변증수업발표자료2

Oncogenes < 세포의 발암유전자는 어떻게 만들어 지는가 >

발표자 - 이미림

1. Tumor > cancer? Tumor<cancer?

2. definition- 유전자가 변형된 세포의 과성장으로 생기는 비정상적인 덩어리

=Neoplasia(new+formatiom or growth)

3. Tumor-Benign tumor( 양성 ) -Malignant tumor( 악성 )

Definition of tumor

new tissue growth type

1. Hypertrphy- increase in cell size/normal organism2. Hyperplasia- increase in cell number/normal organism3. Dyplasia- disoragnized growth4. Neoplasia- disoragnized growth

Normal& Neoplasia growth

Sloan et al. BMC Cancer 2004 4:73

by immunocytochemistry

1. Point Mutations Can Convert Proto-oncogenes into Oncogenes. - 점 돌연변이가 원 발암 유전자를 발암 유전자로 전환 할 수 있다 .

2. Gene Amplification Can Convert Proto-oncogenes into Oncogenes. - 유전자 증폭이 원 발암 유전자를 발암 유전자로 전환 할 수 있다 .

3. Chromosomal Translocations Convert Proto-oncogenes into Oncogenes. - 염색체 전좌가 원 발암 유전자를 발암 유전자로 전환 할 수 있다 .

4. Local DNA Rearrangements Can Convert Proto-oncogenes into Onco-genes.

- 국소 DNA 재배열이 원 발암 유전자를 발암 유전자로 전환 할 수 있다 .

5. Insertional Mutagenesis Can Convert Proto-oncogenes into Oncogenes. - 삽입돌연변이가 원 발암 유전자를 발암 유전자로 전환 할 수 있다 .

*Oncogene->mutation ->Proto-oncogene

Oncogenes

Mechanism 1: Point Mutations Can Convert Proto-Oncogenes into Oncogenes

• Point Mutations? 단일 뉴클레오티드 염기에서 단 하나의 아미노산의 배열이 달라서 만들어진 돌연변이 .

*RAS : 정상세포의 원발암 유전자가 변형된 형태로 정상적인 유전자의

뉴클레오티드 서열에서 아미노산 1 개가 glycine(Gly)=>Valine(Val)으로 바뀐 형태로 대표적인 점 돌연변이 .

=> 방광암 , 폐암 , 대장암 , 췌장암 , 갑상선암을 유발

*RET : 수용체 단백질을 변화 시킴 . 돌연변이 유전자 하나가 유전되면 , 평생암으로 발전할 가능성이

약 70% 수준으로 대부분이 갑상선 암 .

Mechanism 2:Gene Amplification Can Con-vert Proto-oncogenes into Oncogenes.

• Gene Amplification ? 특정 염색체 부위에 자리잡은 DNA 가 연속적으로 복제 되어 수백 , 수천 개의 동일한 DNA 사본이 만들어 지는 것 .

보통 정상 단백질을 생산하되 , 이를 지나치게 많이 생산하는 발암유전자를 생성시킨다 .*MYC: 인체 암에 발생하는 유전자 증폭과 관련된 가장 흔히 발견되는 유전자 집단 . => 유방암 , 난소암 , 자궁경부암 , 폐암 , 식도암 등에서 증폭이 발견됨 .

*MYCN: 유전자가 과다 증폭된 신경모세포종은 그렇지 않은 경우보다 침윤성과 전이성이 강하고 생존율이 낮다 .

*ERBB2: 임상적으로 매우 중요하게 다루어지는 증폭 발암 유전자 . => 유방암 , 난소암 전체 25% 에서 증폭된 형태로 나타난다 .

Mechanism 3: Chromosomal Translocations Convert Proto-oncngenes into Oncogenes

• Chromosomal Translocations ?염색체 한 조각이 떨어져 나가 다른 염색체로 이동하는 현상 .

*philadelphia chromosome : 만성 골수성 백혈병의 90% 와 관련 . (BCR-ABL fusion protein) 정상적인 9 번염색체 말단의 ABL 부분과 22 번 염색체의 BCR 부분이 융합되어 형 성된 새로운 형태의 융합 유전자 .

Philadelphia chromosome

Mechanism 4: Local DNA Rearrangements Can Convert Proto-oncogenes into Onco-genes

*TRK: DNA 역위의 가장 대표적인 예로 염색체의 NTRK1( 성장인자 수용체를 만드는 유전정보를 담고 있음 ) 과 TPM3( 트로포미오신을 만드는 유전자 ) 의 inversion 으로 생성된 발암 유전자로써 갑상선 암에서 주로 발현 .

