dr ASWIYANTI ASRI,M.Si.Med,SpPA BLOK 2.1 GEN DAN KANKER dr ASWIYANTI ASRI,M.Si.Med,SpPA

Key words Sporadik Herediter De novo Tumor jinak → tumor ganas ??? Belum tentu Nevus Mutasi tambahan Model tumorigenesis masih banyak yang belum diketahui,t.u sarkoma

As tumor progress to cancer they accumulate more genetic abnormalities Fearon & Vogelstein, 1990

Genome instability during cancer progression Nature 2005;434:907-13

4 Kelompok Besar Genes Onkogen Gen supressor tumor Gen DNA repair Gen regulator apoptosis

Checkpoint and carcinogenesis Nature 2004;432:316-23

Caretaker vs Gatekeeper pathway Caretaker genes : Gen regulator DNA synthesis (DNA polimerase, DNA helicase genes) gen DNA repair Gatekeeper genes : Gen regulator cell cycle Gen regulator apoptosis Tumor supressor genes

The Genes of Cancer 2 kelompok utama Genes yang membentuk produk yang berperan dalam stimulasi pembelahan dan “survival” sel Normal genes : proto-oncogenes Mutated genes : oncogenes Genes yang membentuk produk yang berperan dalam pencegahan/inhibisi pembelahan sel atau memicu kematian sel : suppressor genes gen DNA repair dan gen regulator apoptosis

Proto-oncogenes adalah pedal gas mobil Proto-oncogenes adalah pedal gas mobil. Saat berfungsi baik, mobil hanya berjalan bila pedal gas ditekan. Oncogenes menyebabkan pedal gas terkunci pada posisi “on” Suppressor genes adalah rem. Setiap kopi suppressor gene berfungsi sebagai satu bagian rem. Bila kedua kopi mengalami mutasi, mobil menjadi tidak punya rem

Oncogenes Protooncogenes adalah gen normal yang berfungsi dalam pengaturan pertumbuhan sel, pembelahan sel dan diferensiasi Oncogenes adalah cancer-causing genes, yang berasal dari konversi protooncogenes melalui mutasi, retroviral transduction, gene amplifications atau dislocations Klasifikasi oncogenes : Growth factors Growth factor receptors Signal transducing proteins Nuclear transcription proteins Cyclin dan CDKs

Sinyal transduksi GF berikatan dengan reseptor dan mengaktifkannya Reseptor yang aktif akan memicu serangkaian fosforilasi protein dan rangkaian mekanisme lainnya Fosforilasi protein akan memicu perubahan pada faktor transkripsi, yang menyebabkan perubahan ekspresi gen tertentu Gen yang teraktivasi atau terinhibisi akan membentuk protein yang mempengaruhi proliferasi sel dan kematian sel (apoptosis)

Aktivasi onkogen Point mutations : ras protein Chromosomal rearrangements : GFR atau GF aktif Pembentukan protein hibrid aktif Philadelphia chromosome pada leukemia Gene amplifications N-myc pada neuroblastoma C-erbB2 pada breast cancer

Oncogenes Protein RAS berfungsi sebagai tombol relay untuk aktivasi gen yang mengatur pembelahan sel dan diferensiasi Bila GF berikatan dengan reseptor, protein RAS mengirim sinyal untuk pembelahan sel ke nucleus Bila RAS overekspresi, sinyal positif untuk pembelahan sel akan melebihi sinyal negatif Bila terjadi mutasi RAS tombol relay akan “on” terus sehingga pembelahan sel akan terus terjadi Her-2/neu Gen yang menyandi epidermal growth factor receptor 2 yang ditemukan di membran sel Amplifikasi pada 30% breast tumors Overekspresi gen ini pada suatu sel tumor berkaitan dengan diferensiasi sel yang buruk dan rendahnya survival rate pasien

