KARSİNOGENEZDE GÜNCEL KAVRAMLAR VE ARAŞTIRMA METODOLOJİLERİ Prof. Dr. HİLAL KOÇDOR DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ ONKOLOJİ ENSTİTÜSÜ TEMEL ONKOLOJİ A.D. Sivas Biyokimya Günleri 2016 1 ZOR VE ÖNGÖRÜLEMEYEN HASTALIKLA BAŞA ÇIKMAK İÇİN EN İYİ YOL ÖZÜNDE; NEDENLERİ VE TETİKLEYİCİLERİ ANLAMAKTIR. Bazı normal hücreler NEDEN ve NASIL "asi" ve “saldırgan” hale geliyor? normal hücrelerin malign neoplazm içine dönüşümünü yöneten herhangi ortak süreçler ve kurallar var mı? Kanserin çeşitlilik ve bireyselliğin ana nedenleri nedir? Neden bazı kanserler metastaz yaparlar, kimisi yapmaz? Benign ve malign lezyonlar arasında örtüşme vardır. Gerçekten doğru bir kanser tanımlayabilir miyiz? İyi huylu ile yavaş ilerleyen malign neoplazmı ayıran bir kriter var mı? Sivas Biyokimya Günleri 2016 2 KANSER ORİJİN TEORİLERİ: EN YENİLERİ Kanser ,bugünkü bakış açımıza göre bir kerede gelişmez! Karsinogenez kavramı çok basamaklı bir süreci tanımlar. Sivas Biyokimya Günleri 2016 3 KANSERİN MOLEKÜLER BELİRTEÇLERİ (Molecular Hallmarks of Cancer) Hücreler aşırı ve zamansız metabolik ve davranışsal değişiklikler gösterirler. Genetik değişiklikler, Hücre döngü programı değişiklikleri, Kromatinlerin konformasyon değişiklikleri, DNA okuma, kopyalama ve tamir mek. değişiklikleri vb. Tüm bu değişikliklere epigenetik değişiklikler adı verilir. Sivas Biyokimya Günleri 2016 4 Sivas Biyokimya Günleri 2016 5 • Büyüme Sinyallerindeki Bağımsızlık, • Antigrowth Sinyallere Duyarsızlık, • Apoptoza Karşı Çıkma •Limitsiz Replikasyon Potansiyellerinin Varlığı, •Sürekli Anjiyojenez, •Doku İnvazyonu Ve Metastaz, •Genomun İstikrarsızlığı. Sivas Biyokimya Günleri 2016 6 Sivas Biyokimya Günleri 2016 7 Sivas Biyokimya Günleri 2016 8 Sivas Biyokimya Günleri 2016 9 Sivas Biyokimya Günleri 2016 10 Sivas Biyokimya Günleri 2016 11 Sivas Biyokimya Günleri 2016 12 Viral/Mikrobial Teori: Virusler/mikroorganizmalar neoplastic process için uzun bir süreçde olsa da tetikleyicidir. İlk bulgu, tavuklarda lösemi bir nedeni olan avian lökoz virüsüdür. Bazı "onkovirüsler", örneğin, insan papilloma, hepatit B ve hepatit C virüsü, Epstein-Barr virüsü, vb. insan kanser insidansında artış ile ilişkilidir. Bununla birlikte, çok sayıda kanser gelişimi virüs, mantar veya bakterilerden bağımsız meydana gelir.. Sivas Biyokimya Günleri 2016 13 Sivas Biyokimya Günleri 2016 14 Karsinogenezde; somatik mutasyon teorisi •20. yüzyılın başından beri egemen olmuştur. •Kanser hücresi genomlarının DNAlarında somatik mutasyonlar taşıdığı biliniyor •Kanser hücresi genomlarında: Baz değişiklikleri,Baz eklemeleri ve silinmeleri, yeniden düzenlemeleri (rearrangements) ve kopya sayısı değişiklikleri içerir. Tümör ilerledikçe, mutasyonlar birikir ve hücre sonunda kanserli hale gelir. Genetik materyaldeki