Mechanism 5 : Insertional Mutagenesis Can Convert Proto-oncogenes into Oncovgenes

• Insertional Mutagenesis ? 숙주세포의 유전자를 발암유전자로 전환

*LTR(long terminal repeat) : 유전가 전사를 매우 효과적으로 촉진하는 서열을 가지고 있어서 , 삽입된 바이러스 유전자 근처에 놓인 세포 유전자의 전사를 활성화 시킴 .

ex) 레트로 바이러스 : 무작위로 자신의 유전자를 원발암 유전자 근처에 삽입시키면 ,LTR 들은 원발암 유전자의 전사를 촉진하고 정상세포 단백질의 과량 생산을 유도함으로써 암 발달에 기여 .

=> 백혈병 유발 .

Fig.p53 & Rb – cell cycle arrest

Tumor suppressor gene

Fig.Cell cycle 조절에서 Rb gene 의 역할

Tumor suppressor gene

Fig.DNA 손상에 반응하는 p53 단백질의 역할

Tumor suppressor gene

1.Self-sufficiency in growth signals2.Insensitivity to growth-inhibitory signals3.Defects in DNA repair and genomic instability in

cancer cells4.Limitless replicative potential-telomerase activity5.Evasion of apoptosis6.Sustained angiogenesis7.Tissue invasion and metastasis8.Invasion of immunity

Molecular basis of can-cer

Angiogenesis is prominent in Embryos but Relatively infrequent in Adults.

- 혈관신생은 배아기때 집중적으로 나타나지만 성인의 경우는 상대적으로 드물다 . ( 태아생성 , 상처치유 , 여성생리 中 ) Angiogenesis is Required for Tumors to Grow Beyond a Few Mil-

limeters in Diameter.- 종양이 수 mm 의 지름 크기로 자라나기 위해서는 혈관신생이 필요하다 . Angiogenesis is controlled by the Balance Between Angiogenesis

Activators and Inhibitors.- 혈관신생은 혈관신생 활성인자와 억제인자의 균형에 의해 조절된다 .

Inhibitors of Angiogenesis Can Restrain Tumor Growth and Spread.- 혈관신생을 저해함으로써 종양의 성장이나 전이를 막을 수 있다 . ex) 표적치료제

TUMOR ANGIOGENESIS

• 주다 포크만 박사 : 하버드대 소아외과 의사 -1971 년 혈관이 종양형성과 관련 있다 주장 , 이후 생성을 억제하는 2 가지 물질 an-

giostatin(1984) 과 endostatin(1989) 을 발견 함 . * Mechanisms : 혈관 신생을 차단 -> 암세포 영양공급 차단 -> 굶겨 죽인다 . -> 암세포 이동경로 차단 -> 전이 차단 .

현재는 다중 표적치료제 ( 혈관생성 + 암세포 성장도 차단 ) : 알약형태로 더 간편 !실제로 항생제 + 아비스틴 => 대장암 환자에게 임상시험 결과 5 개월 이상 수명연장됨 .

사례 ) 연세 세브란스 암센터국내 유방암 4 기 환자 ( 50 대 , 여성 ) : 임파선까지 전이된 상태에서 임상시험에 참여 .항생제 + 허셉틴 병행 투여 => 임파선으로 전이된 종양 크기가 줄어든 것이 육안으로도 확인됨 .환자 본인도 고통이 많이 완화된 것을 느낌 .

표적치료제

# 아비스틴    - 대장암 및 직장암 , 폐암 치료제로 각광 받고 있음    - 한달 약값 500 만원  # 넥사바    - 신장암 치료제    - 투약 후 생존율 39% 상승    - 한달 약값 500 만원  # 이레사    - 폐암 말기 환자들이 복용    - 말기 폐암 환자 210 명을 대상으로 복용한 임상실험결과 18% 병세호전 , 34% 병세악화 無     - 한달 약값 160 만원 가량  # 글리벡    - 백혈병 치료제    - 최초의 표적 치료제    - 복용 후 약 90% 의 환자들이 더 이상 병세가 악화되지 않음    - 보험적용 한달 약값 150~225 만원선   # 허셉틴     - 유방암 치료제     - 초기 유방암 환자들에게 획기적인 약으로 각광받고 있음     - 임상결과 생존율 12% 증가 , 재발위험 15%감소     - 한달 약값 400 만원   # 알림타     - 폐암치료제     - 폐암환자의 고통을 현저히 감소시키며 악성 흉막 피종의 경우 평균 생병을 3 개월 연장시키는 효과     - 한달 약값 130 만원

Spreading of Cancer Cells by Invasion and Metastasis is a Complex, Multistep Process.- 침윤과 전이에 의한 암세포의 확산은 복잡한 다단계 과정이다 .

Changes in Cell Adhesion, Motility, and Protease Production Allow Cancer

Cells to Invade Surrounding Tissues and Vessels.- 세포 부착력과 운동성의 변화 , 단백질분해효소의 생성이 암세포가 주변조직과 혈관으로 침투 할 수 있게 한다 .