Oncogenes = b cell lymphoma tapi ditemukan pada banyak jenis kanker MYC Bcl-2 Protein berfugnsi sebagai faktor transkripsi yangmenontrol ekspresi beberapa gen Keluarga myc teraktivasi melalui amplification translocation Ditemukan pada kanker seperti B cell leukemia, Burkitt’s lymphoma dan lung cancer = b cell lymphoma tapi ditemukan pada banyak jenis kanker Protein Bcl-2 adalah protein membran yang merupakan bagian dari proses sinyal kompleks yang mengatur apoptosis Bcl-2 berperan menghambat apoptosis Bila overekspresi, tidak terjadi apoptosis pada sel abnormal

Tumor supressor genes Gen normal yang menghambat pembelahan sel Mekanisme kerja : sinyal transduksi, reseptor di permukaan sel dan nuclear trnascriptions regulator Recessive Butuh “2 hit” pRb : mencegah sel di G1 menjadi S p53 : stop replikasi sel yang rusak (DNA damage)

p 53 Mutasi p53 ~50% tumor Guardian of the genome conductor of a network of proteins that monitor the health of a cell Sebagai faktor transkripsi untuk beberapa gen termasuk p21 yang berperan mencegah pembelahan sel Hal diatas : waktu bagi sel untuk memperbaiki kerusakan DNA Bila perbaikan tidak berhasil, p53 akan memicu apoptosis

p53 IS AT THE CROSSROADS OF CELLULAR STRESS RESPONSE PATHWAYS 1306I*-CH DNA Repair p53 Apoptosis DNA Damage Oncogene Activation Hypoxia p53 IS AT THE CROSSROADS OF CELLULAR STRESS RESPONSE PATHWAYS Cell Cycle Checkpoints Senescence p14ARF mdm2 E2F NOS2 ATM, ATR, CHK2 p21WA F1 14-3-3s Gadd45 GADD45, p48, p53R2 APE1, Pol b PUMA, NOXA, BAX, Apaf1, XPB, XPD, WRN, BLM p21WAF1 Others

pRb Fungsi normal : Berikatan dengan faktor transkripsi untuk mencegah pembelahan sel promote apoptosis post-translational processing of proteins Mutasi pada kanker seperti retinoblastoma, osteosarcomas dan carcinomas Mutasi bisa sporadik atau familial

Apoptosis Patologik Mengeliminasi sel yang rusak, terinfeksi, bermutasi, tidak berfungsi dll Dikontrol secara ketat oleh sekelompok gen Gen yang mengontrol simulasi apoptosis Gen yang menyebabkan sel sensitif terhadap apoptosis Gen yang mengontrol proses apoptosis

Proses Apoptosis Fase Inisiasi atau induksi heterogen yang bergantung dengan stimulus Fase Efektor atau komitmen pada saat mana diambil keputusan untuk “bunuh diri” Fase Degradasi atau eksekusi dimana sel tersebut memperlihatkan gambaran biokimiawi dan morfologi apoptosis

Apoptotic Pathway Extrinsic pathway = Death- receptor mediated pathway Intrinsic pathway = mitochondrial pathway Activated CTL receptors dengan molekul MHC-I Integrin-mediated death

Apoptosis dan kanker Kanker : disfungsi jalur apoptosis Terutama jalur intrinsik Paling banyak : mutasi p53 Ketidakseimbangan antara peran proapoptotic dan antiapoptotic keluarga Bcl-2 : Mutasi Bcl-2 → ekspresi ↑ → menekan fungsi normal protein proapoptotik Mutasi BAX dan BAK → hilangnya kemampuan untuk mengatur apoptosis

Akibat defek apoptosis Akumulasi sel Akumulasi lesi genetik Genomic instability Immune surveillance Growth factor/hormone independent Angiogenesis Metastasis Chemoresistence

DNA repair Serangkaian proses dimana sel mengidentifikasi dan memperbaiki kerusakan molekul DNA. Derajatnya tergantung jenis sel, usia sel, lingkungan ekstraseluler Sel dengan kerusakan DNA atau mekanisme repair sudah berkurang : Irreversible state of dormancy : Senescence Apoptosis Pembelahan sel yang tak terkontrol → tumor