germ-line mutasyonlar, ailesel yatkınlığa neden olabilir. •DNA'daki belli kusurların: Polipozis Koli, Bloom Sendromu, Ataksi Telenjiektazi, Fanconi Anemisi dahil olmak üzere çeşitli kalıtsal kanser yatkınlık sendromlarından sorumlu olduğu bilinmektedir. Gen mutasyonları ve malignite arasında hiçbir sıkı bir korelasyon yoktur: yanı sıra, bu faktörlerden hangisinin neoplaziyi tetikleyebildiği hala belirsizdir. Aslında, genomik instabilite malign tümörü başlatmak için yeterli değildir. Life-Cycling of Cancer: New Concept Marina Shaduri and Marc Bouchoucha Sivas Biyokimya Günleri 2016 15 Kanser Kök Hücresi Teorisi (CSC) CSC kavramı ilk olarak lösemide gösterildi. Özgün yüzey antijeni profillerine sahip olan "kök hücreleri" ile ilişkili. Son yıllarda hücreler, beyin, meme, kolon, pankreas ve diğer dokuların insan kanseri içinde bulunmuştur. Kornelia Polyak (Dana-Farber Kanser Enstitüsünden (Boston, ABD)) arasında kök hücre benzeri ve daha farklılaşmış tümör hücrelerinin belirteçlerinin pozitif sıklığının tümör alt tipi ve histolojik evresine göre değiştiğini gösterdi. Acaba malignite; normal kök hücrelerin gelişiminin durması nedeniyle, olgun hücrelerin CSC’ne dönüşümümüdür? Soru: hala açık! Sivas Biyokimya Günleri 2016 16 Sivas Biyokimya Günleri 2016 17 Sivas Biyokimya Günleri 2016 18 FACS ile CSCs izolasyon basamakları Sivas Biyokimya Günleri 2016 19 Embriyonal Teori Embriyogenez ve karsinogenez arasındaki benzerlik “Unitarian Trofoblastik Teorisi”ni ileri sürülen John Beard, tarafından dile getirilmiştir. Teorisindeki ana fikir, belirli fetal hücreler veya atavistik genlerin neoplazma doğuran olmasıdır. Embriyonal teori savunucularına göre bazı immatür hücreler (fetal dokuların kalıntıları gibi) en sonunda örneğin, mekanik doku travmaları, besin ve oksijensizlikle (izolasyonu) malign hale gelebilir. “host-cells” i üreten malign prosess !! Sivas Biyokimya Günleri 2016 20 “Complex Adaptive Systems” (CAS) Teorisi Tümör mikro çevresinde bir çok kompleks sistem vardır: endotel hücreleri ve bunların öncüleri,, fibroblastlar, granülositler, lenfositler, makrofajlar vs. CASs kabul edilmiş yaygın ortak karakteristikleri vardır: 1-Varolma yeteneğini dinamik seviyede tutmak için Sağlamlık 2- esneklik – çabuk toparlanma özelliği:tüm CASs çeşitli tedirginlikler sonrasında denge durumunu geri kazanma yeteneğine sahiptir; 3- Karmaşık yapısal ve fonksiyonel hiyerarşi açısından çoklu-seviye organizasyonu 4- kendi kendine -örgütlenme, dış kaynaklar veya bilgi olmadan daha karmaşık iç yapılarının oluşturulması 5- Adaptasyon Herhangi bir CAS göre strateji veya taktiğin değişmesi durumunda Hücreler ve karmaşık biyolojik sistemlerin diğer unsurları işlevsel birbirine bağlı işaretleri bir belli bir hiyerarşi içinde sergilerler. Kanser hüc. ayrılmaz