Увеличение экспрессии онкогенов может быть обусловлено мутациями или эпигенетич механизмами Продукты многих онкогенов имеют гомологию с факторами роста
Превращение протоонкогена в онкоген
Транслокация c-myc при лимфоме Беркетта в район Иммуноглобулиновых генов
Роль микроорга низмов описторхоз Геликобактер пилори
Схема роста и метастазирования опухолей
Механизмы злокачественного роста
ИММУНОДЕФИЦИТЫ
Злокачественная опухоль - меланома
Плоскоклеточный рак
Подавление программируемой смерти клеток.
Нечувствительность к рост-супрессирующим сигналам, в норме ограничивающим избыточное размножение клеток или пролиферацию в неблагоприятных условиях.
Ангиогенез
ОПУХОЛЕВЫЕ АГ 1. Вирусспецифические (рак печени, рак шейки матки, лейкозы мышей и др. ) 2. Опухолеассоциированные АГ – экспрессия измененных клеточных структур как результат мутаций, холмлсмных аберраций, амплификации генов, делеции и транслокации 3. Гиперэкспрессия нормальных белков при изменении регуляции экспрессии генов 4. Специфические опухолевые АГ (результат эффекта определенных химических канцерогенов) 5. Раково-эмбриональные АГ (стадиоспецифические АГ – afp и др. ) 6. АГ, возникающие за счет изменения гликозилирования (измененный муцин в эпителиальных опухолях)
Mеханизмы генерации опухолеспецифических и антигенов опухолеассоциированных
Методы выделения опухолевых антигенов
ГИПОТЕЗА ИММУНОЛОГИЧЕСКОГО НАДЗОРА БЕРНЕТА – ТОМАСА Аргументы «За» 1. Предварительная иммунизация опухолевыми клетками может приводить к отторжению опухоли 2. Опухоли часто инфильтрированы лимфоцитами 3. При культивировании таких лимфоцитов с опухолевыми клетками можно наблюдать цитотоксическую реакцию 4. Возможна спонтанная регрессия опухоли 5. Опухоли могут содержать распознаваемые иммунной системой АГ 6. Чаще опухоли возникают при иммунодепрессии ( при СПИДе саркома Капоши) Аргументы «Против» 1. У мышей (nude) с отсутствием тимуса чпстота спонтанных опухолей не увеличена 2. Иммунный ответ против опухоли может быть извращен и направлен на усиление роста опухоли 3. Опухоли ускользают от иммунного ответа 4. Главное значение в элиминации опухолевых клеток имеют NK, а не клетки иммунной системы
ПРИЧИНЫ УСКОЛЬЗАНИЯ ОПУХОЛЕЙ ОТ ИММУННОГО ОТВЕТА 1. Недостаточная презентация АГ на опухолевых клетках 2. Отсутствие костимулирующих сигналов 3. Подавление экспрессии МНС-генов 4. Отсутствие экспрессии адгезивных молекул 5. Экспрессия антиадгезивных молекул 6. Экспрессия иммуносупрессирующих цитокинов (ТФРβ) 7. Усиливающая роль АТ
Подавление экспрессии МНС и ускользание опухоли от иммунного ответа
ИММУНОДИАГНОСТИКА ОПУХОЛЕЙ 1. Выявление метастатических узлов с помощью моноклональных АТ ( повышенное количество АГ в опред. месте) 2. Диагностика лейкозов с помощью моноклональных АТ 3. Обнаружение в сыворотке крови afp и РЭА 4. Иммуносцинтиграфия с использованием радиоактивно меченных АТ 5. Обнаружение общих для меланом АГ
ИММУНОТЕРАПИЯ ОПУХОЛЕЙ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Иммунизация инактивированными и модифицированными опухолевыми клетками Трансфекция в опухоль генов В 7 и генов цитокинов, повышающих иммуногенность опухоли Иммунизация определенными иммуногенными пептидными эпитопами с адъювантами, белками теплового шока, так как они содержат широкий спектр опух пептидов ДНК- вакцины Дендритные вакцины Биспецифические АТ Магическая пуля АТ+токсин Лечение вирусом onyx опухолей, лишенных р53 ЛАК и ТИЛ-терапия ( возможна в сочетании с биспецифическими АТ) Иммунизация против гепатита С Иммунизация БЦЖ ИНФ, ФНО Активация клеток крови опухоленосителя цитокинами
В Лонг Бич ( штат Калифорния) создана спец лаборатория с программой в которой в лаб условиях определяют чувствительность опухоли конкретного больного к апоптозиндуцирующему эффекту п/о препарата. Это позволяет выбрать эффективный препарат
ВИРУСОТЕРАПИЯ ОПУХОЛЕЙ 1. Трансдукционный подход – аденовирус, модифицированный так, что он соединяется только с опухолевыми клетками, но не с нормальными ( например, за счет АТ) 2. Транскрипционный подход – в геном вируса рядом с геном, ответственным за репликацию, введен ген опухолеспецифического промотора Промотор мелатонина – миелома Промотор afp – гепатома Промотор, спец. для простаты – аденома простаты 3. Вирусы с несколькими системами наведения на цель, (сочетание 1 и 2 подхода) 4. Вирусы, не способные к синтезу блокаторов р53 и поэтому активно реплицируются в опухолевых клетках, уничтожая их.
Иммунотерапия опухолей трансфецированными опухолевыми клетками
Лечение опухолей • Хирургическое • Облучение • Химиотерапия • Торможение сосудов опухоли – ИЛ-12 индуцирует антиангиогенный белок, маримастат, эндостатин,
Лечение В-клеточной лимфомы моноклональными антителами
Получение противораковой вакцины
ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ ОПУХОЛЕЙ §Увеличение иммуногенности опухолевых клеток за счет трансгенеза генов, кодирующих иммуногенные белки. Иммуногенные комплексы можно получить, выделяя из оп клеток белки теплового шока, несущие пептиды АГ оп клеток §Введение в опухолевые клетки генов костимулирующих молекул §Супрессорная генотерапия – трансдукция в оп клетки гена р53 в сочетании с химиотерапией. Наличие bystander effect §Суицидная терапия – ген р53, гены, кодирующие токсины под промоторами, экспрессирующимися только в опухолевых клетках, гены bax и bad, под специфическими промоторами §Введение соответствующих антисенс ДНК и РНК
• Внутриклеточная иммунизация - введение генов, кодирующих АТ против продуктов онкогенов, рецепторов для ростовых факторов • Активация клеток иммунной системы за счет введения в них генов цитокинов
§Предохранение кроветворных стволовых клеток пациента от токсического действия химиопрепаратов (введение в них гена множ. лек. устойчивости) §Активация генов апоптоза в опухолях §Подавление генов – ингибиторов апоптоза §Введение гена ИНФ §Введение гена антисмыслового Fas-лиганда §Введение генов гранзимов, генов, подавляющих ангиогенез. Эндостатин/ Fyubjcnfnby – ahfuvtyn gkfpvbyjutyf/ ahfuvtyn ghjkfrnbyf nj; t gjlfdkztn hjcn cjceljd
Вирусотерапия опухолей 1. Трансдукционный подход – аденовирус модифицируют так, чтобы он соединялся только с опух клетками, например с пом АТ к опух АГ 2. Транскрипционный подход – В геном вируса вводят опухолеспец промотор ( промотор мелатонина или промотор альфа фетопротеина, промотор, специфичный для простаты) 3. Вирусы с несколькими системами наведения 4. Вирус оникс размножается только в клетках, дефектных по р53, так как работа последнего ингибирует
3. Вирусы, не способные к синтезу блокаторов р53. В норм клетках с нормальной системой блокировки репликация вируса заканчивается, с прекращением клеточного деления, а в опухолевых , где р53 не функционирует, вирус активно реплицируется и уничтожает их 4. Встройка в терапевтический вирус генов ферментов превращающих неопасные вещества в лекарства для опух клеток
В 1970 г открыт опухолесупрессирующий ген р53, его мутации обнаружены в 50% опухолей человека. Он может быть также инактивирован при связывании в цитоплазме с такими белками как MDM 2. многие вирусы инактивируют р53 Есть форма р53, несущая аргинин в 72 позиции более чувствительна к деградации белком вируса папилломы человека HPVE 6
Введение в опухоль вирусов, экспрессирующих тимидинкиназу, а затем ганцикловира. Фермент фосфорилирует ганцикловир и превращает его в токсичный для быстроделящихся опухолевых клеток, не трогая нормальные, которые вирус не поражает
Ингибирование антиапоптотических генов и активация апоптотических Блок экспрессии онкогенов- антисмысловые м. РНК Ki-ras, внутриклеточные антитела Повышение иммунореактивности опухоли – гены чужеродных антигенов, цитокинов Введение антисенс м. РНК гена теломеразы
Взаимодействие системы иммунитета и опухоли
Иммунололгический надзор – интеллект уальная основа идеи иммунологии опухолей HSP связывают пептиды опухолевых клеток и через СD 91 взаимодействуют с ДК
Т-лимфоциты
Т-лимфоциты v Т-лимфоцит: CD 2, CD 4, CD 8, CD 28, CD 43, LFA -1 v Клетка-мишень: B 7, CD 22, ICAM-1, ICAM-2, LFA-3
T-лимфоциты Механизмы летального удара: Секреторный (засчет секреции перфорина, гранулярных протеаз) ü Несекреторный (обусловленный индукцией апоптоза засчет связывания Fas-молекул) ü
В-лимфоциты
NK-клетки Также ингибиторную функцию осуществляет молекула CD 94/NKG 2, связывающаяся с HLA E класса. § Активационные молекулы: IFN – γ, IL – 2, 15 § Fas – лиганды (CD 178) §
Способность генерировать внутри себя пролиферативные сигналы, обеспечивающие постоянную инициацию новых митотических циклов.
