Udział czynników genetycznych w patogenezie nowotworów tarczycy.pdf

Udział czynników genetycznych w patogenezie nowotworów tarczycy

wywodzących się z komórki pęcherzykowej tego gruczołu

IOMASZFERENC 1 , ANDRZEJ LEWIŃSKI 2

! fekiad Biologii i Genetyki Medycznej WAM w Łodzi

'Zakład Tyieologii Instytutu Endokrynologii AM w Łodzi

Streszczenie: W pracy przedstawiono obecny stan wiedzy na temat udziału czynników genetycz-

nych w powstawaniu nowotworów tarczycy, pochodzących z komórki pęcherzykowej tego

gruczołu.

Aktywujące mutacje somatyczne genu receptora TSH prowadzą w około 75% przypadków do

powstawania gruczolaków nadczynnych, zaś mutacje genu kodującego podjednostkę a białek Gs

wokoło 25% przypadków. Mutacje protoonkogenów ras i zaburzenia metylacji DNA w regionach

promotorowych genów regulujących cykl komórkowy, odgrywają ważną rolę w procesie inicjacji

transformacji nowotworowej tyreocyta.

Wydaje się, że niedobór jodu jest istotnym czynnikiem „przyzwalającym" na występowanie mutacji

genu receptora TSH oraz mutacji protoonkogenów z rodziny ras. Zwiększoną ekspresję i częstość

mutacji protoonkogenów ras obserwowano w komórkach nowotworów pęcherzykowych, zwłasz-

cza na obszarach endemii wola.

W komórkach raka brodawkowatego stwierdzono obecność onkogennych sekwencji .Ref/PTC l, 2,

3, 4 oraz TRK, TRK-T1, TRK-T2 i TRK-13, powstających w wyniku wzajemnych wewnątrz-

i miedzychromosomowych przegrupowań. Onkogenne sekwencje protoonkogenów rodziny

te/PTC były znajdowane w dużym odsetku komórek tych raków brodawkowatych, których

występowanie było związane z przebytym napromienieniem.

Zaburzenia ekspresji genów supresorowych p!6lNK4A i Rb oraz genu cykliny Dl, regulują-

cych przejście z fazy Gl do fazy S cyklu komórkowego, mogą odgrywać istotną rolę na wczes-

nym etapie rozwoju raka pęcherzykowego i „spontanicznego" raka brodawkowatego, tj. nie

związanego z uprzednim napromienieniem. Rak brodawkowaty tarczycy może towarzyszyć

zespołowi polipowatości rodzinnej powstającemu w wyniku mutacji genu APC w komórkach

szlaku płciowego.

Inaktywacja domniemanego genu supresorowego w regionie 3p21-24.1 wskutek wystąpienia

mutacji, może być ważnym czynnikiem w rozwoju raka pęcherzykowego. Z kolei, mutacje

supresorowego genu P53 mogą prowadzić do przejścia raków zróżnicowanych w kierunku raka

niezróżnicowanego.

Aberracje chromosomowe były znajdowane w komórkach pochodzących z nowotworów łagod-

nych, jak i złośliwych gruczołu tarczowego. Spośród nich, aberracje liczby i struktury chromosomu

7 byty najbardziej związane z występowaniem raka brodawkowatego i pęcherzykowego o dużej

histologicznej i klinicznej złośliwości. (Endokrynol Poi — Polish J Endocrinol 1999; 50: Supl l do

i. 4, 61-90)

Słowa kluczowe: nowotwory tarczycy — molekularne mechanizmy rozwoju

Karcinogeneza jest procesem wieloetapowym, który poprzedza inicjacja transfer- \

macji nowotworowej na poziomie pojedynczej komórki. Przyjmując pogląd o mor

klonalnym pochodzeniu nowotworów, należy uznać, że aby pojedyncza komórta j

mogła ulec pełnej transformacji musi mieć utrwalone mutacje w co najmniej kilki. ;

a może i kilkunastu genach [l, 2].

Podstawowe znaczenie w transformacji nowotworowej komórki mają: inaktysa- l

cja genów supresorowych i aktywacja onkogenów. Protoonkogeny są to gen; i

ulegające ekspresji w komórkach prawidłowych; spełniają one rolę w regulacji •

procesów wzrostu, różnicowania i dojrzewania komórek. Protoonkogeny stają bi; '

onkogenami na skutek zmiany sekwencji DNA, co zachodzi w wyniku wystąpienia

przynajmniej jednej mutacji punktowej albo bardziej rozległych zmian sekwenei: :

DNA. Komórkowe protoonkogeny mają stałą lokalizację w chromosomach. W nor- :

malnych komórkach stanowią około 1% wszystkich genów. Protoonkogeny, podot \

nie jak większość genów kodujących białka, występują w haploidalnym genom

w pojedynczych kopiach [l, 2, 3, 4].