ve adaptif organizmalar ise, bu hücrelerin eylemleri kesinlikle koordine edilmelidir. Nitekim, malign hücreleri arasındaki mekaniksal korelasyon çeşitli araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir.! Qunatum mekaniği!! Albert Szent-Györgyi Sivas Biyokimya Günleri 2016 21 Sivas Biyokimya Günleri 2016 22 Sivas Biyokimya Günleri 2016 23 TERAPÖTİK MANİPÜLASYON İÇİN POTANSİYEL; NÜKLEER RESEPTÖRLER Sivas Biyokimya Günleri 2016 24 Sivas Biyokimya Günleri 2016 25 DNA HASAR CEVABI (DDR) PROTEİNLERİ, KÜÇÜK MOLEKÜL MODÜLATÖRLERDİR! Sivas Biyokimya Günleri 2016 26 DNA Hasar Cevabı (DDR) ve Terapötik Fırsatlar Sivas Biyokimya Günleri 2016 27 TELOMERAZ Sivas Biyokimya Günleri 2016 28 Sivas Biyokimya Günleri 2016 29 KANSER HÜCRELERİ DÜZENSİZ EPİGENOMLA BÜYÜME AVANTAJI YAKALAR! Kolon kanserlerinin 1/3ünde hipometilasyon saptandı. 2000 den beri “microarrays” ve “nextgeneration sequencing technologies” nin kombinasyonuyla biyolojide yazılı dataların değerlendirilmesi mekanizmaların içyüzünün kavranmasını daha kolaylaştırdı. “epigenetic stability”nin kaybı; yaygın tümörogenez ile kendini gösterir. Theodor Boveri, ışık mikroskobunda kanser hücrelerindeki abnormal kromatini keşfetti. (1929) Euchromatin genler; Genlerin transkripsiyona dolayısı ile postranslasyonel modifikasyona daha açık olduğunu, Heterochromatin genler ise bunun tersini ifade eder. Sivas Biyokimya Günleri 2016 30 Sivas Biyokimya Günleri 2016 31 EPİGENETİK MODİFİKASYON VE MUTASYONUN İŞBİRLİĞİNİN KANSERDEKİ İŞARETLERİ Large Organized Chromatin Lysine Modifications (LOCKs) and Laminassociated Domains (LADs) Kanserdeki düzensiz epigenom, hücresel büyüme avantajını sağlar. Sivas Biyokimya Günleri 2016 32 Sivas Biyokimya Günleri 2016 33 KARSİNOGENEZDE KANSER «NİCHE» KAVRAMI Kanser hücreleri ve stromal hücreleri arasındaki etkileşim kanserin önemli bir belirleyicisidir! Particular cytokines, such as transforming growth factor-β, interleukin 6 and stromal-derived factor 1, can be produced by bonemarrow-derived cells, cancer-associated fibroblasts (CAFs), IMC, immature myeloid cell or tumour cells, and seem to support niche expansion and maturation. 34 Sivas Biyokimya Günleri 2016 GELİŞMEKTE OLAN NİŞLE KLASİK ÇOK ADIMLI KARSİNOGENEZ KAVRAMI BİRBİRİNE PARALEL SÜREÇLERDİR! Sivas Biyokimya Günleri 2016 35 UYUYAN NİŞİN HEDEFLENEREK METASTAZIN ÖNLENMESİ Sivas Biyokimya Günleri 2016 36 Sivas Biyokimya Günleri 2016 37 Sivas Biyokimya Günleri 2016 38 Tanaka, Crit Rev Hematol/Oncol, 1997) GELİŞMEKTE OLAN TEKNOLOJİLER Sivas Biyokimya Günleri 2016 40 BİYOMARKER GELİŞTİRMEK İÇİN NEDEN İYİMSERİZ? Human Genome Project (Tamamlandı) Gelişmiş biyoinformatikler Array analizleri (DNA, RNA, protein) Mass-spectrometry-based profiling and identification Laser-capture microdissection Databases