PERTUMBUHAN PERKEMBANGAN SEL DAN KANKER

Siklus pembelahan sel Regulasi dalam pembelahan sel Studi onkogenesis in vitro Transformasi sel oleh virus Onkogen dan tumor suppressor gene Perubahan genetik dan epigenetik pada kanker manusia

Empat fase dalam siklus sel : Fase M (mitosis) sitokinesis G1 Fase S : replikasi DNA G2

Siklus sel embrionik : Tidak terjadi pertumbuhan sel Fase S dan fase M

Siklus pembelahan sel : Regulasi Terkoordinasi dengan pertumbuhan sel dan replikasi DNA Progeni sel dengan genom yang lengkap

Pengaturan siklus selInternal : fase2 pertumbuhan sel control points mengatur keberlanjutan siklus sel pada tiap tahapDipengaruhi oleh faktor ekstrasel

START pada Saccharomyces cerevisiaeSinyal : nutrien, mating factors, ukuran sel

Pada sel binatang : Pengaturan pada restriction points oleh faktor pertumbuhan

Pada umumnya pengaturan siklus sel yang utama terjadi di G1

Cell cycle checkpoints:Mencegah pembelahan sel masuk ke fase selanjutnya bila fase sebelumnya belum lengkapMemastikan kromosom yang rusak atau tidak lengkap tidak bereplikasi dan diwariskan ke sel anak.

DNA rusak/ replikasi tidak sempurna Aktivasi jalur sinyal (terutama berupa kinase protein)- Penghentian siklus- Aktivasi reparasi DNA- apoptosis

Protein pengendali siklus sel a.l. : p53, MPF (maturation promoting factor), Rb, dll.)

Protein p53 berperan penting pada penghentian siklus di G1.Kerusakan DNA akan mengaktivasi ATM dan Chk2 ----- fosforilasi p53 ---- stabilisasi p53 ----- jumlah meningkat ------ induksi berbagai protein ------- cell arrest

Replikasi DNA hanya terjadi sekali per siklus sel Dikendalikan oleh protein MCM MCM dan ORC berikatan pada ORI ---- inisiasi replikasi DNA MCM : licencing factor Setelah replikasi dimulai, MCM akan dilepaskan MCM hanya mengikat DNA pada fase G1

Pengendalian dari fase G2 ke fase M oleh Maturation promoting factor (MPF). Chk1 & Chk2 memfosforilasi Cdc25C fosfatase---- inaktif ---- MPF tidak aktif --- G2 arrest

Pada fase S dan G2, Cdc2 membentuk kompleks dengan cyclin BFosforilasi Cdc2 pada Thr 161 : aktivasi MPFFosforilasi Cdc2 pada Thr 14 dan Tyr 15 : inaktivasiDefosforilasi ----- MPF aktif ---- mitosisAktivitas MPF berakhir dengan degradasi Cyclin B

Peranan cyclin dan cdk pada siklus selMekanisme aktivasi Cdk

Faktor pertumbuhan dan siklin tipe DProliferasi sel binatang terutama dikendalikan oleh faktor pertumbuhan ekstrasel

Tahap-tahap mitosis pada sel binatang

Referensi :

GM Cooper & RE Hausman. The Cell A Molecular Approach, 3rd ed. ASM Press, 2004 (Chapter 15)

LM Franks & NM Teich (Eds). Introduction to the Cellular and Molecular Biology of Cancer, 3rd ed. Oxford University Press, 1999

GM Cooper. Oncogenes, 2nd ed. Jones and Barlett Publisher, 1995

DJ McCance. Human Tumor Viruses. ASM Press, 1998

SJ Flint et al. Virology: Molecular Biology , Pathogenesis, and control. ASM Press,

M Verma et al. Epigenetics and Cancer, Critical Reviews in Clinical Laboratory Science 2004; 41, 5/6; Proquest Medical Library pg585.

Kanker adalah penyakit genetik dan epigenetik. Onkogenesis mencakup pertumbuhan berkelanjutan populasi sel yang mengalami akumulasi mutasi.