Poznano różne mechanizmy aktywacji protoonkogenów [l, 3, 4, 5, 6,7,8,9]: ;

a) mutacja punktowa

b) arnplifikacja

c) inwersja

d) translokacja

e) insercja

Mutacja punktowa w obrębie protoonkogenu, powoduje zmianę informaći

dotyczącej kodowania białek. Zmienione białko może indukować jedną lub wieś;

zmian związanych z rozwojem nowotworu.

Arnplifikacja polega na zwielokrotnieniu liczby kopii genów. Liczba kopE

niektórych genów w nowotworach wynosi kilka, kilkadziesiąt, a nawet ponad Ifó

kopii genu.

Inwersja polega na obrocie odcinka chromosomu o 180 stopni w stosunku do

położenia pierwotnego. Wyróżnia się inwersje pericentryczne, w których punktem

obrotu jest centromer oraz inwersje paracentryczrie, w których obrót następuje

wokół punktu nie będącego centromerem.

Translokacja polega na przemieszczeniu protoonkogenu w miejsce chromo-

somowe objęte działaniem regulacji ekspresji innego genu (np. immunoglobulinyj.

Ten typ aktywacji występuje np. w chłoniaku Burkitta, szpiczakach. Translokacjt-

w tych typach nowotworów są swoiste.

Insercja polega na wbudowaniu w rejon poprzedzający protoonkogen lub niekie-

dy również w rejon przylegający do końca protoonkogenu, silnych sygnałów trać-

skrypcyjnych typu promotorów lub tzw. sekwencji wzmacniających transkrypcję.

Onkoproteiny, kodowane przez onkogeny, dzielą się na jądrowe i cytoplaz-

matyczne. Na podstawie lokalizacji oraz strukturalnych i czynnościowych właściwo-

ści białkowych produktów protoonkogenów, dokonano podziału onkoprotein aa

7 klas [3, 6, 8, 10]:

a) czynniki wzrostu;

b) białka receptorowe i niereceptorowe, wykazujące aktywność kinazy tyrozynowej;

c) białka rea

d) białka G :

e) białka wył

f) cytoplazm

g) białka ucz

Nowotwo

stanowią atr:

genetyki, por

po wysoce z-

Zaburzenia t

Do transf

się również z

wych, w DN

cytozyna (5-r

Metylacja D'.

ulega deami

wycięte i wj

Należy "t

w komórce

chromosorm

5-mC, jako

0 tej samej

Zaburzej

rozwoju no

W przypad

towarzysz)

leotydów C;

cych cytoz>

Natorni;

nowotworów

w komórka.

1 innych mit

Matsuo i •

w obrębie

nowotworó

zaobserwov

spośród 35

w badanyc!

(BCPAP) -i

p!6INK4A.

pierwszego

gruczołakó

' '• • ' „

c) białka receptorowe bez aktywności kinazy tyrozynowej;

d) białka G związane z błoną cytoplazmatyczną;

e) białka wykazujące aktywność kinazy serynowej;

f) cytoplazmatyczne receptory;

g) białka uczestniczące w transkrypcji genów.

Nowotwory tarczycy pochodzące z komórki pęcherzykowej tego gruczołu

stanowią atrakcyjny model do badań z zakresu genetyki molekularnej i cyto-

genetyki, ponieważ obejmują szeroki zakres fenotypów, od łagodnych (gruczolaki)

po wysoce złośliwe (rak niezróżnicowany) [8, 9].

Zaburzenia metylacji DNA a onkogeneza

Do transformacji nowotworowej komórek na wczesnym etapie mogą przyczynić

się również zaburzenia metylacji DNA. Obok czterech podstawowych zasad azoto-

wych, w DNA mogą się znajdować zasady nietypowe. Do takich należy 5-metylo-

cytozyna (5-mC), która stanowi 3 — 6% całkowitej ilości cytozyny u kręgowców [11].

Metylacja DNA u swych podstaw jest procesem mutagennym, ponieważ 5-mC łatwo

ulega deaminacji do tyminy. Jeśli tak powstałe tyminy nie zostaną enzymatycznie

wycięte i wymienione na cytozyny, to dochodzi do mutacji punktowej [12].