Mekanisme DNA repair Direct reversal Base excision repair (BER) Tidak perlu template 1 basa Enzim photolyase, protein methyl guanine methyl transferase (MGMT) Base excision repair (BER) Nucleotide excision repair (NER) Mismatch repair (MMR) Double strand break repair Homolog : sister chromatid sebagai template

Mutations Result from Incomplete DNA Repair. Mutations Result from Incomplete DNA Repair. DNA damage in cells results from environmental agents (carcinogens) and endogenous sources. Most damage is removed by DNA repair processes: BER, NER, or TCR. Misincorporated nucleotides are removed by mismatch repair. Lesions that are not repaired can stall DNA replication resulting in double-strand breaks and chromosomal rearrangements. Alternatively small adducts can be bypassed by family-Y DNA polymerases. Loeb L A , Harris C C Cancer Res 2008;68:6863-6872 ©2008 by American Association for Cancer Research

Gen repair DNA Caretaker genes Orang dengan mutasi herediter dari protein repair DNA berisiko menderita kanker (genomic instability syndromes) Sporadik : defek mekanisme repair DNA repair genes are not oncogenic, but their abnormalities allow mutations in other genes during the process of normal cell division Kanker : defek mismatch repair, NER dan recombination repair Gen repair DNA

DNA Repair dan Kanker Gene Defect Hereditary syndrome Cancer ATM DSB Ataxia-telangiectasia lymphoma, leukemia, breast MRE11A AT-like disorder lymphoma NBS1 Nijmegen breakage syndrome BRCA1 HR Familial breast cancer 1 breast, ovarian, prostate, colon BRCA2 Familial breast cancer 2 breast (female/male), ovary, prostate, pancreas RECQL2 HR? Werner syndrome various cancers RECQL3 Bloom syndrome leukemia, lymphoma RECQL4 Rothmund-Thomson syndrome osteosarcoma MSH2 MMR HNPCC colon, rectum, gastric, endometrium, ovarian, urinary organs MLH1 " PMS2 MSH6 MLH3 CSA, CSB TCR Cocayne’s syndrome Skin XPA-XPG NER Xeroderma pigmentosum skin Abbreviations: CC, cell cycle control; DSB, double-strand break repair; HR, homologous recombination repair; MMR, mismatch repair; NER, nucleotide excision break repair; NR, not reported; TCR, transcription coupled repair. Adapted from Bartek & Lukas (2001), Hoeijmakers (2001), Svejstrup JQ (2002).

Hereditary DNA repair disorders NER Xeroderma pigmentosum Cockayne syndrome Lainnya Segmental Progerias (Werner’s syndrome, Bloom’s syndrome, ataxia telangiectasia Anemia Fanconi, hereditary breast cancer, hereditary colon cancer

Microsatellite Instability (MSI) Microsatellite adalah bagian pendek DNA (1-5 nukleotida/pasangan basa) yang berulang beberapa kali Microsatellite instability adalah keadaan dimana alel microsatellite germ-line mendapat tambahan atau pengurangan unit berulang sehingga terjadi perubahan somatik dari panjang nukleotida tersebut. HNPCC Berhubungan dengan defisiensi DNA mismatch repair (MLH1, MSH2, dan MSH6) yang bersifat herediter dan biallelic methylation-epigenetic (non germ-line)

Telomerase Telomere berperan untuk melindungi integritas DNA pada ujung kromosom Setiap sel membelah, telomere memendek Telomerase : enzim yang menambahkan sekuens telomerik repetitif untuk mempertahankan panjang telomere Panjang telomere sebagai molecular clock Sel somatik normal tidak mengekspresikan telomerase

Telomerase Kanker : aktivasi gen untuk katalitik subunit telomerase yaitu hTERT (human telomerase reverse transcriptase) Kanker : immortal ok telomerase Telomerase bukan onkogen karena tidak berperan dalam deregulasi pertumbuhan sel Sel imortal : neoplastic capacity tidak ada !! Telomerase-kanker : kontroversial

Tengkyu