of single nucleotide polymorphisms Comparative genomic hybridization Yüksek verimli sekanslama NATURE CLİNİCAL PRACTİCE ONCOLOGY KULASINGAM AND DIAMANDIS october 2008 vol 5 no 10 Sivas Biyokimya Günleri 2016 41 Sivas Biyokimya Günleri 2016 42 KLİNİK KULLANIMDAKİ KANSER BİYOBELİRTEÇLERİ Sivas Biyokimya Günleri 2016 43 BİYOBANKALAR Sivas Biyokimya Günleri 2016 44 The Organization for Economic Cooperation and Development’ın (OECD) tanımına göre biyobanka; Bir popülasyona veya belirli bir hastalığa özel olarak, düzenli bir sistem çerçevesinde toplanmış biyolojik örnekleri ve bunlarla ilişkili veri ve bilgileri kapsayan birimdir. Sivas Biyokimya Günleri 2016 45 BİNA DONANIMI LAB. DONANIMI +4, -20, -80 Soğutucular Azot tankları ve Sıvı Azot T Su banyosu • Soğutmalı santrifüj Vorteks Spinner Laminar Flow (Class II) Distile ve Bidistile su cihazı Mikroskoplar (Dijital ve manuel) Boyama Setleri Kimyasal ve Kimyasal Dolapları Etüv Mikropipet Seti Otoklav Alarm sistemi Güvenlik sistemi ( Kameralı ve 24 saat kayıt altında) Departmanlar arası geçişte chipli-kart kullanımı sıvı azotlu-depolama bölümüne geçişte parmak izi okumalı sistem Yangın Merdiveni Yangın Söndürme Sistemi ve ekstra yangın tüpleri Bina deprem yönetmeliğine uygun olmalı İŞLEYİŞ-AKIŞ Hastanın ya da Bireyin Başvurusu İsteğin DinlenmesiFiyatlandırma için Bilgilendirme İşlem Sürer ise Onam Formu Doldurma Örnek Kabul / Steril Ortamda ya da Ameliyat günü belirleme Ön Tanı/Ön Analiz Enfeksiyon ve Mikrobiyolojik Analiz İstenirse Genetik Analiz Sonuçların Bilgilendirilmesi ve Saklamaya Geçiş TC Kimlik No ile 2D-Barcode sistemine geçiş ve deidentification !!! Sivas Biyokimya Günleri 2016 46 Hacettepe Üniversitesi DNA/Doku Bankası Türkiye'deki hastalığa özgül biyobankaların ilk örneğidir. Bankanın misyonu; uluslararası standartlara uygun olarak kalıtsal hastalıklardan etkilenmiş ailelerden biyolojik örnekleme yapmak ve klinik/genetik veri tabanlarını oluşturarak bu altyapının biyomedikal araştırmalar için kullanılmasını sağlamaktır. Sivas Biyokimya Günleri 2016 47 Mayıs 2014 itibariyle H.Ü. DNA/Hücre Bankası, “European Network of DNA, Cell, Tissue Banks for Rare Diseases” (EuroBioBank)ağı üyeliğine kabul edilmiştir. Sivas Biyokimya Günleri 2016 48 . Ülkemizde söz konusu doku bankalarının çalışma esasları genel olarak Sağlık Bakanlığı tarafından belirleniyor. Ülkemizde biyobankalar için özel yasalar ve çerçeve kuralları mevcut değildir. Sivas Biyokimya Günleri 2016 49 LABORATUVAR BİLGİ YÖNETİM SİSTEMİ (LIMS) BİYOBANKA BİLGİ VERİ YÖNETİM SİSTEMİ (BIMS) Sivas Biyokimya Günleri 2016 50 BİYOBANKA VERİ ENTEGRASYONU Jan-Eric Litton, “Biobank Informatics: Connecting Genotypes and Phenotypes” Methods in Biobanking p.343-361 Sivas Biyokimya Günleri 2016 51 Sivas Biyokimya Günleri 2016 52