Należy zaznaczyć, że metylacja DNA pełni też wiele pozytywnych funkcji

w komórce m.in., przyczynia się do stabilizacji struktury DNA, inaktywacji

chromosomu X, odpowiada za zjawisko genomowego „imprintingu". Występowanie

5-mC, jako piątej zasady w nici DNA zwiększa zawartość informacji na odcinku

0 tej samej długości [12, 13, 14].

Zaburzenia prawidłowego wzoru metylacji DNA są prawdopodobnie przyczyną

rozwoju nowotworów lub pozostają z tym procesem w ścisłej współzależności.

W przypadku wielu nowotworów zaobserwowano, że uogólnionej demetylacji

towarzyszy lokalna hipermetylacja w regionach o wysokim zagęszczeniu dinuk-

leotydów CpG (dinukleotyd deoksycytydyna-fosforan-deoksyguanozyna), zawierają-

cych cytozynę w formie zmetylowanej [12, 15, 16].

Natomiast, niewiele jest wiadomo na temat zaburzeń metylacji DNA w rozwoju

nowotworów tarczycy. Jak wynika z Ryć. l [17, 18], zaburzenia metylacji DNA

w komórkach pęcherzykowych tarczycy mogą dotyczyć genów dla ras, białek Gs, jak

1 innych miejsc genowych m.in., dla regionów promotorowych genów supresorowych.

Matsuo i wsp. [19] poszukiwali zaburzeń prawidłowego wzoru metylacji DNA

w obrębie onkogenu H-ras w komórkach pochodzących z łagodnych i złośliwych

nowotworów tarczycy. Hipermetylację regionów zawierających dinukleotydy CpG

zaobserwowali w komórkach 63% badanych gruczolaków pęcherzykowych (22

spośród 35) i w 63% raków pęcherzykowych (10 spośród 16). Ivan i wsp. [20]

w badanych liniach komórkowych raka pęcherzykowego (FTC133) i brodawkowatego

(BCPAP) zaobserwowali hipometylację DNA w obrębie pierwszego eksonu genu

p!6INK4A. Z kolei, Elisei i wsp. [21] zaobserwowali hipermetylację DNA w obrębie

pierwszego eksonu genu p!6INK4A w komórkach dwóch spośród 4 badanych

gruczolaków pęcherzykowych i czterech spośród 12 raków brodawkowatych.

Gruczolak pęcherzykowy

(klonalny)

nadczynny

LOH(llql3)/

\ ?

TSH-R

LOH (3p)

Rak

Rozrost komór

pęcherzykowyc

:k .

Gruczolak

pęcherzyków;

n *

pl6INK4A

Gsp

ras /

CCND1

P55

«< nm23

E-kadheryna

Komórka pęcherzykowa C.

Gsn

LOH(llql3)?

ł f^^

p!6INK4A

Gsp

ras

inv (10) - Ret/PTC 1 , 3, 4, 5

Rak

anaplastyczny

j ^ Ł

t o

\ \ met

t^n•l7^ . P^^/PTI- o

Zaburzenie metylacji DNA

Rak

brodawkowaty

„indukowany"

P5J

nm25

E-kadheryna

inv (1) - Tryfc-Tl

inv(l)-rrt-T2

t^l,3) — ^ rK- 1 j

Rak

P53

p!6INK4A

„sporadyczny"

nm23

E-kadheryna

tfi>

CCAW

Ryć. 1. Molekularne zaburzenia związane z rozwojem i progresją nowotworów nabłonkowych tarczycy po-

chodzących z komórki pęcherzykowej tego gruczołu. Rycina sumuje udowodnione i domniemane zmiany

molekularne (za: Fagin [17], Farid i wsp. [18], Suarez [63], w modyfikacji własnej). Pierwszorzędne znacze-

nie w kolejnych fazach rozwoju nowotworów tarczycy mają zaburzenia genów umieszczonych nad strzałką.

Gsp - białko Gs; TSH-R - receptor TSH; ras, met, Rei, Trk - protoonkogeny; PSS, Rb,pl6INK4A,

nm23 — geny supresorowe; CCND1 — gen cykliny Dl; LOH — utrata heterozygotyczności; inv(10)

- inwersja paracentryczna w obrębie chromosomu 10; t(10;17), t(l;3) — translokacje; Ilql3 — region

prążkowy na ramieniu długim chromosomu 11; 3p — ramię krótkie chromosomu 3; E-kadheryna

— cząstka adhezyjna. Dla przejścia z jednej fazy do drugiej (zgodnie z kierunkiem strzałek) niezbędne są

mutacje maktywujące bądź mikrodelecje (LOH) obejmujące geny supresorowe albo mutacje aktywujące

(ras, met) bądź aberracje strukturalne (Ret/PTC, Trk} protoonkogenów.