Способность генерировать внутри себя пролиферативные сигналы, обеспечивающие постоянную инициацию новых митотических циклов. Факторы, контролирующие активацию пролиферации: n Растворимые факторы (цитокины, гормоны); n Контакты между клетками и с окружающим матриксом. Стволовые опухолевые клетки возникают в результате генетических изменений, вызывающих : v секрецию необходимых факторов роста самими неопластическими клетками; v резкое увеличение количества рецепторов для необходимых факторов роста; v Запуск связанных с фактором роста событий в его отсутствие.
Способность генерировать внутри себя пролиферативные сигналы, обеспечивающие постоянную инициацию новых митотических циклов структурные изменения рецепторных тирозинкиназ, активирующие мутации генов семейства RAS n структурные изменения β-катенина; n гиперэкспрессия транскрипционных факторов семейства Мус; n амплификация генов циклинзависимых киназ; и многие n другие генетические нарушения.
Нечувствительность к рост-супрессирующим сигналам, в норме ограничивающим избыточное размножение клеток или пролиферацию в неблагоприятных условиях. Основные типы антипролиферативных сигналов: нормальные физиологические факторы (рост-ингибирующие цитокины – TGF-β и др. , взаимодействия клеток с внеклеточным матриксом и друг с другом и т. д. ); ü неблагоприятные условия окружающей среды и/или ü внутриклеточные повреждения (гипоксия, разрывы ДНК и т. д. ) Принцип действия заключается в активации ингибиторов циклинзависимых киназ (ЦК) семейств Ink 4 и Cip/Kip, что приводит к остановке клеточного цикла.
Нечувствительность к рост-супрессирующим сигналам, в норме ограничивающим избыточное размножение клеток или пролиферацию в неблагоприятных условиях. Подавление активности белков семейств Ink 4 и Cip/Kip: • Инактивация представителя белков Ink 4 – р15 Ink 4 b – вызывает понижение чувствительности к антипролиферативному действию цитокина TGF-β. (к сходным последствиям ведет и инактивация белка p. Rb. ); • дисфункция белка р53, приводящая к отмене вызываемого стрессами ингибирования ЦК; • Инактивация р53 и повышение активности транскрипционного фактора HIF 1 вызывает переход на анаэробное дыхание; • мутации или эпигенетическая инактивация 16 Ink 4 a ослабляют контактное торможение размножения клеток и отменяют репликативное старение
Нечувствительность к рост-супрессирующим сигналам, в норме ограничивающим избыточное размножение клеток или пролиферацию в неблагоприятных условиях. • Увеличение активности теломеразы (может быть вызвано гиперэкспрессией Myc, инактивацией р 53, присутствием онкобелка Е 6, увеличением активности транскрипционного фактора Bmil) Функции теломеразы: ü Достраивание теломер (отмена репликативного старения); ü Стимуляция пролиферации стволовых и незрелых эпителиальных клеток.
Подавление программируемой смерти клеток. Апоптоз – основанная на активации каспаз программа q q самоубийства клеток, посредством которой в организме поддерживается необходимое число клеток и, кроме того, предотвращается накопление аномальных вариантов. потеря экспрессии на поверхности клетки рецептора смерти Fas; Нарушение проведения апоптогенного сигнала к митохондриям в результате инактивации р53, PTEN и др. ; ингибирование проницаемости митохондриальной мембраны для цитохрома С и AIF вследствие изменений экспрессии белков семейства Вс12; инактивация каспаз ввиду их связывания с белками IAP, экспрессия которых повышается вследствие мутаций Ras, PTEN и др.
Подавление программируемой смерти клеток. Аутофагия – программа лизосомальной деградации белков. Редкое нарушение. Характерно для раковых клеток молочной железы, яичника и простаты, в которых ингибирование аутофагии связано с делецией одного из генных аллелей Beclin 1, белковый продукт которого играет ключевую роль в образовании аутофагосом .
Подавление программируемой смерти клеток.
Реорганизация цитоскелета и контактных структур, детерминирующая повышенную двигательную активность клеток – основу опухолевой инвазии. Активация белков семейства Ras и PI 3 K, находящихся на пересечении сигнальных путей от многих рецепторов, ведет к повышению активности как МАР-киназ и циклинзависимых киназ – ключевых регуляторов клеточного цикла, так и малых ГТФ-аз семейства Rho, играющих центральную роль в контроле полимеризации актина, реорганизации цитоскелета и регуляции движения клеток. n Вызываемые МАР-киназными каскадами, активированными белками Rho и STAT изменения активности большого набора транскрипционных факторов, приводят одновременно к повышению синтеза различных протеаз и подавлению транскрипции гена Е-кадгерина, что обусловливает разрушение межклеточных контактов. n
Блокирование специфической дифференцировки клеток. n В опухолевых клетках могут быть нарушены самые разные компоненты сигнальных путей, ответственных за выполнение различных дифференцировочных программ. Так, развитие острых лейкозов связано с блокированием дальнейшей дифференцировки ранних гемопоэтических клеток-предшественников, происходящим вследствие перестроек генов рецепторов цитокинов (c-Kit, Flt 3), сенсоров позиционных сигналов от других клеток (Notch 1) и транскрипционных факторов, ответственных за миелоидную (AML 1, RARα, c-EBPα, GATA 1) или другие типы дифференцировки.
Индукция изменений микроокружения, обеспечивающих кровоснабжение опухолей и стимуляцию их роста и инвазии. Ангиогенез Ключевая роль в этом процессе принадлежит VEGF и ангиопоэтину-2 а, также b. FGF, PLGF, PD-EGF и некоторым другим митогенным/мотогенным цитокинам; ü Кроме того, росту новых сосудов способствует уменьшение содержания в микроокружении белков-ингибиторов ангиогенеза, таких как тромбоспондин-1, ангиостатин и эндостатин; ü секреция опухолевыми клетками протеаз, разрушающих внеклеточный матрикс, что необходимо для прорастания новых сосудов. ü «Мозаичные сосуды» ü
Индукция изменений микроокружения, обеспечивающих кровоснабжение опухолей и стимуляцию их роста и инвазии.
Индукция изменений микроокружения, обеспечивающих кровоснабжение опухолей и стимуляцию их роста и инвазии. Индукция конверсии стромальных фибробластов в миофибробласты, которые, секретируя определенный набор цитокинов и протеаз, стимулируют инвазивный рост опухолей (индуцируется TGFb, продуцируемым неопластическими клетками). Привлечение в опухоль макрофагов и других клеток воспаления, что ускоряет опухолевую прогрессию за счет секреции ими цитокинов, стимулирующих размножение неопластических клеток, ангиогенез и образование миофибробластов, продукции металлопротеаз, а также повышения содержания активных форм кислорода и азота, индуцирующих мутагенез
Метастазирование-образование вторичных очагов опухолевого роста. Важным достижением в понимании механизмов метастазирования стала концепция о предварительном формировании в отдаленных органах «ниш» , привлекающих опухолевые клетки и стимулирующих размножение образующихся метастазов. Предполагается, что образование таких ниш детерминировано секрецией клетками первичной опухоли определенных цитокинов и хемокинов (плацентарный ростовой фактор, VEGF и др. ), что вызывает ряд реакций в тканях некоторых отдаленных органов, приводящих, в частности, к оседанию в них VEGFR 1 -позитивных гемопоэтических клеток, которые, продуцируя специфический набор адгезионных молекул, протеаз и т. д. (интегрин α 4β 1, MMP 9 и др. ), привлекают опухолевые клетки и стимулируют их дальнейшее размножение.
Метастазирование
Нестабильность генома неопластических клеток. В основе генетической нестабильности опухолевых клеток лежит 3 типа нарушений: v увеличение внутриклеточного уровня активных форм кислорода (АФК) и других эндогенных мутагенов; v понижение точности репликации ДНК и сегрегации хромосом во время митоза; v нарушения реакции клеток на изменения структуры ДНК или повреждения митотического аппарата (аномалии систем репарации ДНК; инактивация чекпойнтов клеточного цикла, предотвращающих остановку пролиферации аномальных клеток и подавление апоптоза, элиминирующего поврежденные клетки из организма).
Нестабильность генома неопластических клеток. Повышенная изменчивость популяций опухолевых клеток связана не только с резким учащением истинных генетических изменений (генных мутаций, рекомбинаций, анеуплоидии и др. ), но и со значительным увеличением вероятности возникновения т. н. эпигенетических изменений, связанных с метилированием ДНК и/или ремоделированием структуры хроматина. Так, в результате нарушения процессов метилирования ДНК, обусловленных изменениями уровня экспрессии ДНК-метилтрансфераз (к таким изменениям, в частности приводят наиболее характерные для новообразований человека генетические изменения – мутации генов р53 и Ras) может одновременно измениться транскрипция нескольких сотен генов.
