Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az

(1)

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak

a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

(2)

SEJTCIKLUS ÉS

RÁKTERÁPIÁK, P53

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak

a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Balajthy Zoltám

Molekuláris Terápiák – 12. előadás

(3)

A 12 és 13 . fejezet célja, hogy megismerjük a sejtciklus és a sejthalál egyes lépéseit, szabályzásait, szabályozatlan sejtosztódás kialakulásának létrejöttét, a rákterápiás beavatkozás lehetőségeit.

A 12. fejezet témakörei

12.1. A sejtciklus bemutatása

Konstitutív és indukálható CDK inhibitorok

12.2. Mitogén szignál kaszkád

Késői G fázis transzkripciós eseményei

Retinoblasztóma génszupresszió mechanizmusa 12.3. Az M fázis biokémiai eseményei

12.4. Rákot okozó gének a mitótikus szignalizációban Protoonkogének és onkogének

12.5. A tirozin kináz receptorok (TKR)

Ligand független receptor onkoproteinek 12.6. Terápiás célpontok

monoklonális antitestekés specifikus inhibitorok

(4)

Checkpoints controll A sejtciklus alapvető szakaszai

látható. A G1 fázis vastagított része jelzi azokat az aktivitásokat, amelyek az S fázis előkészítői, és már az előző ciklus alatt, a G2 és M fázis eseményei idején

elindultak. Ehhez hasonlóan,

a mitózisra (G2) már az S fázisban is megkezdődnek az előkészületek.

A jobb oldalon a G1-ből a G0-ba való kilépés és visszalépés látható.

A belépési szakasz kritikus részei:

C (kompetencia), V (belépési szakasz cége) és R (restrikciós pont, a

progresszió vége).

12.1. A sejtciklus vázlatos bemutatása I.

(5)

G1 S G2 M G1

INTERPHASE MITHOSIS KINESIS ^CYTO- Methaphase Anaphase

cyclin D CDK

cyclin E CDK

START

cyclin A CDK

cyclin B

CDK APC

G2/M

START G2/M

Metaphase - Anaphase

G0 P27

CDK: ciklin dependens kinázok , APC: anafázist támogató komplex, P27: ciklin dependens kináz inhibítorok,

A sejtciklus vázlatos bemutatása II.

(6)

sejtosztódási ciklus: CDC,

ciklin dependens protein kináz: CDK

ciklin dependens protein kináz inhibitor: CDI

, CDK1

CKIs

DNS sérülés,

„éhezés”,

faktorok hiánya DNS-sérülés

indukált

konstitutív CKI konstitutív

CKI

, és ellenőrző pontok a „S”, „G2” és „M”

stabil pontokban

APC

Konstitutív és indukálható CDK inhibitorok

(7)

MEK

ERK

Fos P P

Raf

P P P

P

P P Shc

SOS

GRB2

Receptor tirozin kináz

L

ERK

P P RAS

GDP

RAS GTP

GDP

Pi

célfehérje

Aktive Inaktive

GAP

GTP

Bejövő szignál

Kimenő szignál

SOS: guanin nukleotid cserélő faktor GAP: GTPáz aktiváló fehérjék

ERK: extracelluláris szignál-regulált kináz1

RAF, MEK, ERK: protein kináz foszforilációs kaszkád FOS: transzkripciós faktor

12.2. Mitogén szignál kaszkád

SH3 SH3

L

Ras kihorgonyzás zsír-

savval és farnezilálással

(8)

CDK inhibitor

CDK inhibitor CDK inhibitor

Dihidrofolát reduktáz Timidin kináz

Timidilát szintáz DNS polimeráz

E2F: eukarióta transzkripciós faktor EGF: epitélsejt növekedési faktor CDK: ciklin dependens protein kináz Rb: retinoblasztoma fehérje

D1, A, E: Ciklin D1, A és E

DNS replikációs gépezet elindul

S fázis start

pozitív erősítés

transzkripció leállítás

Késői G fázis transzkripciós eseményei

(9)

E2F Rb HDAC

Pol II

Off

Pol II

On

Ac Ac

Ac

Ac Ac

Ac Ac Ac Ac

Ac Ac Ac

E2F

Ac

Rb

HDAC

G1 CDK

active p

p

p p

HAC

TF

Ac Ac

Ac

Cyclin E, A Cyclin E

Active CDK2

Cyclin E, A

E2F Rb HDAC

Pol II

Off

Pol II

On

Ac Ac

Ac

Ac Ac

Ac Ac Ac Ac

Ac Ac Ac

E2F

Ac

Rb

HDAC

G1 CDK

active p

p

p p

HAC

TF

Ac Ac

Ac

Cyclin E, A Cyclin E

Active CDK2

Cyclin E, A

Retinoblasztóma génszupresszió mechanizmusa

(10)