Proses genetik : perubahan urutan DNA (mutasi, dll) Mutasi ini mempengaruhi berbagai tahap pada jalur-jalur yang mengatur komunikasi sel, pertumbuhan dan pembelahan sel --- pertumbuhan tidak terkendali --- disorganisasi sel --- akhirnya kanker Mutasi : keturunan, atau merupakan akibat pemaparan dengan karsinogen atau mikroorganisme, termasuk virus. Diperkirakan sekitar 20% dari kanker pada manusia disebabkan oleh infeksi virus

Proses epigenetik :- Perubahan kromatin- Metilasi daerah promoter

Tumor : any abnormal proloferation of cellsCancer : a malignant tumorCarcinogen : a cancer-inducing agentCell transformation : the conversion of normal cells to tumor cells in cultureOncogene : a gene capable of inducing one or more characteristics of cancer cellsTumor supressor gene : a gene whose inactivation leads to tumor developmentTumor initiation : the first step in tumor development, resulting from abnormal proliferation of a single cellTumor progression : The accumulation of mutations within cells of a tumor population, resulting in increasingly rapid growth and malignancyTumor promoter : A compound that leads to tumor develop-ment by stimulating cell proliferationTumor virus : a virus capable of causing cancer in humans or animals

Penelitian onkogenesis in vitro Transformasi selPotensi onkogenik pada sel terinfeksi virusCatatan : transformasi = tumor

Sifat-sifat sel yang tertransformasi

Dapat tumbuh tak terbatas (imortal) Kebutuhan akan faktor pertumbuhan berkurang Kerapatan sel tinggi Hilangnya contact inhibition (dapat tumbuh menumpuk, membentuk fokus sel) Anchorage independent (dapat tumbuh pada agar semisolid) Bentuk sel berubah (sel membulat dan refraktil) Membentuk tumor pada binatang percobaan.

Sifat-sifat lain sel kanker: Sekresi protease (mis. Kolagenase ----- menembus lamina basal) Mensekresi faktor pertumbuhan yang menstimulasi proliferasi sel endotel kapiler di sekitarnya ----- angiogenesis gagal berdiferensiasi ---- proliferasi berlanjut- Tidak mengalami apoptosis, meskipun terjadi kerusakan DNA sel

PENGENDALIAN PERTUMBUHAN DAN PEMBELAHAN SELRangkaian transduksi signalsel membelah/ berhenti tumbuh/ berdiferensiasi / mati

Onkogen : sebagai gen virus atau gen sel yang bila dimasukkan ke dalam sel yang sesuai, sendiri atau bersama gen yang lain, dapat mengubah sifat sel normal menjadi sel ganas (disebut transformasi sel), atau menginduksi sifat transformasi neoplastik.

Protoonkogen : sedangkan gen normal sel yang dapat berubah menjadi onkogen aktif karena mutasi atau ekspresi yang berlebihan

Gen pengendali tumor (tumor suppressor gene) : gen yang terlibat dalam transformasi neoplastik hanya bila gagal berfungsi.

Tumor : any abnormal proliferation of cellsCancer : a malignant tumorCarcinogen : a cancer-inducing agentCell transformation : the conversion of normal cells to tumor cells in cultureOncogene : a gene capable of inducing one or more characteristics of cancer cellsTumor supressor gene : a gene whose inactivation leads to tumor developmentTumor initiation : the first step in tumor development, resulting from abnormal proliferation of a single cellTumor progression : The accumulation of mutations within cells of a tumor population, resulting in increasingly rapid growth and malignancyTumor promoter : A compound that leads to tumor develop-ment by stimulating cell proliferationTumor virus : a virus capable of causing cancer in humans or animals

Karsinogen:Menginduksi mutasi / kerusakan DNA Radiasi, karsinogen kimia (asap rokok : benzo(a)pyrene, dimetilnitrosamin, dll), aflatoxin.Menstimulasi proliferasi sel (tumor promoters) Phorbol esters : mengaktifkan kinase protein C Hormon estrogen

VIRUS ONKOGENIK Onkogenesis : hasil akumulasi berbagai perubahan genetik yang mengubah ekspresi atau fungsi dari protein yang penting pada pengendalian pertum- buhan dan pembelahan sel. Virus onkogenik dapat menyebabkan perubahan- perubahan yang mempengaruhi proses ini.

