Biologia Molecular

Dr . Luis M . Zetina Toaché Oncomédica . Multimédica Guatemala

Biologia Molecular Origen de Terapias Blanco

Que es Terapia Blanco?

“ It is much more important to know what kind of patient has a disease, than to know what kind of disease a patient has” Caleb Parry. 18th Century physician, Bath.

“We used to think our fate was in our stars. Now we know, in large measure, our fate is in our genes” J.D Watson. Time Magazine 20 March 1989

Los limites que separa la vida de la muerte  permanecen siempre indeterminados,  vagos y tenebrosos  Quien puede determinar el punto  cuando termina la una  o comienza la otra?  Edgar Allan Poe 

Today we have a clearer understanding of the cellular pathways involved in cancer

Most human tumours require deregulation of all of these pr Unlimited cell growth Insensitivity to antigrowth signals Reduced sensitivity to apoptosis Cancer

Limitless replicative potential Development and maintenance of vasculature (angiogenesis) Invasion and metastasis

Hanahan, et al. Cell 2000

Estructura Celular

DNA

Estructura del DNA Watson y Crick. 1953 Cristalografía Rx. Rosalind Franklin. 1950

Dogma Central de Biologia

CICLO CELULAR

Enzimas fase S Topoisomerasa

Telomerasa

Mitosis

Muerte Celular Programada APOPTOSIS

Guardián del Genoma ARF : ADP Ribosylation Factor mdm2 : mouse double minute 2

ubiquinitisac ion kd ARF 1 G1

2

p21 p27

cdk2

Cytotoxic T Lymphocytes

Genes Supresores

R

Rb: Retinoblastoma, cancer de vejiga, pulmon, oseo, mama p53: Involucrado en muchos canceres humanos ATM: Ataxia Telangiectasia Mutated. Predisposicion a radiacion UV VHL: Von Hippel Lindau. Asociado a cancer renal PTEN: Phosphatase Tensin Homolog. Ca endometrio, gliomas, etc.

A

B

Normoxia and Normal pVHL Function pVHL

Hypoxia or Abnormal pVHL Function pVHL

hp HIF α

HIF α Ubiquitin attachment Prote asome HIFα degradati on

Rini B, et al. J Clin Oncl. 2005;23:1028-1043.

Constitutively expressed HIFα translocates into the nucleus HIFα HIFβ Induction of hypoxia - inducible genes , eg , VEGF , PDGF

Oncogenes proto-oncogenes • •

Protooncogen: Gen que promueve la división celular normal Oncogén: Protooncogen mutado que produce crecimiento neoplasico

• Tipos:  - Her-2: Receptor de factores de crecimiento  - Ras: Molecular de transducción de señales  - c-myc:Factor de transcripción  - Src: Rous sarcoma. Actividad Tirosina Kinasa  - Bcl2:Proteína que bloquea apoptosis  - hTERT: Enzima de replicación celular  - c-Abl: Abelson . Leucemia Mieloide Crónica

Oncogenes

Kinasa: agrega grupo P Fosfatasa: remueve P

P53 guardian del genoma • Mas del 50% de tumores humanos tienen mutacion del p53 • Individuos con mutacion o deficiencia del p53 tienen mayor propensiona padecer cancer • Muchos tumores p53wt tienen dificultad en inducir una respuesta adecuada a p53 y apoptosis • La quimioterapia requiere de un p53 adecuado para su accion

•

ATM: A RasMDM2 : Retrovirus associated sequences Myc: mielocytomatosis virus

MDM2 : Murine double minute 2 HIF 1a : Hypoxia inducible factor ARF : ADP Rybosilation Factor / p16 ATM : Ataxia Telangiectasia Mutate

ARF/p16 MDM2

Anti Apoptosis Familia Bcl-2

AKT: Activator Kinasas trasduction

M Target of Rapamycin (mTOR)

Control de ciclo celular ciclinas y genes supresores

Ejecutan la Orden de Apoptosis Caspasas Cisteinil Aspartato Proteasas (TIJERAS DEL DNA)

2004

Proteosoma-Ubiquitina (proteolisis) • Ubiquitina es una pequeña molecular eucariota • • Toca a las proteinas destinadas a la destruccion (beso de la muerte) atraves de carboxilo final  formado grupos tioles 

• Es llevada al proteosoma para

Enfoque nuevos requeridos

Invasion

Angiogenesis/ vasculatura

Transduccion señales

Metastasis

Apoptosis

M G2

G1

S

G0

Ciclo Celular

de

Novel agents: an important paradigm shift in our approach to the treatment of cancer 1. Growth factors and growth-factor receptors HER family, VEGF/R, ckit/SCFR