T

T Y

ciklin B

T

T Y

CKI p

ciklin B CDK p

p

p p

p _T

T Y

ciklin B CDK

p T

T Y

CDK

C i

i kl n

T

T Y

CDK p p gátló

foszforiláció

stabilizáló

foszforiláció CDC 25

C KI

Proteolítikus lebontás

APC

Inaktív protein kináz actív protein

kináz

Szubsztrát Szubsztrát

p

Hisztone H1 Lamin Vimentin kaldezmon

Kromatin kondenzáció Citoszkeleton átrendeződik

Mitotikus orsóképződés Nukleáris membrán eltűnik

Sejtalakváltozások

Szubsztrát foszfatázok

p +

G2 M G1

CDK

T

T Y

ciklin B

T

T Y

CKI p

ciklin B CDK p

p

p p

p _T

T Y

ciklin B CDK

p T

T Y

CDK

C i

i kl n

T

T Y

CDK p p gátló

foszforiláció

stabilizáló

foszforiláció CDC 25

C KI

APC

Inaktív protein kináz actív protein

kináz

Szubsztrát Szubsztrát

p

Hisztone H1 Lamin Vimentin kaldezmon

Kromatin kondenzáció Citoszkeleton átrendeződik

Mitotikus orsóképződés Nukleáris membrán eltűnik

Sejtalakváltozások

Szubsztrát foszfatázok

p +

G2 M G1

CDK

12.3. Az M fázis biokémiai eseményei

(11)

12.4. Rákot okozó gének a mitótikus szignalizációban

Shc

SOS GRB2

Receptor Tirozin kináz

L L

RAS GTP

SH3 SH3

L L

RAF RAF

MEK MEK

ERK ERK ERK

Fos

ERK

P

NUKLEUSZ P

Transzkripciós faktor (aktivátor)

Protein kináz foszforilációs kaszkád

Gén expresszió

Sejtciklust aktiváló fehérje

G protein

Receptor

NUCLEUS Transzkripciós faktor (pl. p53) Protein kináz

foszforilációs kaszkád

Sejtciklus gátló fehérje

G protein GTP

GTP GTPGTP

Növekedést stimuláló útvonal Növekedést gátló útvonal L

Hibásan működő vagy hiányzó

transzkripciós faktor, Példáu:l p53, transz- kripciósan inaktív

Overexpresszált fehérje Nem expresszálódó fehérjeX

Állandó sejtciklus stimulus

X

Sejtciklus nem gátolt

Rendellenes hatás

(12)

Protoonkogének és onkogének

Shc

SOS GRB2

L

RAS GTP

SH3 SH3

L

Fos ERK

NUKLEUSZ P

G protein

GTP

Növekedést stimuláló útvonal

Overexpresszált fehérje

Shc

SOS GRB2

L L

RAS GTP

SH3 SH3

L L

Fos ERK

P

NUKLEUSZ P

G protein

GTP GTP

Protoonkogén növekedési faktort kódol

Mutációk a növekedési faktor túltermelését okozza

Protoonkogén növekedési faktor receptort kódol

Mutáns receptor ligand kötés nélkül szignalizál

Protoonkogének a külső mitogén jelet továbbít- ják a sejtosztódáshoz

Mitogén szignálra

nincs szükségük a sejt- osztódáshoz

Protoonkogén transz- kripciós faktort kódol.

Folyamatosan kötődnek a célgének promoteréhez

(13)

A protoonkogének onkogénné aktiválódásának lehetséges biokémiai mechanizmusai:

- promoter beilleszkedés - enhancer beilleszkedés

- kromoszómális transzlokáció - gén amplifikáció

- pontmutáció vagy deléció

Az itt leírt öt mechanizmus közül az első négy onkogén termékének a megnövekedését jelenti transzkripciójának fokozódása miatt; a fehérje szerkezetében nincs semmiféle változás. Ez azt jelenti, hogy egy

onkogén mennyiségének kóros fokozódása elégséges lehet egy sejt malignussá tételéhez. Az ötödik mechanizmus, a pontmutáció, vagy deléció, a fehérje szerkezetének megváltozását jelenti, miközben annak mennyisége nem nő. Ebből az következik, hogy a malignitás felé

billentheti a sejtproliferáció kényes szabályozási folyamatait

kulcshelyzetben működő regulációs fehérje szerkezeti abnormalitása.

(14)

EGFR

TGF-a EGF

IGF-1R

P P

P P IGF-1 IGF-2

PDGFR

PDGF

VEGF-A VEGF-B

VEGFR

HER2

None

EGFR/HER2

P P

Receptor heterodimerizáció és aktiváció

A tirozin kináz receptor (TKR) különböző családjai különböző ligandok sokféle csoportját ismerik fel

Transzmembrán lipofil rész

Intracelluláris fehérje tirozin kináz domén

Extracelluláris ligand-kötő domén

(15)

EGFR-s

TGF-a EGF

EGFR

Kináz katalítikus doménja Citoszólikus

domén Extracelluláris

domén

Receptor Homodimerizáció Ligand kötő hely

Ligand

P P

ATP ADP

Ligand-kötődés aktiválja a tirozin kináz receptort dimerizációval

EGFR-s

TGF-a EGF

EGFR

Kináz katalítikus doménja Citoszólikus

domén Extracelluláris

domén

Receptor Homodimerizáció Ligand kötő hely

Ligand

P P P P

ATP ADP

Ligand-kötődés aktiválja a tirozin kináz receptort dimerizációval

(16)