VIRUS ONKOGENIK DAN KANKER PADA MANUSIAVIRUSKANKERVirus RNA Virus Hepatitis C Karsinoma hepatoseluler HTLV-1 ATLVirus DNA Virus hepatitis B Karsinoma hepatoseluler Virus papilloma manusia Papilloma dan karsinoma Herpes virus 8 Sarkoma Kaposi Virus Epstein BarrLimfoma Burkitt Ca nasofarings

Tumor supressor genesGeneChromosomeNeoplasmsAPC5q21-22Familial adenomatosis polyposisBCNS9q31MedulloblastomaBRCA117q12-21Breast & ovarian carcinomaBRCA213q12-13Breast carcinomaCMAR/CAR16qBreast & prostate carcinomaDCC18q21Colon carcinomaINHA (a inhibin) 2q33-qterGonadal tumoursMEN 111q13Parathyroid, pancreatic and pituitary tumorsNF117q11.2Neurofibromatosis type 1 (Neurofibroma)NF222q12Neurofibromatosis type 2 (Schwannoma, meningioma)NM2317q21.3Neuroblastoma, colon carcinomaP16/MLM/9p21Melanoma, pancreas adenocarcinoma, MTSnon-small cell lung carcinomap5317p13.1Breast, colon & lung carcinomasosteosarcoma, astrocytoma, etcRB13q14Retinoblastoma, osteosarcoma, breast, bladder & lung carcinomaVHL3p25renal ca., pheochromocytoma, hemangiomaWT111p12Wilms tumorINK4melanoma, lung ca, brain tumors, leukemia, lymphomasPTCBasal cell carcinomaPTENBrain tumors, melanoma, prstate, endometrial, kidney and lung carcinoma

Fusi sel normal dan sel neoplastik menghasilkan sel hibrid yang non-neoplastik Gen supressor tumor inaktif bersifat resesif

- Manifestasi retinoblastoma terjadi setelah kedua alel gen Rb terinaktivasi

Adenovirus E1A,SV40-LT, HPV16&18 E7-- bind to Rb-related proteins

Pembatalan kontrol titik restriksi oleh Rb

Inaktivasi p53 oleh protein-protein virus adeno dan papova

Regulasi apoptosis oleh protein virus dan protein sel

MEKANISME INDUKSI TUMOR OLEH VIRUSTidak langsungSupresi sistem imun pejamu(HTLV-1, HIV-1, CMV, avian reticuloendotheliosis virus, feline leukemia virus, Mareks disease virus)Stimulasi proliferasi sel, target perubahan neoplastik lain bertambah.a. Regenerasi sel setelah sitolisis oleh virus (kemungkinan : HBV, HCV)b. Mitogenesis sel imunokompeten atau sel lain (kemungkinan : beberapa virus lekemia mencit, HTLV-1, HIV-1)

LangsungHit & run- DNA atau fungsi virus bekerja sesaat- Keberadaan gene atau struktur virus tidak perlu menetap- Contoh : BPV, beberapa virus herpes (a.l. EBV)Bagian gene virus yang penting tetap berada di sela. Virus memiliki gen yang produknya secara langsung atau tidak langsung berfungsi dalam terjadinya tumor (onkogen) I. Onkogen telah berevolusi dari proto-onkogen sel normal (RSV) ii. Onkogen langsung ditransduksi dari protoonkogen saat infeksi virus (FLV, ALV) iii. Onkogen tidak mempunyai homolog gen sel normal (SV40, polyomavirus, papillomavirus, adenovirus, EBV, HTLV-1)MEKANISME INDUKSI TUMOR OLEH VIRUS

2.b. Mutagenesis dengan insersi - Insersi DNA virus pada genome sel meningkatkan atau menekan ekspresi gen normal (a.l. ALV, beberapa virus papilloma)

Onkogen retrovirus dan onkogen seluler Aktivasi protoonkogen c-onc vs v-onc Golongan : faktor pertumbuhan reseptor transducer intrasel (a.l. sebagai kinase protein) sebagai faktor inti atau faktor transkripsi