7. Multiple sites

e.g. agents perturbing angiogensis and surface receptors

2. Signal-transduction pathways Ras, raf, MAPK, MEK, ERK, protein kinase C, PI3K

1 2

7

Tumour cell

6

6. Extracellular matrix

5

4

3

3. Tumourassociated antigens/markers Gangliosides, CEA, MAGE, CD20, CD22

4. Proteasome 5. Cell-survival pathways Cyclin-dependent kinases, mTOR, cGMP, COX-2, p53, Bcl-2 Bronchud MH, et al eds. Principles of Molecular Oncology 2nd ed.Humana Press, Totowa NJ, 2003

Nuevas Terapias Blanco en Oncologia

Metastas es Inhibito rs AntiAngiogen esis

EGFR inhibitor s

HIF inhibi tor Raf inhibi tor

Death Receptor s

IGF-1R inhibito rs

HER2-R inhibitor s

Src inhibit or

mTOR inhibit ors MEK inhibi tors

Protea some inhibi tor Tubulin interac ting agents

HSP90 inhibi tors Mdm2 inhibi tor

Cell Cycle inhibit ors Pro apopto tic drugs HDAC Inhibi tors

MUC-1 Directed antibodi es Farnesy l Transfe rase Inhibit ors Aurora Kinase inhibit or

Kines ins

TRANSDUCCION DE SENALES – – Se refiere al movimiento de señalesde la parte exterior de la celula al parte interna

– – Los movimientos pueden ser simple como los asociados a receptores de acetil colina pasando como un movimiento de iones que cambian la polaridad y propagan las señales intracelulares

– – Puede ser mas complejo como el acoplamiento de un complejo ligando /receptor . Estos eventos incluyen la fosforilacion por tirosin kinasas , serina/treonina kinasas, tirosina fosfatasas o guanilato ciclasas 

– La fosforilacion proteica cambia actividades enzimaticas la conformacion de las proteinasy

Transduccion de señales (receptores) • Penetran en la membrana plasmatica (dominio ExtraCel, Transmembrana e IntraCel) • Actividad Enzimatica intriseca • Tipos: • Tirosin Kinasa (PDGF, EGFR, FGFR) • Tirosin Fosfatasa (p CD 45 cel T y macrofagos) • Guanilato ciclasas (Rec.peptido natruretico)

Transduccion de Señales receptores TK • Son capaces de autofosforilacion • Se fosforilizan por otras substancias • Cuatro grupos Mayores:  - Dominio extracelular con unión a ligando  - Dominio Intracelular tirosin kinasa  - Dominio Intracelular regulatorio  - Dominio transmembrana

Caracteristicas de Receptores Tirosina-Kinasa Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V Tipo VI Tipo VII

Secuencia rica cisteina EGFR, HER2/neu, HER 3 receptor, IGR Secuencia rica en cisteina Insulina Union disulfuro tetrameros -IR Dominio de 5 PDGFR C-kit, Insulina Ay likeB, growth Inmunoglobulinas -like y Stem cell factor Dominio Inmunoglobulinas- FGFR 1,2,3,4 Dominio 3Kinasa receptor like y Dominio kinasa, Dominio Inmunoglobulinas- VEGFR Dominio 7acidico like y Dominio kinasa Protooncogen MET HGFR, Met, SFR Dominio rico en Leucina Nerve Growth factor Pobre Dominio cisteina receptor, NGFR

Receptor de Tirosina Kinasas (RTKs) Inacti vo

Activ o

Región Extracelular

Membrana Celular

Citoplasma

En ausencia de ligando los receptores de tirosina Kinasas no están fosforilados y son monoméricos. La conformación de su dominio kinasa es inactivo.

La unión del ligando (PDGF) induce oligomerización del receptor y fosforilación intermolecular

Krause DS & Van Etten RA. N Engl J Med 2005;353:172187

Targeting TKIs: Mechanism of Action TKI

P

P

•Binds to the ATP pocket of the TKD •Prevents phosphorylation

Phosphorylation P

AKT P BCL2

MAPK BAX M

Tumor cell survival

G2

G1

No signalin g

S

Tumor cell proliferatio n

TKI = tyrosine kinase inhibitor. Data from Moyer et al. Cancer Res. 1997;57:4838.

Apoptosis

G 1 arrest

Sunitinib (SU11248): A Multitargeted Receptor Tyrosine Kinase Inhibitor • Split Kinase Domain RTKs VEGFR - 1 VEGFR - 2 FLT4 Fms

• • • •

PDGFR - α PDGFR - β

IC50 (µ M)[1] – – – – –

VEGFR2: 4 PDGFRβ: 39 KIT: 1 FLT3 (WT): 8 EGFR: >10,000

CSF1R KIT FLT3

Effective against VEGFR, PDGFR, KIT and FLT3 at µ M concentration Targets receptors involved in both tumor cell proliferation and angiogenesis No significant activity against other RTKs (ie, EGFR); tested against > 40 other RTKs and protein kinases Activity in GIST, renal, breast, etc

Chow LQ, et al. J Clin Oncol. 2007;25:884-896.

Pro to o n co g e n sise A m p lifica O n co g e n y R E C E PT O R D E FC