EGFR HER2HER2 EGFR

Plazma membrán Val

Onkogén

mutáció (Val → Glu)

(Deléció)

Glutamin

Ligand független receptor onkoproteinek A TKR-t aktiváló mutáció

számos formája ismert, mindegyik ligand független dimerizációhoz vezet és így aktiválódáshoz

Protoonkogén receptor protein

ErbB Neu

EGFR HER2HER2 EGFR

Plazma membrán Val

Onkogén

mutáció (Val → Glu)

(Deléció)

Glutamin

Ligand független receptor onkoproteinek A TKR-t aktiváló mutáció

számos formája ismert, mindegyik ligand független dimerizációhoz vezet és így aktiválódáshoz

Protoonkogén receptor protein

ErbB Neu

(17)

mAbs

L

X X

Szignál transzdukció

X

L

X X

Szignál transzdukció

X

L Tirozin kináz inhibitor (TKI)

TKI TKI

L L

✝ ✝

Sejthalál Toxin-indukált

sejt halál

L L

RNA interferencia

Protein szintézis

X

Mutáns Neu- és EGF-Receptort célzó terápiás módszerek

(18)

HER2 receptor expresszó normál és tumorsejt felszínen Herceptin a sejtfelszíni HER2 receptorokhoz kötődik

Normál HER2 sejtfelszíni expresszió

Emelkedett HER2 sejtfelszíni expresszió

Herceptin kapcsolódás a HER2 receptorhoz Herceptin aktiválja az immunrendszert a sejtek elpusztítására

HER2 receptor expresszó normál és tumorsejt felszínen Herceptin a sejtfelszíni HER2 receptorokhoz kötődik

Normál HER2 sejtfelszíni expresszió

Emelkedett HER2 sejtfelszíni expresszió

Herceptin kapcsolódás a HER2 receptorhoz Herceptin aktiválja az immunrendszert a sejtek elpusztítására

(19)

1, sejtfelszíni receptor szignalizációjának blokkolása

2, TKR tirozin kináz aktivitásának gátlása

3, protein foszfokináz kaszkád gátlása

4, növekedés-gátlási útvonalak aktiválása (Rb), vagy a p53 funkció helyreállítása

5, angiogenezis gátlása 6, metasztázis gátlása

1

2

3

TKI

Ma már a klasszikus tumor eltávolítási módszerek mellett, mint a sebészet, sugár, és kemoterápia, a rákos sejtek eltávolítására új molekuláris terápia célpontok ismertek.

Shc

SOS GRB2

L

RAS GTP

SH3 SH3

L

RAF

MEK

ERK

Rb ERK

E2F

NUKLEUSZ

Transzkripciós faktor (pl. Rb, p53)

G protein

GTP

X Shc

SOS GRB2

L L

RAS GTP

SH3 SH3

L L

RAF RAF

MEK MEK

ERK ERK ERK

Rb ERK

E2F

NUKLEUSZ

Transzkripciós faktor (pl. Rb, p53)

G protein

GTP GTP

X

4 12.6. Terápiás célpontok

(20)

EGFR onkoproteinek és mitogénaktiválta kinázok szignalizáció gátlása monoklonális antitestekkel és specifikus inhibitorokkal

MEK

ERK

Fos

Raf

SOS GRB2

RAS GDP

Antitesttel gátolt ligand kötődés

TKI : Tirozin kináz inhibitor

ERK: extracelluláris szignál-regulált kináz RAF, MEK, ERK: protein kináz

foszforilációs kaszkád FOS: transzkripciós faktor

Ras kihorgonyzás zsír- savval és farnezilálással

SH3 SH3

P P

X X ^inactive

inactive

inactive inactive

L L

Szignál transzdukciós kaszkád gátolt

Gén aktiváció és sejtciklus progresszió gátlás TKI TKI

Ras farnezil transzferáz Inhibitor (BMS-214662)

MEK inhibitor

CI-1040

Raf inhibitor

BAY 43-9006

Tirozin kináz inhibitor

MEK

ERK ERK

Fos

Raf Raf

SOS GRB2

RAS GDP

Antitesttel gátolt ligand kötődés

TKI : Tirozin kináz inhibitor

ERK: extracelluláris szignál-regulált kináz RAF, MEK, ERK: protein kináz

foszforilációs kaszkád FOS: transzkripciós faktor

Ras kihorgonyzás zsír- savval és farnezilálással

SH3 SH3

P P

X X ^inactive

inactive

inactive inactive

L L

Szignál transzdukciós kaszkád gátolt

Gén aktiváció és sejtciklus progresszió gátlás TKI

TKI TKI TKI

Ras farnezil transzferáz Inhibitor (BMS-214662)

MEK inhibitor

CI-1040

Raf inhibitor

BAY 43-9006

Tirozin kináz inhibitor