Relatively Few Cancer Cells Survive the Voyage Through the Blood-stream.

- 혈류를 통한 항해에서 살아남는 암세포는 상대적으로 극히 적은 수 이다 .

The Ability to Metastasize Differs Among Cancer Cells and Tumors.- 암세포와 종양마다 전이능력의 차이가 있다 .

INVASION AND METASTASIS

Blood-Flow Patterns Often Dictate Where Cancer Cells Will Metasta-size.

- 혈류 패턴은 종종 암세포가 전이 할 부위를 지정한다 .

Organ-Specific Factors Play a Role in Determining Where Cancer CellsWill Metastasize.- 기관 - 특이성은 암세포가 어디로 전이 할 것인지를 결정하는 역할을 한다 .

Some of the Cellular Properties Involved in Invasion and Metastasis Arise

During Tumor Progression.- 종양 진행과정 동안 나타나는 침윤과 전이는 일부 세포 특성과 관련이 있다 .

The Immune System Can Inhibit the Process of Metastasis.- 면역체계는 전이과정을 억제 할 수 있다 .

Invasion and Metastasis Involve a Variety of Tumor-Host Interactions.- 침윤과 전이는 다양한 종양 - 숙주 상호작용을 포함한다 .

Specific Genes Promote or Suppress the Ability of Cancer Cells to Metastasize.

- 특정 유전자는 암세포의 전이능력을 촉진하거나 억제한다 .

Molecular Targets for Treatment of Breast Cancer

발표자 - 이미림

유방암의 표적치료에서 분자표적(Molecular targets for targeted therapy of breast cancer)

Target therapy 란 - 발암작용과 종양의 성장에 필요한 protein kinase 등의 target molecule 을 방해함으로서 종양세포의 증식을 억제하는 치료 .

Human epidermal growth factor receptor (HER) family -trastuzumab, Lapatinib

PI3K/Akt/mTOR pathway -BEZ235(PI3K/mTOR inhibitor) -sirolimus (rapamycin) and temsilorimus, everolimus (mTOR in-hibitors)

RAF/MEK/MAPK (ERK) pathway -AZD6244(MEK inhibitor)

HER family

Trastuzumab

Trastuzumab-mechanism of actin and use in clinical practice. N.Engl J Med 2007;357-51

BEZ-235

•PI3K and the mammalian target of rapamycin (mTOR) are important components of an intracellular signaling network, the PI3K-AKT-mTOR pathway, which regulates cellular metabolism, proliferation and survival.•BEZ235 is a PI3K/mTOR dual inhibitor.

Resistance to targeted therapy and feedback regulation: combinatorial targeted therapy

Feedback loop of mTOR pathway. mTORC1 activation leads to PI3K and MAPK inhibition through a negative feedback loop stemming from S6K1 (left panel)(A). While treatment with mTORC1 inhibitors results in a hyperactive RTK/IRS-1/PI3K pathway, increasing the signal toward the Raf-MEK1/2-ERK pathway (B).

PI3K inhibition results in enhanced HER signaling and acquired ERK dependency in HER2-overex-pressing breast cancer

Oncogene (2011) 1–11

Materials & methods

Cell linesMCF7-HER2cell (HER2 overexpression cell line)BT474-Tr cell (obtained after 1.5 years exposure of BT474 cells to trastuzumab)

Treatments and siRNABEZ235(PI3K/mTOR inhibitor), AKT1/2/3 inhibitor, Lapatinib(HER2 receptor targeting) , Torin(mTOR inhibitor, GDC-0941 and PIK-90 (PI3K inhibitors), Trastuzumab(HER2 inhibitor)p110-α knockdown MCF7-HER2 cells

Phosphotyrosine Array

qRT-PCR

ICF(immunocytoflorescence)

Proliferation and apoptosis assays

Tumor xenografts in nude mice

IHC(Immunohistochemistry) and immunofluorescence(IF)

Result

Figure 1. Inhibition of PI3K/AKT/mTOR induces ERKphosphorylation in HER2-overexpressing cells.

Figure 2. PI3K inhibition induces HER2/3 receptor dimerization and in-creases binding of the adaptor GRB2 to HER2 and the p85 subunit of PI3K to HER3

Figure 3. PI3K inhibition induces HER2/3 receptor dimerization and increases binding of the adaptor GRB2 to HER2 and the p85 subunit of PI3K to HER3

Result

Figure 4. ERK activation is prevented by HER2 and MEK1/2inhibitors

Result

Figure 5. HER2 blockade potentiates anti-proliferative andpro-apoptotic effects of PI3K/mTOR inhibition

Result

Figure 6. HER2 or MEK1/2 inhibition potentiates the in vivoBEZ235 anti-tumor activity

Result

Figure 6. HER2 or MEK1/2 inhibition potentiates the in vivoBEZ235 anti-tumor activity

Thank you