Tranduced oncogeneFunction of cellular homologGrowth factor sis

Hormone receptor erb-APlatelet-derived growth factor (PDGF)

Thyroid hormone receptor

Autocrine stimulation of cell growth

Tranduced oncogeneFunction of cellular homologTyrosine kinase growth factor receptor erbB fms kit mpl sea, ros, eyk

Epithelial growth factor (EGF) receptorColony stimulating factor 1 (ASF-1) receptorHematopoietic receptor, product of the mouse W locusMember of hematopoietin receptor familyReceptor, ligand unknown

Tranduced oncogeneFunction of cellular homologG protein H-ras, K-ras

Adapter protein crk

Nonreceptor tyrosine kinase src, abl, fps, fes, fgr, yes

Serine/ threonine kinase mos, raf, mil, aktGTP-ase

Signal transduction

Signal transduction

Required for germ cell maturation

Hormonal activation of adenylate cyclaseInteraction of Ras with guanine nucleotidesRas target: Raf (serine/threonine kinase)

Tranduced oncogeneFunction of cellular homologNuclear proteins jun, fos

myc

myb, ets, rel, maf, ski, qinTranscriptional regulator (AP-1 complex)Unknown, possibly transcriptional regulatorTranscriptional regulator

AKTIVASI RANGKAIAN TRANSDUKSI SINYAL SELULER

Produk gen transformasi dari virus RNA dan virus DNA dapat mempengaruhi berbagai tahap dalam rangkaian transduksi sinyal. Caranya antara lain dengan :1. Virus meniru molekul sinyal sel.2. Virus mempunyai protein spesifik yang mempengaruhi rangkaian transduksi sinyal. Homolog selulernya tak dikenal.Misal : LMP-1 dari EBV3. Virus mengubah ekspresi atau aktivitas protein transduksi sinyal, yaitu dengan - aktivasi oleh insersi retrovirus - mengubah aktivitas molekul transduksi sinyal dari sel

Integrasi ALV mengakibatkan ekspresi protein c-Myc normal secara berlebihan

Pembentukan tumor oleh transforming retrovirus dan virus tanpa onkogen

Amplified oncogenes in tumor cells

Translokasi c-onc dapat mengakibatkan aktivasi onkogen melaluiterbentuknya protein fusi atau ekspresi yang salah.Contoh : kromosom Philadelphia pada CML dan ALL

Contoh regulasi epigenetik :

Karsinome Kolorektal hipermetilasi promoter hMLH1 --- hMLH1 protein hipermetilasi Ecadherin ---- ekspresi Ecadherin

Kanker prostat Hipo / hipermetilasi histon Perubahan asetilasi histon

Dari : Verma, 2004

Dari : Verma, 2004

Onkogenesis mencakup pertumbuhan berkelanjutan populasi sel yang mengalami akumulasi mutasi.

Multistep carcinogenesisSel normal ------ Inisiasi ------ Promosi ----- Progresi

Cooperation of 2 oncogenes in transformationmycrasmyc+ras

Multistep carcinogenesis in mouse skin

Multistep carcinogenesis in human colon carcinoma

Risk factors in viral carcinogenesisThe characteristics of virus infection- Exposure to virus- Genetic susceptibility to virus- Non-cytolytic host-virus interaction

The inherent nature of the neoplastic cells- Exposure to other initiating agents or complete carcinogen- Exposure to promoting agent

The host response to virus and neoplasia- Lack of passive immunity- Impaired active specific and non-specific immunity to virus and neoplastic cells

- Exposure to virus- Genetic susceptibility to virus- Non-cytolytic host virus interaction

- Exposure to other initiating agents or carcinogen- Exposure to promoting agent

- Lack of passive immunity- Impaired active specific and non-specific immunityStage :1. SuccessfulVirus infection2. Cell conversion to neoplasiaGrowth of neoplastic growth to clinical tumour

Terima kasihApa manfaat biologi molekuler dalam diagnosis, pencegahan dan pengobatan kanker?