Białka G

Białka G (guanine binding proteins) mają status uniwersalnych łączników

pomiędzy receptorami błonowymi odbierającymi sygnał zewnątrzkomórkowy, a ko-

mórkowymi białkami efektorowymi. Większość informacji na temat funkcjonowania

białek G pochodzi z badań nad białkami Gs, tj. podgrupą białek posiadających

właściwości stymulowania cyklazy adenylowej. Zaobserwowano, że mutacyjne

zmiany genów kodujących te białka, a szczególnie genu kodującego podjednostkę a,

prowadzą do ich nadmiernej aktywacji [22, 23].

Gruczolak

Komórki pęcherzykowe, w których wystąpiły mutacje łańcucha a białek Gs,

mogą wykazywać aktywność cyklazy adenylowej i prowadzić do nadmiernej

stymulacji wzrostu komórkowego oraz sekrecji hormonu tarczycy. W komórkach

około 25% klonalnych gruczolakow nadczynnych tarczycy (hyperfunctioning ade-

nomas) stwierdzono mutacje w łańcuchu a białka Gs [17, 24, 25]. Horie i wsp.

[26] zidentyfikowali mutacje w kodonach 227, 231 lub 239 genu kodującego

podjednostkę Gsa w komórkach 23% przebadanych guzów łagodnych i złośliwych

tarczycy (8 spośród 34). Z kolei, Derwahl i wsp. [27, 28] sugerują, że mutacyjna

aktywacja białka Gsa nie jest bezwzględną przyczyną powstawania guzków czy

gruczolakow nadczynnych, a w patogenezie tych zmian należy upatrywać udziału

całego kompleksu mechanizmów regulujących transdukcję sygnału. Zwraca uwagę

fakt, że w przeciwieństwie do nowotworów tarczycy u osób dorosłych, nie stwier-

dzono znaczenia mutacji genu kodującego białko Gsa w rozwoju 20 guzów tarczycy,

stwierdzonych u dzieci na Białorusi po awarii elektrowni atomowej w Czernobylu

(w przeważającej części były to raki brodawkowate) [29].

Receptor TSH

Receptory TSH w tarczycy należą do rodziny receptorów związanych z biał-

kami G i mogą być również uważane za potencjalne onkogeny. Receptor TSH

składa się z części zewnątrzkomórkowej, siedmiu śródbłonowych domen połączo-

nych zewnątrz- i wewnątrzkomórkowymi pętlami i cytoplazmatycznego „ogona"

i może podlegać zmianom konformacyjnym w wyniku mutacyjnej substytucji

aminokwasów [25].

Mutacje somatyczne genu kodującego receptor TSH były znajdowane w komór-

kach 20 — 80% gruczolakow nadczynnych [30, 31]. W komórkach 3 spośród 11

badanych klonalnych nadczynnych gruczolakow tarczycy zaobserwowano substy-

tucje aminokwasów w trzeciej cytoplazmatycznej pętli receptora TSH [32].

Dwie z nich dotyczyły pozycji 619 (Asp -»Gly), a jedna pozycji 623 (Ala -> Ile).

Takie same substytucje aminokwasów w pozycji 619 i 623 receptora TSH w komór-

kach gruczolakow nadczynnych zaobserwowali Kopp i wsp. [33]. Częstości muta-

cyjnych aktywacji receptora TSH zaobserwowane przez innych autorów przed-

stawiały się następująco: 63,6% (7/11) [34], 81,8% (9/11) [35], 8,1% (3/37) [36]

i 0% (0/38) [37].

Derwahl [31] porównał częstości mutacji receptora TSH obserwowane przez

cytowanych powyżej autorów, z dobowym wydaleniem jodu z moczem, stwier-

dzanym we Włoszech [34, 35, 36] i Japonii [37]. Autor ten zaobserwował, że

częstość mutacji receptora TSH była znacznie wyższa w regionach, gdzie dobowe

wydalanie jodu z moczem było niskie (poniżej 50 /^g/dobę) [31]. Z kolei, w regionie

objętym badaniami Takeshita i wsp. wydalanie dobowe tego pierwiastka z moczem

wynosiło powyżej 200 //g/dobę, a mutacje onkogenne receptora TSH w guzkach

autonomicznych tarczycy były rzadkie [37].

Należy w tym miejscu podkreślić, że jeśli mutacja genu dla receptora TSH

wystąpi w komórkach linii germinalnej, zostanie odziedziczona i prowadzi do

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: