CITOZYM. COME TUTTI I PREPARATI BIODINAMICI, E’ UNA MISCELA DI ZUCCHERI “INFORMATI”, INUTILIZZABILI DALLE CELLULE TUMORALI, E COFATTORI INDISPENSABILI ALLA FISIOLOGIA DELLE CELLULE NORMALI.
Autentica rivoluzione nel trattamento complementare enzimatico in Oncologia
E SIAMO SOLOALL’INIZIO!
FERORELLI: UNA FAMIGLIA CHE HA RADICI ANTICHE
Antica famiglia, di origine milanese: Ottone Ferorelli, Capitano di Porta Orientale (sec. XII), in conseguenza di lotte fra le fazioni cittadine, si rifugiò a Cremia, sul lago di Como, fra Rezzonico e Musso, ove nella chiesa parrocchiale possedeva una cappella di gius-patronato. La famiglia fu riconosciuta nobile, con Sovrana Risoluzione del 25 novembre 1816, a favore dell’ Avvocato Giorgio e dei suoi cugini Avvocato Ignazio e sacerdoti Don Luigi e Don Giovanni. Trasferitasi da tempo in territorio pugliese, la famiglia ha legato il suo nome a due storici personaggi che, ad un secolo di distanza l’uno dall’altro, si distinsero in ambiti diversi dell’attività umana: Nicola e Pasquale Ferorelli, entrambi nati a Bitetto. Nicola Ferorelli, Laureato in Lettere moderne, passò alla storia per la sua intensa attività di archivista e per la fervida attività di ricerca relativa alla condizione e alle vicende degli ebrei nell’Italia meridionale nel Medioevo e nell’età moderna. Pasquale Ferorelli, pronipote di Nicola (Link: vedi Nicola Ferorelli nella Enciclopedia Treccani), ingegnere chimico, vede ai nostri giorni finalmente realizzato, dopo infiniti sacrifici e ostacoli, il sogno di aver posto le basi di una nuova scienza, fondamento di ogni Disciplina medica, l’Enzimologia biodinamica.
L’interesse per gli enzimi di Pasquale Ferorelli risale all’infanzia, quando iniziò a sentirne parlare presso l’azienda agricola di famiglia, che dall’uva produceva mosto, trasformato a sua volta da enzimi specifici per numerosi nuovi prodotti di interesse delle aziende d’oltralpe. Un interesse che lo portò ad approfondire l’importanza degli enzimi come catalizzatori e modulatori delle reazioni biochimiche specifiche per tutti gli esseri viventi.
Illuminato dalla lettura di Rudolf Steiner e dalla sua “Biodinamica”, Ferorelli estese il significato di questo termine dal contesto filosofico a quello delle scienze biomediche, partendo dall’acquisizione che la vita è fenomeno unitario, dai vegetali agli animali, e che la chiave di lettura è negli enzimi, infaticabili “operai” delle cellule che non si lasciano ingannare dalle decine di migliaia di sostanze “inventate” dall’umanità, estranee alla Natura.
La sua intuizione è riassumibile nel concetto che interagire con gli enzimi è possibile utilizzando l’unico linguaggio ad essi comprensibile: quello dei substrati “informati”, ottenuti attraverso biotecnologie complesse che hanno portato alla realizzazione di preparati definiti “biodinamici”, utilizzati sia in Agricoltura che in Medicina complementare umana e veterinaria.
Può sembrare strano che dall’Ingegneria chimica venga una svolta di questa portata ma non è così: le “memorie” conformazionali degli enzimi e la modulazione delle energie di attivazione degli stessi, sono certamente concetti complessi. Se consideriamo il ciclo del gliossilato ed il ciclo di Krebs vie biochimiche appartenenti a due tipologie cellulari completamente differenti, di fatto gli stessi hanno entrambi un’affinità metabolica.
Pertanto, l’energia dal sole fluisce verso tutti gli organismi viventi, le piante utilizzano gli enzimi specifici per convertire energia radiante e sintetizzano molecole chimiche nei legami covalenti organici per gli animali; è quindi il sole la sorgente primaria per entrambi i sistemi.
Si è tenuto lo scorso ottobre a Vienna un congresso in cui sono stati illustrati i principi della Teoria Complementare Enzimatica.
Caratteristiche generali dei modulatori fisiologici bioenergetici
I modulatori fisiologici biodinamici, oggetto della presente relazione, (Citozym, Ergozym, Propulzym, Probiotic P-450), sono preparati con prodotti agricoli assolutamente non transgenici, coltivati su terreni a perfetta sanità biochimica. La rigorosità con cui si preparano le materie prime agricole nasce dal fatto che non sono minimamente ammissibili i prodotti transgenici in quanto gli stessi vengono discriminati dagli enzimi cellulari e non accettati dal metabolismo animale e umano. Riveste notevole importanza, nella coltivazione, l’assenza di diserbanti, pesticidi, fitofarmaci e altri prodotti di sintesi in quanto questi prodotti rilasciano veleni di difficile eliminazione e in netto contrasto con le proteine che si devono produrre.
Per quanto sopra specificato i prodotti biodinamici (denominati modulatori fisiologici) sono derivati da una coordinata attività di processi biochimici su materie prime vegetali rigorosamente biologiche, ottenendo una serie di biomolecole perfettamente coniugate secondo i principi della biochimica umana. Sono pertanto una felice combinazione di pacchetti energetici (ATP-NAD-FAD) in grado di interagire nei processi duplicativi delle cellule, possiedono una gamma di proteine in grado di modulare, partecipando in forma diretta, la sintesi delle proteine promosse sia nella replicazione del DNA che nelle eventuali fasi di correzione degli errori di trascrizione.
Essendo la produzione di questi prodotti effettuata secondo i canoni della biochimica relativa ai vari cicli vitali (ciclo di Krebs, degli acidi grassi, dell’urea, ecc.) si arriva alla costruzione dei “codoni” di amminoacidi e di tutti i componenti energetici necessari ad implementare tali cicli.
Accanto alle proteine di base, amminoacidi e coenzimi, questi prodotti contengono anche le attività di controllo genomico del DNA cellulare, perciò sono in grado di riconoscere anomalie cellulari, siano esse derivate dalla mutazione genetica portata da una errata trascrizione o da una modifica fisiologica operata da virus e retrovirus. La loro azione si esplica pertanto a livello genetico e pur essendo specifica non è distruttiva in quanto le proteine corrette non vengono eliminate ma ricomposte secondo lo schema della fisiologia cellulare sana.
Si fa riferimento alle mutazioni del gene ras, un proto-oncogene localizzato sul versante interno della membrana plasmatica del cromosoma 12p13; come la maggior parte degli oncogeni che codificano per proteine importanti nel controllo della crescita cellulare, il ras codifica per una proteina associata alle membrane con attività intrinseca del tipo guanosina trifosfato (GTPasi). La mutazione di ras è riscontrata a livelo del codone 12 e coinvolge frequentemente la transizione di una seconda base di guanina ad adenosina (GGTGAT) che altera la capacità intrinseca della GTPasi ad idrolizzare il GTP a GDP. Le proteine ras sono essenziali per la trasduzione dei segnali promuoventi la crescita dei recettori tirosin chinasi delle superficie cellulare alle vie metaboliche intracellulari coinvolte nella differenziazione e nelle proliferazione: pertanto, l’attivazione della ras determina una crescita cellulare incontrollata.
Modello di attivazione del gene ras
Citozym, in associacione a Ergozym, interviene sulla mutazione ras eliminando la transizione di seconda fase (GGT -> GAT) e ripristinando, di conseguenza, la capacità della GTPasi ad idrolizzare il GTP a GDP.
L’oncogene ras rappresenta il miglior esempio di attivazione da mutazione puntiforme; le mutazioni identificate riducono tutte drammaticamente l’attività GTPasica delle proteine ras e la maggior parte di esse coinvolge il codone 12.
Un elevato numero di tumori umani porta mutazioni del ras; ad esempio, il 90% degli adenocarcinomi pancreatici e dei colangiocarcinomi è caratterizzata dalla presenza di mutazioni puntiformi di ras, come pure il 50% dei carcinomi del colon, dell’endometrio e della tiroide, il 30% degli adenocarcinomi del polmone e delle leucemie mieloidi. Sebbene le mutazioni ras siano molto comuni, la loro presenza non è essenziale per il processo di cancerogenesi; la cancerogenesi può avvenire atraverso diverse vie e, tra esse, quelle della mutazione del ras.
I geni oncosoppressori qui trattati (Rb, , p53, p16 e WT-1) sono localizzati all’interno del nucleo; questi geni in associazione al ras contribuiscono tutti assieme con vari segnali di controllo del ciclo cellulare, cioè fanno parte del sistema di controllo per il passaggio delle cellule attraverso le fasi del ciclo cellulare.
Il gene Rb; Quando le cellule quiescenti vengono stimolate da fattori di crescita, la concentrazione di cicline D ed E si innalza e la conseguente attivazione dei complessi ciclina D/CDK4, D/CDK6 e E/CDK2 portano alla fosforilazione di pRb; la forma ipoerfosforilata di pRb rilascia i fattori di trascrizione E2F, i quali formano degli eterodimeri con la famiglia di proteine DP ed attivano la trascrizione di diversi geni bersaglio. I dati più recenti sulla biochimica di queste attività suggeriscono che il complesso pRb-E2F si leghi attivamente al DNA e inibisca la trascrizione dei geni che controllano la fase S; risulta chiaro che lo stato di fosforilazione di pRb rappresenta un elemento critico per la progressione del ciclo cellulare.
Il gene oncosoppressore p53, localizzato sul braccio corto (p) del cromosoma 17, è probabilmente il gene più alterato nelle neoplasie maligne dell’uomo; la proteina p53 è un fattore trascrizionale (fosfoproteina) che agisce principalmente al passaggio G1 -> S per regolare la crescita cellulare e l’apoptosi mediante l’attivazione dei geni come il p21/WAF1/CIP1 e Bax. L’arresto del ciclo cellulare avviene nella fase G1 tardiva ed è causato dalla trascrizione, mediata da p53 e dell’inibitore delle CDK p21 inibendo in questo modo la fosforilazione di pRb necessaria alla progressione della cellula nella fase S. P53 interviene direttamente in questo processo inducendo la trascrizione di GADD45 (Growth Arrest and DNA Damage), una proteina coinvolta nei processi di riparazione del DNA; se il danno viene riparato con successo, p53 attiva un gene chiamato mdm2, il cui prodotto si lega a sua volta a p53 e lo inattiva, sbloccando in questo modo il ciclo cellulare. Se invece il danno al DNA non può essere riparato in maniera soddisfacente, la p53 induce i geni dell’apoptosi: i geni bax e IGF-BP3 che stanno sotto il controllo di p53 e che eseguono l’ordine di morte che parte da esso.
Riassumendo, p53 è in grado di riconoscere il danno al DNA e di contribuire alla sua riparazione bloccando le cellule in G1 ed attivando geni specifici; una cellula che abbia subito un danno al DNA che non può essere riparata è indirizzata da p53 all’apoptosi. Tenendo conto di queste sue funzioni, nel caso in cui si abbia una perdita omozigote di p53, il danno al DNA non viene riparato e le mutazioni permangono nelle cellule che, continuando a dividersi, iniziano un percorso destinato alla trasformazione maligna. Il gene p16, localizzato sul cromosoma 9p21, codifica per una proteina che lega la chinasi-4-ciclina-dipendente (CDK4), prevenendo la sua interazione con la ciclina D e quindi la formazione del complesso CDK4/D1 interrompendo quindi una via vitale dell’inibizione della crescita cellulare. Il gene WT-1, localizzato sul cromosoma 11p13 è associato allo sviluppo del tumore di Willis; la proteina WT-1 è un regolatore della trascrizione che probabilmente inibisce la trascrizione di geni che promuovono la crescita cellulare. Gli altri meccanismi che regolano la proliferazione cellulare sono:
Il destino finale di tutti i segnali, siano essi positivi che negativi, è quello di arrivare al nucleo dove si decie se la cellula si deve dividere o no; in contrasto con l’oncogene ras che aumenta la sua funzione in seguito ad una mutazione attivante, i geni oncosopressori contribuiscono al processo di cancerizzazione mediante la loro inattivazione.
In relazione al disegno riportato si evince che:
Un’altra importante considerazione sulla proliferazione neoplastica è che l’attivazione trascrizionale dei geni controllati da p53, quali p21, GADD45 e bax, è di fondamentale importanza per il normale funzionamento del gene p53 stesso.
L’angiogenesi rappresenta un elemento indispensabile non solo per la continua crescita tumorale, ma anche per la formazione delle metastasi in quanto, senza accesso al sistema vascolare, le cellule tumorali non possono crescere oltre 1-2 mm. Dati clinici sperimentali indicano che nella fase iniziale della crescita tumorale non si ha angiogenesi; i tumori rimangono in situ senza sviluppare nessun suporto vascolare per mesi o anni per poi acquisire, probabilmente per effetto di continue mutazioni genetiche, il fenomeno angiogenetico. Le basi molecolari di questa conversione non sono completamente chiare, ma potrebbero comprendere una aumentata produzione di attori angiogenetici o una perdita di inibitori dell’amgiogenesi. Il gene p53 sembra inibire l’algiogenesi inducendo la sintesi della molecola antiangiogenetica trombospondina-1; a segito dell’inattivazione di p53 conseguente all’acquisizione di mutazioni su entrambi gli alleli i livelli di trombospondina-1 crollano drasticamente, spostando il bilancio a favore dei fattori angiogenetici.
I prodotti di base sono quattro: Citozym, Ergozym, Propulzym Probiotic P-450
Quando un danno genetico si affaccia, soprattutto a livello cellulare, si hanno delle trasformazioni che possono cambiare l’insieme delle sequenze amminoacidiche e questi cambiamenti di solito hanno dei nomi e degli effetti spiacevoli: invecchiamento accelerato, insorgenza di condizioni che riducono le risposte immunitarie e fenomeni ascrivibili ad alcune classi di tumori.
Poiché ogni anomalia è la conseguenza di una caduta di energia in quel particolare settore, occorrerebbe intervenire fino a ridosso dei cromosomi mettendo a disposizione tutta una serie di amminoacidi, di precursori enzimatici che danno una spinta alla riattivazione a quelle distonie biologiche siano esse casuali che ereditarie.
Nello stesso modo, quando una proteina di trasporto transmembrana perde la sua capacità di trasporto, occorerebbe mettere a disposizione un patrimonio energetico e proteico che faciliti il riconoscimento dei peptidi prodotti dalla digestione di proteine estranee.
È necessario, pertanto, per correggere un’anomalia, potenziare notevolmente le capacità, per qualche causa indebolite, di naturale riparazione o di modifica di una cellula da parte del sistema (lisosomi, macrofagi, istoni, ecc.), solo così il tumore verrebbe metabolizzato e recuperato nei suoi aminoacidi. È lecito anche affermare che, in luogo di farmaci sintetici, occorre disporre di una combinazione di proteine in grado di interagire nei processi duplicativi delle cellule, le stesse dovrebbero possedere una gamma di apo- e co-enzimi in grado di modulare, partecipando in forma diretta, la sintesi delle proteine promosse sia nella replicazione del DNA che nelle eventuali fasi di correzione degli errori di trascrizione.
Citozym fornisce amminoacidi per la codificazione proteine per il ripiegamento delle immunoglobuline e mediare i processi di riconoscimento cellula-cellula. Citozym fornisce, inoltre, un patrimonio biochimico necessario alle proteine di controllo delle proteine di adesione non allontanate per difetti al gruppo ε-amminico dei residui di lisina che non sono in grado di reagire con la proteina ubiquitina.
Si deve ancora dire che occorre intervenire fino a ridosso dei cromosomi riattivando quelle distonie biologiche casuali o ereditarie: è necessario quindi disporre di una proteina transmembrana simile agli anticorpi, che contiene regioni variabili e costanti, riconoscendo peptidi prodotti dalla digestione di proteine estranee.
Per raggiungere gli scopi prefissi è necessario attivare una proteina che possa essere configurate nell’mRNA al fine di intervenire direttamente apportando patrimonio proteico utile alla ricostruzione cellulare e alla trascrizione del DNA genomico.
Questa serie di proteine devono essere in grado di donare fattori energetici sotto forma di gruppi fosforilati ad alta energia, questi gruppi permetterebbero il riassorbimento di energia in cellule debilitate e compromesse da una anomalia, qualunque essa sia.
in associazione a Citozym interviene sugli introni apportando materiale genetico utile alla correzione delle anomalie di trascrizione genomica. Analogamente alle proteine di trascrizione del DNA che scorrono sulle proteine di membrana, Ergozym fornisce un patrimonio che attiva questi trasporti, siano essi portati dalle pompe sodio-potassio o potassio-calcio, o in quelle adibite al trasporto delle proteine transmembrana.
La particolarità più spiccata di queste proteine si manifesta quando si rende necessario l’intervento di ricodificazione di qualche cromosoma alterato. In altre parole occorre un patrimonio biochimico di amminoacidi del DNA, per collaborare e rafforzare direttamente la stessa ricodificazione annullando quegli errori che sono la causa principale di una disfunzione omeostatica, intervenrndo sugli introni apportando materiale genetico utile alla correzione delle anomalie di trascrizione genomica. La particolarità più spiccata di Ergozym è quella di ricodificare, grazie alla sua configurazione amminoacidica, i cromosomi alterati delle neoplasie e quindi intervenire direttamente annullando gli errori che sono la causa principale delle malattie oncologiche.
si tratta di una particolare miscela di aminoacidi a corta catena che vengono utilizzati per il bilanciamento energetico coprendo le eventuali altre carenze biochimiche non sono coperte dai primi due prodotti. Data la loro elevata capacità di penetrazione, questi aminoacidi raggiungono velocemente siti di bassa vascolarizzazione, quali i tessuti tumorali.
Un effetto non certamente secondario di Propulzym è la capacità di intervenire sulla stabilità del pH e sulla peristalsi intestinale, apportando un considerevole aiuto all’assimilazione dei cibi e alla evacuazione dei cataboliti intestinali. La sua attività, sempre in sintonia con Citozym ed Ergozym apporta memoria utile per il controllo del colesterolo.
Probiotic P-450:
13 miliardi per dose di microorganismi probiotici vivi, integri e attivi, associati a prebiotici e vitamine essenziali al processo di ricolonizzazione intestinale. Grazie alla tecnologia-Citozeatec una matrice biodinamica appositamente studiata consente:
1. protezione efficace delle cellule probiotiche durante il transito in ambiente acido gastrico e liberazione nell’intestino in condizioni vitali;
2. interazione ubiquitaria a livello gastroenterico ed epatico con la componente P- 450 dei citocromi, finalizzata a normalizzazione della peristalsi.
L’effetto principale della assunzione di Probiotic P-450 nei pazienti oncologici e nelle prevenzione primaria e secondaria di patologie tumorali, sempre in associazione con Citozym, Ergozym e Propulzym nei protocolli specifici, è la ricolonizzazione efficace dell’intestino, la cui compromissione probiotica quanto- qualitativa, oltre a portare a disturbi diretti, è responsabile di molte co-morbidità associate alle malattie tumorali.
Basi molecolari della cancerogenesi multifasica
Il corpo di un animale opera in un ecosistema i cui singoli membri sono cellule, che si riproducono per divisione cellulare e sono organizzate in complessi collaborativi, ossia i tessuti; molte proteine coinvolte nella riparazione del DNA, nella segnalazione cellulare, nel ciclo cellulare, nella morte cellulare programmata e nell’architettura tissutale, sono state scoperte a causa di anomalie della loro funzione che portano alla proliferazione incontrollata, ad alterazioni genetiche e ad altre caratteristiche di comportamento “antisociale” delle cellule cancerose. Perché si verifichi una trasfromazione neoplastica, sono necessarie svariate alterazioni geniche quali l’aumentata espressione di oncogeni (i quali codificano per i fattori di crescita, recettori per fattori di crescita o per ormoni, trasduttori intracellulari di segnale proliferativo, fattori di trascrizione nucleare e proteine adibite al controllo del ciclo cellulare), inattivazione di geni oncosopressori e delezioni di frammenti di cromosomi. Mutazioni durante la mitosi cellulare si verificano continuamente, ma se i processi di correzione non vengono alterati la riparazione del danno cellulare avviene senza conseguenze e la cellula continua la sua crescita senza produrre neoplasie. È doveroso puntualizzare che uno dei maggiori fattori scatenanti le neoplasie è assolutamente la modaliità di vita dove inquinamento, cibi transgenici, conservanti chimici, pesticidi, fitofarmaci, ecc., che non sono in linea alla nostra omeostasi, danno severi colpi alle memorie biologiche e biochimche del nostra organismo e le alterazioni prodotte sono ascrivibili, appunto, alle neoplasie. Alla fine, tutte le linee delle cellule somatiche sono impegnate a morire: non lasciano progenie e dedicano invece la loro esistenza a supportare le cellule germinali, che sono le sole ad avere possibilità di sopravvivere; questo non è un mistero perché il corpo è un clone e il genoma delle cellule somatiche è lo stesso di quello delle cellule germinali che sono adibite a propagare copie dei propri geni. Perciò ciascuna cellula si comporta in maniera socialamente responsabile, restando a riposo, dividendosi, differenziandosi o morendo in base a ciò che è necessario per il bene dell’organismo; disturbi molcolari che alterano questa armonia significano problemi per l’intera società multicellulare. Una mutazione può dare a una cellula un vantaggio selettivo, permettendole di dividersi più rapidamente delle sue vicine e di diventare fondatore di un clone mutante in crescita; una mutazione che dà origine a questo comportamento “egoista” da parte di singoli membri della multicellularità può mettere in pericolo il futuro di tutta l’organizzazione cellulare. Questi sono gli “ingredienti-base” del cancro: malattia i cui singoli cloni mutanti di cellule iniziano a proliferare a spese dei loro vicini, ma alla fine distruggono l’intera società cellulare. Si può senza dubbio affermare che le cellule neoplastiche derivano da un’unica cellula mutata, che i cicli cellulari sono processi legati ad una serie di eventi biochimici in parte ben conosciuti: la correzione degli errori che portano alle neoplasie non può essere effettuata se non con una precisa e mirata tecnologia biologica che tenga conto dei cicli vitali delle cellule.
La funzione più basilare del ciclo cellulare è quella di duplicare accuratamente la grande quantità di DNA dei cromosomi e quindi segregare esattamente le copie delle due cellule figlie geneticamente identiche. La duplicazione del DNA avviene durante la fase S, che richiede 10-12 ore e occupa circa la metà dela durata del ciclo cellulare di una tipica cellula di mammifero; dopo la fase S la segregazione dei cromosomi e la divisione cellulare avvengono nella fase M, che richiede molto meno tempo (meno di un ora in una cellula di mammifero), la cellula viene quindi pinzata in due dalla divisione citoplasmatica, o citochinesi, e la divisione cellulare è completata (Vedi figura).
Gli eventi di una divisione di una cellula eucariotica. I processi di divisione nucleare (mitosi) e divisione cellulare (citogenesi), chiamati collettivamente fase M, occupano di norma soltanto una piccola frazione del ciclo cellulare; l’altra parte, molto più lunga, del ciclo è nota come interfase. Sono mostrati i cinques stadi della mitosi: un brusco cambiamneto dello stato biochimico della cellula avviene alla trascrizione da metafase ad anafase; una cellula si può fermare in metafase prima di questo punto di transizione, ma una volta che questo punto è stato sorpassato, la cellula va avanti fino alla fine della mitosi e attraverso la citochinesi e quindi fino all’interfase.
La maggior parte delle cellule richiede più tempo per crescere raddoppiare la sua massa di proteine e di organelli che per replicare il suo DNA e dividersi; in parte per concedere più tempo alla crescita, fasi gap extra sono inserite nella maggior parte dei cicli cellulari, come illustrato nella figura sotto riportata.
Le fasi del ciclo cellulare.
La cellula cresce in modo continuo in interfase, che consiste di tre fasi: la replicazione del DNA e confinata alla fase S; G1 è l’intervallo fra la fase M e la fase S.
Mentre G2 è l’intervallo fra la fase S e la fase M; nella fase M il nucleo e quindi il citoplasam si dividono.
Nella maggior parte delle cellule ci sono diversi punti nel ciclo cellulare, chiamati punti di controllo, al cui livello il ciclo può essere arrestato se gli eventi precedenti non sono stati completatati (Vedi figura sotto riportata).
Punti di controllo e sistema di controllo del ciclo cellulare.
Informazioni sul completamento degli eventi del ciclo cellulare, oltre che segnali provenienti dall’ambiente, possono provocare l’arresto del ciclo da parte del sistema di controllo in corrispondenza di punti di controllo specifici.
I puntri di controllo più evidenti si trovano nelle posizioni marcate con ricuadri gialli.
L’ingresso in mitosi è impedito, per esempio, quando la replicazione del DNA non è completa e la separazione dei cromosomi in mitosi è ritardata se qualche cromosoma non è attaccato in modo appropriato al fuso mitotico. Al cuore del sistema di controllo del ciclo cellulare sta una famiglia di proteine, note come “kinasi dipendenti da ciclina” (CdK); l’attività di queste kinasi aumenta o diminuisce man mano che la cellula progredisce attraverso il ciclo; le oscillazioni portano direttamente a cambiamenti ciclici nella fosforilazione di proteine intracellulari che iniziano o regolano gli eventi principali del ciclo cellulare (la replicazione del DNA, la mitosi e la citocinesi). Un aumento dell’attività di CdK all’inizio della mitosi, per esempio, porta ad una aumentata fosforilazione di proteine che controllano la condensazione dei cromosomi, la demolizione dell’involucro nucleare e l’assemblaggio del fuso.
Ci sono quattro classi di cicline; tre di queste classi sono necessarie in tutte le cellule eucariotiche:
Il controllo del ciclo cellulare dipende in modo cruciale da almeno due complessi enzimatici che agiscono in tempi diversi del ciclo, provocando la proteolisi di proteine chiave del sistema di controllo del ciclo cellulare e quidi inattivandole. La cosa più notevole è che i complessi ciclina-Cdk sono inattivate da cicline a certi stadi del ciclo cellulare; questa distruzione delle cicline avviene tramite un meccanismo dipendente da ubiquitina, come quello coinvolto nella proteolisi di molte altre proteine intracellulari. L’apparato finale della distruzione negli eucarioti è il proteosoma, una proteasi abbondante, ATP- dipendente, che costituisce quasi l’1% delle proteine cellulari; ciascun proteosoma consiste in un cilindro cavo centrale (il nucleo del proteosoma 20S) formato da subunità proteiche multiple che si assemblano come una pila cilindrica di quattro anelli eptamerici. Ciascuna estremità del cilindro è normalmente associata con un grande complesso proteico (il cappuccio 19S) che contiene approssimativamente circa 20 polipeptidi diversi; i cappucci agiscono da cancelli regolatori all’entrata della camera proteolitica interna, e sono anche responsabili dell’attacco di una proteina substrato diretta al proteosoma. Con poche eccezioni, i proteosomi agiscono su proteine che sono state marcate in modo specifico per la distruzione dall’attacco covalente di coppie multiple di una piccola proteina chiamata ubiquitina, essa si trova nelle cellule libera o unita covalentemente ad una enorme varietà di proteine intracellulari (Vedi figura sotto riportata).
L’ubiquitina è preparata per la coniugazione ad altre proteine dall’enzima attivatore dell’ubiquitina dipendente da ATP (E1), che crea una ubiquitina attivata che viene trasferita ad uno di una serie di enzimi che coniugano l’ubiquitina (E2) Gli enzimi E2 agiscono in coniugazione con proteine accessorie 8E3); nel complesso E2-E3 chiamato ubiquitina-ligasi, la componente E3 si lega a segnali specifici di degradazione nelle proteine substrato, aiutando E2 a formare una catena multiubiquitina unita ad una lisina specifica della proteina substrato. In questa catena il residuo C-terminale di ciascuna ubiquitina è legato ad una lisina specifica della molecola di ubiquitina che la precede, producendo una serie lineare di coniugati ubiquitina-ubiquitina. È questa catena multiubiquitina su una proteina bersaglio che è riconosciuta da un recettore specifico del proteosoma. (Vedi figura sotto riportata).
Ci sono circa 30 enzimi E2 strutturalmente simili ma distinti nei mammiferi e centinaia di proteine E3 diverse che formano complessi con specifici enzimi E2; ubiquitina ligasi distinte riconoscono segnali di degradazione diversi e perciò marcano per la degrdazione serie diverse di proteine intracellulare che portano questi segnali (Vedi figura).
Proteine denaturate o comunque ripiegate male, oltre a proteine che che contengono amminoacidi ossidati a o anormali, sono distrutte perché presentano sulle superfici sequenze amminoacidiche o motivi conformazionali che sono riconosciute come segnali di degradazione da una serie di molecole E3 nel sistema ubiquitina- proteosomi. La via proteolitica descritta è in grado di distinguere fra le proteine completate che hanno conformazioni sbagliate e i molti polipeptidi in crescita su ribosomi (oltre ai polipeptidi appena rilasciati dai ribosomi) che non hanno ancora raggiunto la loro conformazione ripiegata normale. Il livello finale di ciascuna proteina in una cellula eucariotica dipende dall’efficienza di ciascun passaggio illustrato nella figura sotto riportata.
La produzione di una proteina da parte di una cellula eucariotica.
Il livello finale di ciscuna proteina in una cellula eucariotica dipende dall’efficienza di ciascun passaggio raffigurato.
Per comprendere appieno le modalità di intervento dei prodotti biochimici (Texidrofolico, Nicotinamide e Propulzym), è necessario conoscere i processi che avvengono nelle odierne cellule viventi originate nel corso dell’ evoluzione. Dalla nostra conoscenza degli organismi attuali e delle molecole che contengono, sembra probabile che lo sviluppo dei meccanismi direttamente autocatalitici, fondamentali per i sistemi viventi, sia iniziato con l’evoluzione di famiglie di molecole che potevano catalizzare la propria replicazione. La maggior parte delle cellule specializzate di un organismo multicellulare è capace di alterare il suo schema di espressione genica in risposta a segnali extracellulari. Come espresso nella figura ci sono molti passaggi della via che porta dal DNA alle proteine e in linea di principio tutte possono essere regolate in questo modo:
Sei passaggi di controllo dell’espressione genica negli eucarioti.
Per la maggior parte dei geni i controlli trascrizioni sono della massima importanza, e di tutti i punti di controllo illustrati nella figura, soltanto il controllo trascrizionale assicura che la cellula non sintetizzi intermedi superflui. Le proteine che regolano i geni devono riconoscere sequenze nucleotidiche immerse in questa struttura; all’inizio si pensava che queste proteine avessero accesso diretto ai legami idrogeno fra le coppie di basi all’interno della doppia elica per distinguere una sequenza di DNA dall’altra, ma oggi è chiaro che l’esterno della doppia elica è costellato di informnazioni di sequenza che le proteine che regolano i geni possono riconoscere senza dover aprire la doppia elica. Il bordo di ciascuna coppia di basi è esposta alla superficie della doppia elica, presentando uno schema caratteristico di donatori di legami idrogeno, di accettaori di legami idrogeno e di zone idrofobiche riconoscibili dalle proteine sia nella scanaluta secondaria che principale (vedi figura sotto riportata).
Il modo in cui coppie diverse di basi nel DNA possono essere riconosciute dai loro bordi senza la necessità di aprire la doppia elica. Le quattro configurazioni possibili di coppie di basi sono mostrate con i donatori potenziali di legame idrogeno indicati in blu, gli accettatori di legami idrogeno in rosso e i legami idrogeno delle coppie di basi come una serie di linee parallele in rosso.
I gruppi metilicic che formano protuberanze idrofobiche, sono mostrati in giallo e gli atomi di idrogeno che sono attaccati ai carboni perciò non disponibili per la formazione di legami idrogeno sono in bianco.
Ma soltanto nella scanalatura principale gli schemi sono marcatamente diversi per ciascuna della quattro disposizioni di basi; vedi figura sotto riportata.
Un codice di riconoscimento sul DNA.
Il bordo di ciascuna coppia di basi, qui rappresentata come se si guardasse direttamente la scanalatura principale e quella secondaria, contiene uno schema caratteristico dei donatori di idrogeno, di accettatori di legami idrogeno e di gruppi metilici.
Dalla scanalatura principale, ciascuna delle quatro configurazioni di coppie di basi proietta uno schema unico; dalla scanalutura secondaria, invece, gli schemi sono simili per G-C e C-G e per A-T e T-A. Il codice dei colori è lo stesso della figura sopra riportata.
Una proteina che regola i geni riconosce una sequenza specifica di DNA perché la superficie della proteina è complementare in alto grado alle speciali caratteristiche di superficie della doppia elica in quella regione. Nella maggior parte dei casi la proteina stabilisce un gran numero di contatti con il DNA, coinvolgendo legami idrogeno, legami ionici e interazioni idrofobiche; vedi figura sotto riportata.
L’attacco di una proteina che regola i geni della scanalatura principale del DNA.
È mostrato soltanto un singolo contatto; l’interfaccia proteina DNA consisterebbe di norma di 10-20 contatti di questo tipo, che coinvolgono amminoacidi diversi, i quali contribuiscono alla forza dell’interazione proteina-DNA.
Il primo motivo che lega il DNA ad essere riconosciuto è stata l’elica-giro-elica; è costituito da due α eliche connesse da una breve catena estesa di amminoacidi, che costituisce il giro, le due eliche sono tenute ad un angolo fisso, soprattutto mediante interazioni fra le due eliche. Fuori dalla regione elica-giro-elica, la struttura delle varie proteine che contengono questo motivo può variare enormemente; così ciascuna proteina presenta il suo motivo elica-giro-elica in un modo unico, una caratteristica che si pensa incrementi la versatilità del motivo elica-giro-elica aumentando il numero di sequenze di DNA che il motivo può riconoscere (Vedi figura).
Alcune proteine elica-giro-elica che legano il DNA.
Tutte le proteine legano il DNA come dimeri in cui le due coppie dell’elica di riconoscimento (cilindro rosso) sono separate esattamente di un giro dell’elica di DNA (3,4 nm); l’altra eliva del motivo elica-giro-elica è colorata in blu. Il repressore lamda e Cro controllano l’espressione dei geni del batteriografo lambda e il repressore del triptofano e la proteina CAP controllano l’espressione dei geni di E.coli.
Quando le sequenze nucleotidiche di diversi geni selettori omeotici sono state determinate, all’inizio degli anni 80, si scoprì che ognuna conteneva un tratto di 60 amminoacidi che definisce questa classe di proteine e si chiama omeodominio. La struttura di omeodominio attaccato alla sua sequenza spacifica di DNA è
mostrato nella figura sotto.
Un omeodominio legato alla sua sequenza specifica di DNA. Sono mostrate due viste diverse della stessa struttura. A): l’omeodominio è ripiegato in tre α eliche, che sono compattate strettamenbte da interazioni idrofobiche; la parte che contiene le eliche 2 e 3 assomiglia al motivo elica-giro-elica. B): l’elica di riconoscimento (elica 3 rossa) stabilsce contatti importanti con la scanalatura principale del DNA. L’asparagina (Asn) dell’elica 3, per esempio, contatta una adenina; coppie di nucleotidi sono contattate anche nella scanalatura secondaria da un braccio flessibile attaccato all’elica 1.
Il motivo elica-giro-elica è composto soltanto da amminoacidi; un secondo gruppo importante aggiunge uno o più atomi di zinco come componenti strutturali; vedi figure sotto riportate.
Un tipo di proteina a dita di zinco. Questa proteina appartiene alla famiglia Cys- Cys_His-His, che prende nome dagli amminoacidi che compongono lo zinco.
A): disegno schematico della sequenza degli amminoacidi di un dito di zinco di una proteina di rana di questa classe. B): la struttura tridimensionale di questo tipo di dito di zinco è costituita da un foglietto β antiparallelo (amminoacidi da 1 a 10) seguito da un’α elica (amminoacidi da 12 a 24) che legano lo zinco (Cys3, Cys6, His19, His23) tengono saldamente un’estremità dell’α elica ed una estremità del foglietto β
Questo tipo di dito di zinco si trova spesso in un gruppo con ulteriori dita di zinco, disposte uno dopo l’altra così che l’α elica di ciascuna di esse può contattare la scanalatura principale del DNA, formando un tratto quasi continuo di α eliche lungo la scanalatura; in questo modo si costituisce una interazione forte e spcifica DNA- proteina tramite una unità strutturale base ripetuta. Vedi figura sotto riportata.
Attacco al DNA da parte di una proteina a dita di zinco.
A): la struttura di un frammento di una proteina che regla i geni di topo attaccata ad un sito specifico sul DNA; questa proteina riconosce il DNA usando tre dita di zinco Cys-Cys-His-Gis disposte come ripetute dirette.
B): le tre dita hanno sequenze di amminoacidi simili e contattano il DNA in modo simile. Sia in A che in B l’atomo di zinco di ciascun dito è rappresentato da una piccola sfera.
Un altro tipo di dita di zinco si trova nei recettori intracellulari; questo forma un tipo diverso di struttura (simile per alcuni aspetti al motivo elica-giro-elica) in cui le due α eliche sono compattate insieme con atomi di zinco. Come le proteine elica-giro-elica, queste proteine di solito formano dimeri che permettono ad una delle due α eliche di ciascuna subunità di interagire con la scanalatura principale del DNA. Vedi figura sotto riportata.
Un dimero del dominio a dita di zinco della famiglia di recettori intracellulari attaccato alla sua sequenza specifica di DNA. Ciascun dominio a dita di zinco contiene due atomi di Zn (indicati dalle piccole sfere grigie): uno stabilizza l’elica di riconoscimento del DNA (mostrata in marrone in una subunità e in rosso nell’altra), e uno stabilizza un’ansa (mostrata in viola) coinvolta nella
formazione del dimero. Ciascun atomo di zinco è coordinato da quattro residui di cisteina spaziati in modo appropriato; come le proteine elica-giro-elica, le due eliche di riconoscimento del dimero sono tenute separate da una distanza che cosrrisponde ad un giro della doppia elica del DNA. L’esempio specifico rappresentato è un frammento del recettore dei glucocorticoidi, che è la proteina tramite la quale le cellule rilevano e rispondono trasacrizionalmente gli ormoni glucocorticoidi prodotti nella ghiamdola surrenale in risposta a uno stress.
Molte proteine che regolano i geni riconoscono il DNA come omeodimeri e di solito la proteina responsabile della dimerizzazione è distinta da quella che è responsabile dell’attacco al DNA; un motivo però combina queste due funzioni e si chiama motivo a cerniera lampo di leucina; vedi figura sotto riportata.
Un dimero a cierniera lampo di leucina legato al DNA.
Due domini ad α elica che legano il DNA (in basso) dimerizzano tramite due regioni di α elica a cerniera lampo di leucina (in alto) per formare una struttura a Y rovesciata; ciascun braccio della Y è formato da una singola α elica, una di ciascun monomero, che media l’attacco d una sequenza specifica di DNA nella scanalatura principale del DNA.
Ciascuna α elica si lega ad una metà di una struttura simmetrica di DNA; la struttura mostrata è quella del lievito Gcn4, che regola la trascrizione in risposta alla disponibilità di amminoacidi nell’ambiente.
L’etrodimerizzazione è un esempio di controllo combinatorio, in cui coimbinazioni di proteine diverse, enon singole proteine, controllano un processo cellulare ed è uno dei maccanismi usati dalle cellule eucariotiche per controllare l’espressione dei geni e si verfica in una grande varietà diversa di geni di proteine che
regolano i geni. Vedi figura sotto riportata.
Un etero dimero composto da due proteine a omeodominio legate al suo sito di riconoscimento sul DNA. L’elica 4 gialla della proteina a destra (Matα2) non è stratturata in assenza della proteina a sinistra (Mata1) e forma un elica soltanto in seguito a eterodimerizzazione. La sequenza di DNA è così riconosciuta congiuntamente da entrambe le proteine; queste due proteine sono di un lievito gemmante, in cui l’eterodimero specifica un tipo cellulare particolare.
Un altro motivo importante che lega il DNA, correlata alla cerniera lampo di leucina, è il motivo elica-ansa-elica (HLH), esso consiste di una breve α elica connessa da un ansa ad una seconda α elica più lunga, come illustrato nella figura sotto riportata.
La maggior parte delle proteine regolatrici che attivano la trascrizione, cioè la maggior parte delle proteine che attivano i geni, ha una coinfigurazione molecolare che consiste di almeno due domini distinti: un dominio riconosce, di solito, una sequenza regolatrice specifica di DNA, un secondo dominio, chiamato talvolta, dominio di attivazione, accelera la velocità di inizio della trascrizione, come illustrato nella figura sotto riportata.
A): una proteina attivatrice legata in prossimità di un promotore attrae il complesso dell’oloenzima; secondo questo modello, l’oloenzima (che contiene più di 100 subunità proteiche) è portato al promotore separatamente dai fattori generali di trascrizione TFIID e TFIIA. Il DNA spezzato in questa enelle figure successive indica che questa porzione della molecola di DNA può essere molto lunga e di lunghezza variabile.
B): disegno schematico di un esperimento in vivo il cui risultato supporta il modello del reclutamento dell’oloenzima per le proteine attivatrici; il dominio che lega il DNA di una proteina è stato fuso direttamente ad un componente proteico del mediatore, un complesso proteico a 20 subunità che è parte del complesso dell’oloenzima, ma che è facilmente dissociabile dal resto dell’oloenzima.
Quando il sito di legame per la proteina è ibrido ed inserito sperimentalmente vicino ad un promotore, l’inizio della trascrizione è fortemente aumentato; in questo esperimento, il dominio di attivazione dell’attivatore è stato omesso, suggerendo che una frazione importante del dominio di attivazione sia semplicemente quella di interagire con il complesso della RNA polimerasi oloenzima e aiutarne così l’assemblaggio al promotore. La capacità delle proteine attivatrici di reclutare il macchinario di trascrizione sui promotori è stata dimostrata anche direttamente usando immunoprecipitazione della cromatina. Le proteine attivatrici legate al DNA aumentano di norma la velocità di trascrizione fino a 1.000 volte, il che è in accordo con una interazione relativamente debole e non specifica fra l’attivatore e l’oloenzima. Oltre alle loro azioni dirette sull’assemblaggio della RNA polimerasi oloenzima e dei fattori di trascrizione del DNA, le proteine che attivano i geni promuovono anche la trascrizione combinando la struttura della cromatina delle sequenze regolatrici e dei promotori del gene. Molte proteine attivatrici fanno uso di entrambi questi meccanismi legandosi a istone acetil transferasi (HAT), note comunemente come istone acetilasi, e a complessi di rimodellamento della cromatina dipendenti da ATP, reclutandoli perché funzionano sulla cromatina nelle vicinanze. Vedi figura sotto riportata.
Alterazioni locali della struttura della cromatina dirette da proteine attivatrici eucariotiche. L’acetilazione degli istoni e il rimodellamento dei nucleosomi generalmente rendono il DNA compattato in cromatina più accessibile ad altre proteine della cellula, comprese quelle necessarie per la trascrizione.
Inoltre, schemi specifici di modificazione degli istoni aiutano direttamente l’assemblaggio dei fattori generali di trascrizione al promotore (vedi figura sopra riportata). L’inizio della trascrizione e la formazione di una struttura compatta della cromatina possono essere considerate come reazioni di assemblaggio biochimico in competizione; enzimi che aumentano, anche temporaneamente, l’accessibilità del DNA nella cromatina tenderanno a favorire l’inizio della trascrizione.
La sinergia trasacrizionale si osserva sia tra proteine attivatrici diverse legate a monte di un gene che fra molecole multiple dello stesso attivatore legate al DNA; perciò non è difficile vedere come proteine regolatrici multiple, ciascuna legata ad una sequenza regolatrice di DNA diversa, possano controllare la velocità finale di trascrizione di un gene eucariotico. Gli ordini di eventi che portano all’inizio della trascrizione, alivello di un promotore specifico, sono raffigurate nella figura sotto riportata.
L’esempio ben studiato mostrato è un promotore del lievito gemmante S.Cerevisiae. Il complesso di rimodellamento della cromatina e l’istone acetilasi apparentemente si dissociano dal DNA dopo aver agito sequenzialmente. L’ordine del passaggio della via che porta all’inizio della trascrizione sembra essere diverso per promotori diversi. Per esempio, in un caso ben studiato nell’uomo, le istone acetilasi funzionano per prime, seguite dal reclutamento della RNA polimerasi e quindi dal reclutamento del complesso di rimodellamento della cromatina.
Oltre a molecole che bloccano grosse regioni di cromatina, le cellule eucariotiche contengono anche proteine regolatrici che agiscono soltanto localmente per eprimere la trascrizione dei geni vicini. A differenza dei repressori batterici, la maggior parte non compete direttamente con la RNA polimerasi per l’accesso al DNA; piuttosto funziona con una varietà di altri meccanismi, alcuni dei quali sono illustrati nella figiura sotto riportata.
A): proteine attivatrici e repressori competono per il legame alla stessa sequenza regolatrice di DNA.
B): entrambe le protene possono legarsi al DNA, ma il reprerssore si lega al dominio di attivazione della proteina attivatrice impedendole così di svolgere le sue funzioni di attivazione. In una variante di questa strategia il repressore si lega saldamente all’attivatore senza doversi legare direttamente al DNA. C): il repressore interagisce con lo stadio precoce del complesso che si sta assemblando dei fattori generali di trascrizione, bloccando l’ulteriore assemblaggio; alcuni repressori agiscono anche a stadi tardivi dell’inizio della trascrizione, per esempio, impedendo il rilascio della RNA polimerasi dai fattori generali di trascrizione.
D): il repressore recluta un complesso di rimodellamento della cromatina che riporto lo stato dei nucleosomi della regione del promotore alla sua forma pretrascrizionale; certi tipi di complessi di rimodellamento sembrano dedicati a ripristinare lo stato represso dei nucleosomi di un promotore mentre altri (per esempio, quelli reclutati da proteine attivatrici) rendono più accessibili il DNA compattato neo nucleosomi. Tuttavia lo stesso complesso di rimodellamento potrebbe in linea di principio essere usato sia per attivare che reprimere la trascrizione: a seconda della concentrazione di altre proteine nel nucleo, potrebbe essere stabilizzato lo stato rimodellato o quello represso. Secondo questa visione, il complesso di rimodellamento permette semplicemente alla struttura dela
cromatina di cambiare.
E): il repressore attrae un istone deacitilasi al promotore; una deacitilazione locale degli istoni riduce l’affinità di TFIID per il promotore e fa diminuire l’accessibilità al DNA della cromatina interessata.
Basi molecolari della cancerogenesi multifasica
Gli esperimenti sul DNA dimostrano che nessun oncogene (come ad esempio, myc o ras) è in grado di trasformare completamente una cellula, mentre ras e myc associati possono trasformare i fibroblasti; in questo caso l’oncogene ras induce le cellule a produrre fattori di crescita e le mette in condizione di proliferare senza aderire ad un substrato, mentre l’oncogene myc rende le cellule più sensibili ai fattori di crescita facendole diventare “immortali”. Ogni tumore umano finora studiato mostra alterazioni genetiche multiple che consistono nella attivazione di diversi oncogeni e nella perdita di due o più geni oncosopressori; ognuna di queste alterazioni rappresenta un passaggio cruciale nella progressione che va dalla cellula normale al tumore maligno. Un esempio evidente della acquisizione progressiva del fenotipo maligno è documentato negli studi sul carcinoma del colon, come illustrato nella figura sotto riportata.
Modello molecolare dell’evoluzione del carcinoma colo- rettale attraverso la sequenza adenocarcinoma.
Oltre alla attività proliferativa delle cellule neoplastiche vi sono anche altri fattori che influenzano la crescita dei tumori e tra essi il più importante è costituito dall’apporto ematico. L’angiogenesi rappresenta l’elemento indispensabile non solo per la continua crescita tumorale, ma anche per la formazione delle metastasi, in quanto, senza accesso al sistema vascolare, le cellule tumorali non possono metastatizzare.
Studi recenti indicano che le cellule tumorali, nelle fasi iniziali della crescita, non presentano angiogenesi; i tumori rimangono semplicemente in situ senza sviluppare nessun supporto vascolare per mesi o anni, dopo di che, probabilmente a causa di un accumulo di mutazioni, alcune cellule contenute all’interno della neoplasia acquisiscono un fenotipo angiogenetico. Il gene p53 sembra inibire l’angiogenesi inducendo la sintesi della molecola antiangiogenetica trombospondiba-1; a seguita della inattivazione di p53 conseguente all’aquisizione di mutazioni su entrambi gli alleli, i livelli di trombospondina-1 crollano drasticamente, spostando il bilancio a favore dei fattori angiogenetici. L’invasività e la capacità di produrre metastasi costituiscono caratteristiche biologiche specifiche nei tumori maligni; per staccarsi dalla massa primitiva, entrare nei vasi sanguigni e linfatici e produrre una neoplasia secondaria che cresce a distanza, le cellule tumorali debbono attraversare la serie di fasi descritte nella figura sotto riportata.
La cascata metastatica: illustrazione schematica delle fasi della disseminazione ematogena di un tumore.
Il processo metastatico può essere diviso in due fasi:
1. invasione della matrice extracellulare.
2. disseminazione vascolare ed impianto delle cellule tumorali.
L’invasione della matrice extracellulare è un processo attivo che può essere schematizzato nei seguenti passaggi:Your Content Goes Here
Le cellule normali son ben attaccate le une alle altre ed alle cellule circostanti mediante diversi tipi di molecole di adesione quali le caderine, una famiglia di glicoproteine transmembrana. Le caderine E sono legate al citoscheletro da una famiglia di proteine dette catenine, localizzate sotto la membrana plasmatica; in alcuni tumori la caderina E è normale, ma la sua espressione è ridotta a causa di mutazioni del gene per una catenina. Per penetrare la matrice extracellulare circostante, le cellule tumorali devono prima aderire alle componenti della matrice stessa; esistono prove evidenti del fatto che l’attacco delle cellule tumorali alla lamina e alla fibronectina rappresenti una fase importante del processo di invasione e di metastatizzazione. Nella figura a fianco vengono illustrati gli eventi che portano all’invasione della membrana basale da parte delle cellule tumorali.
Le cellule perdono adesività e si staccano le une dalle altre per aderire alla membrana basale mediante i recettori della laminina. Esse secernono molti enzimi proteolitici fra cui la collagenasi di tipo IV e l’attivatore del plasminogeno; seguono poi la degradazione della membrana basale e la migrazione delle cellule tumorali.
Mentre l’effetto più ovvio della distruzione della matrice è la creazione di un passaggio che consenta alle cellule tumorali di invadere i tessuti circostanti, i prodotti che si formano dalla degradazione della matrice, derivati dal collagene e dai proteoglicani, hanno attività promovente la crescita, angiogenetica e chemiotattica.
In circolo le cellule tumorali tendono ad aggregarsi in gruppo; questo fenomeno è favorito dall’adesione omotipica tra le cellule tumorali e le cellule del sangue, in particolar modo le piastrine. La formazione di aggregati piastrine-cellule tumorali sembra aumentare la soppravvivenza e la possibilità di impianto delle cellule tumorali stesse. Questi trapianti di cellule neoplastiche possono essere riferiti a tre meccanismi così ripartiti:
Al momento, la chemioterapia adiuvante segue, di norma, il trattamento locale del cancro al seno, al colon e al retto e altre localizzazioni tumorali, ed è impiegata come parte di un approccio multimodale al trattamento iniziale di molti altri tumori, inclusi stadi avanzati di neoformazioni localizzate alla testa e al collo dell’utero, al polmone, tumori cervicali ed esofagei, sarcomi di tessuti molli e tumori solidi pediatrici. Nella figura sotto riportata è riportata rassegna dei farmaci chemioterapici.
Riassunto dei meccanismi e dei siti d’azione dei chemioterapici impiegati nel trattamento della malattie neoplastiche. PALA = N-fosfonoacetil-L-Aspartato; TMP = timidina monofosfato.
Una delle più recenti scoperte sui farmaci che hanno come bersaglio il processo proliferativo è l’interleuchina-2, essa regola la proliferazione dei linfociti T tossici per le cellule tumorali e delle cellule dette natural-Killer. Questo farmaco ha dato qualche risultato antitumorale con infusione endovenosa continua in bolo ogni 8 ore per 5 giorni, a settimane alterne, ma ha dimostrato una tossicità associata all’attivazione ed espansione dei linfociti litici negli organi e nei vasi con infiammazioni e aumento della permeabilità vascolare, e al rilascio secondario di altre citochine, come il fattore di necrosi tumorale e l’interferone da parte delle cellule attivate. L’interleuchina-2 causa ipotensione, aritmie, edema periferico, azotemia prerenale, alterazione della funzione epatica, anemia, trombocitopenia, nausea, vomito, diarrea, stato confusionale e febbre.
In questa rassegna saranno presi in considerazione i farmaci chemioterapici riguardanti: sarcomi dei tessuti molli, osteosarcoma, morbo di Hodgkin, linfomi non-Hodgkin, leucemie acute, tumore della mammella, del tratto genito- urinario, della tiroide, del polmone, dello stomaco, e neublastoma.
I farmaci riguardanti le patologie sopra espresse sono: mostarde azotate, alcaloidi della vinca e antibiotici; più precisamente: Ciclofosfamide e Ifofosfamide (fra le mostarde azotate); Etoposide e Teniposide (fra le epipodofillotossine); complessi di coordinazione del platino (cisplatino; carboplatino).
Il farmaco viene sottoposto ad attivazione metabolica (idrossilazione) da parte del sistema delle ossidasi miste del citocromo P450 del fegato, con successivo trasporto dei metaboliti intermedi attivati ai siti d’azione. La selettività della ciclofosfamide contro alcuni tessuti tumorali può essere in parte dovuta alla capacità dei tessuti normali, come il fegato, di proteggersi dalla citotossicità degradando ulteriormente gli intermedi attivati mediante l’adeide deidrogenasi e altre vie; ma la ciclofosfamide è tossica per il fegato. Nella figura a fianco se ne riporta il metabolismo.
Si tratta di una oxazofosforina simile alla Ciclofosfamide; la Ciclofosfamide ha due gruppi cloroetilici sull’atomo di azoto fosfamidico, mentre uno dei due gruppi cloroetilici della Ifosfoamide è localizzato sull’atomo di azoto fosfamidico dell’anello oxazafosforinico. Come la Ciclofosfamide anche l’Ifofosfamide viene attivata nel fegato mediante idrossilazione; tuttavia l’attivazione della Ifofosfamide è più lenta, con maggiore produzione di metaboliti declorurati e cloroacetaldeide. Le più importanti attività farmacologiche degli alchilanti sono quelle che alterano la sintesi del DNA e la divisione cellulare. La capacità di questi farmaci di interferire con l’integrità del DNA e la sua funzione nei tessuti altamente proliferativi rappresenta la base delle loro applicazioni terapeutiche e di molte delle loro proprietà tossiche. Indipendentemente degli effetti dannosi sui tessuti con indice mitotico normalmente basso (fegato, reni, linfociti maturi), la loro tossicità maggiore è a livello dei tessuti rapidamente proliferanti in cui un gran numero di cellule è in rapida divisione e la loro tossicità è molto aumentata se il DNA viene danneggiato in cellule che stanno per dividersi; se il danneggiamento interessa la proteina p53, il gene ras, o la proteina myc, il punto di controllo del ciclo di replicazione non viene arrestato tra la fase G1 → S con la conseguenza dell’impossibilità di riparazione del danno o dell’apoptosi.
La maggioranza dei dati indica che il bersaglio primario dei farmaci alchilanti è il DNA, come indicato nella figura riportata.
Spiegazione della figura.
A: una catena laterale 2-cloroetilica va incontro a ciclizzazione intramolecolare di primo ordine (SN1) con liberazione di ioni Cl e formazione di un intermedio etileniminico molto reattivo.
B: attraverso questa reazione l’ammina terziaria viene convertita in un composto ammonico quaternari instabile, che può reagire avidamente, per mezzo della formazione di un carbocatione o di un complesso di transizione intermedio, con numerosi gruppi ad alta densità elettronica. L’alchilazione dell’atomo di azoto in posizione 7 dei residui guaninici del DNA sono in forma chetonica tautomera e stabiliscono facilmente coppie di basi di Watson-Crck attraverso legami idrogeno con residui di citosina. La guanina modificata può accoppiarsi erroneamente con i residui di timina durante la sintesi del DNA e portare alla sostituzione di una coppia di basi guanina-citosina con una coppia adenina-timina. Queste ultime modificazioni possono causare alterazioni permanenti nella struttura della sequenza del DNA, che sono compatibili con la vita della cellula e che possono essere trasmesse alle generazioni seguenti; queste modificazioni possono dare mutageni o cancerogenesi.
Entrambe causano tossicità agli elementi del midollo osseo e alla mucosa intestinale, provocano grave mielodepressione con caduta della conta granulocitica; sono molto tossici nelle cellule delle mucose in fase di divisione, causando ulcerazioni della mucosa della bocca e denudazione intestinale. Altre tossicità d’organo, meno comuni, possono essere irreversibili e anche letali; tutti i farmaci alchilanti inducono fibrosi polmonare e, con alti dosaggi, un danno endoteliale che può che può precipitare patologie veno-occlusive del fegato; le nitrosuree, dopo cicli mutipli di terapia, possono dar luogo ad insufficienza renale; l’Ifofosamide in patologia ad alto dosaggio causa frequentemente neurotossicità centrale con convulsioni, coma e, talvolta, morte. La tossicità sul sistema nervoso centrale si manifesta sotto forma di nausea e vomito; l’Ifosfamide è il più neurotossico fra questi farmaci, provoca stati mentali alterati, coma, convulsioni generalizzate e paralisi. Tutti gli alchilanti possono indurre leucemia e hanno effetti tossici sul sistema riproduttivo maschile e femminile causando spesso amenorrea permanente, in particolare nelle donne in perimenopausa, e azoospermia irreversibile nell’uomo.
Dalla podofillotossina, estratta dalla pianta della mandragora, sono stati sviluppati due glicosidi semisintetici del principio attivo che hanno dimostrato attività terapeutica significativa in molte neoplasie umane. Etiposide e Teniposide sono simili per attività e spettro d’azione, non arrestano il ciclo cellulare in mitosi ma formano un complesso ternario con la topoisomerasi II e il DNA; la formazione del complesso provoca la rottura della doppia catena di DNA, ma il passaggio a chiusura della catena, che normalmente fa seguito al legame della topoisomerasi al DNA, viene inibito dal farmaco. L’enzima rimane legato all’estremità libera del DNA tagliato, con conseguente accumulo di frammenti di DNA e morte cellulare; le cellule nelle fasi S e G2 del ciclo cellulare sono più sensibili all’Etoposide e alla Teniposide; (se questo è il meccanismo di azione sulle cellule neoplastiche sorge spontaneo domandarsi come possa il farmaco non agire sulle cellule sane). I farmaci vengono impiegati, in associazione con Ifofosfamide e Carboplatino, nel trattamento del carcinoma del polmone a piccole cellule, nella leucemia acuta dei bambini, nel glioblastoma, nel neuroblastoma e nelle metastasi cerebrali di carcinomi polmonari. Nella figura sotto riportata sono evidenziate le strutture chimiche dei farmaci.
I principali effetti tossici sono rappresentati da mielosopressione, nausea, vomito, leucopenia, stomatite, diarrea; sono state pure osservate febbre, flebiti, dermatiti e reazioni alergiche compresa anafilassi e la tossicità epatica si manifesta specialmente dopo somministrazione di dosi elevate.
Il cis-diaminodicloroplatino è un complesso contenente platino divalente, inorganico e idrosolubile; il Cisplatino sembra entrare nelle cellule per diffusione e la sua formula di struttura è la seguente
I complessi del platino possono reagire con il DNA formando legami crociati intracatena e intercatena; l’azoto in posizione 7 della guanina è molto reattivo e il platino forma legami crociati tra guanine adiacenti sullo stesso filamento di DNA; si formano rapidamente anche legami crociati guanina-adenina. I complessi del DNA con Cisplatino inibiscono la replicazione e la trascrizione del DNA e portano a rotture e errori di codifica. La specificità del Cisplatino rispetto alle varie fasi del ciclo cellulare sembra essere diversa a seconda del tipo di cellula, sebbene gli effetti dovuti alla formazione dei legami crociati siano più marcati nella fase S. La chemioterapia combinata con Cisplatino, Bleomicina, Etoposide e Vinblastina, è utilizzata per il carcinoma del testicolo; nel carcinoma dell’ovaio è impiegato con Paclitaxel e Ciclofosfamide, viene inoltre utilizzato nel carcinoma della vescica, della testa e del collo dell’utero, nel carcinoma endometriale, nel carcinoma polmonare a cellule piccole e in alcune neoplasie dell’infanzia.
L’ototossicità non varia con la diuresi e si manifesta con tinnito e perdita dell’udito nell’intervallo delle alte frequenze e può essere più grave nei bambini; nausea e vomito compaiono in quasi tutti i pazienti; dopo cicli ripetuti compare neuropatia periferica, che può peggiorere dopo l’interruzione della terapia. Disturbi elettrici comprese ipomagnesemia, ipocalcemia, ipokaliemia e ipofosfatemia sono comuni; sono state osservate iperuricemia, convulsioni, anemia emolitica e anomalie cardiache, reazioni anafilattiche, caratterizzate da edema facciale, broncocostrizione, tachicardia e ipotensione, che possono presentarsi entro pochi minuti dalla somministrazione. Per gli effetti della formazione di legami crociati il Cisplatino è mutageno, teratogeno e cancerogeno.
Il meccanismo di azione e lo spettro di attività clinica sono simili al Cisplatino, ma questo è meno reattivo del Cisplatino e non si lega alle proteine plasmatiche in modo significativo; la formula di struttura è sotto riportata.
Il Carboplatino viene impiegato, come alternativa al Cisplatino, in pazienti con insufficienza renale, nausea refrattaria, problemi uditivi gravi o neuropatia; la sua dose di impiego deve essere modificata in proporzione alla riduzione della clerance della creatina in pazienti con valori inferiori a 60 mg/ml.
Nausea, neurotossicità, ototossicità e nefrotossicità sono meno frequenti che con il Cisplatino; la principale tossicità dose-limitante è la mieolosoppressione, che si manifesta con trombocitopenia.
Proteine coinvolte nei meccanismi di trasduzione del segnale
Le proteine ras sono state identificate per la prima volta come prodotti di oncogeni virali; in alcuni tumori (quali ad esempio i carcinomi del colon, del pancreas e della tiroide) l’incidenza di mutazioini del gene ras è molto elevata; la mutazione del gene ras rappresenta la seconda più frequente anomalia di oncogeni dominanti riscontrata del tumori umani.Le proteine ras sono localizzate sul versante citoplasmatico della membrana plasmatica e passano continuamente da uno stato attivo, che trasmette il segnale, ad uno stato inattivo; nello stato inattivo le proteine ras legano il guanosin difosfato (GDP), quando le cellule vengono stimolate dai fattori di crescita o da altre interazioni ligando-recettore, il ras viene attivato scambiando GDP con GTP e il ras attivato innesca a sua volta la cascata delle MAP (Mitosis Activating Protein) chinasi reclutando la proteina citosolica raf-1; le MAP-chinasi così attivate agiscono su specifici fattori di trascrizioni nucleari e, pertanto, promuovono la proliferazione.
Il ciclo rodinato della proteina ras dipende da due reazioni:
La rimozione del GDP e la sua sostituzione con GTP durante il processo di attivazione del ras sono catalizzati da una famiglia di proteine che inducono il rilascio di nucleotidi guanilinici; tali proteine vengono reclutate sul versante citoplasmatico della forma attiva dei recettori dei fattori di crescita mediante proteine adattatrici. Queste proteine sono molto diffuse e si legano al ras attivo aumenatndone più di 1.000 volte l’attività GTPasica; questo processo produce la rapida idrolisi del GTP a GDP e interrompe il processo di trasduzione del segnale. La risposta a questa funzione frenante delle GAP sembra mancare quando il gene ras è effetto da mutazioni; le proteine ras mutate si legano alle GAP, ma la loro attività GTPasica non è aumentata, le proteine mutate rimangono quindi imprigionate nel loro stato eccitato, legate al GTP e provocano una patologica attivazione del segnale mitogeno. Nella leucemia mieloide cronica e in alcune forme di leucemia linfoblastica acuta l’attività tirosi-chinasica del prot-oncogen c-abl viene atitvata in seguito alla traslocazione del gene c-abl dal cromosoma 9 dove è normalmente localizzato, al cromosoma 22, dove si fonde con una parte del gene bcr (break-point cluster region); il gene ibrido che deriva da questa fusione ha una potente attività tirosin-chinasica. Vi sono dati che provocano che il gene abl non sia coinvolto solo nei meccanismi che regolano la proliferazione, ma anche in quelli che regolano la morte cellulare.
Vedi figura sotto riportata.
Modello di attivazione del gene ras. Quando una cellula normale è stimolata dalla attivazione di un recettore per un fattore di crescita, la forma inattiva ( legata al GDP) del ras viene attivata, passando ad uno stato a cui si lega al GTP. Il ras attivato recluta raf-1 e stimola la via della MAPchinasi, che trasmettono il segnale al nucleo. La proteina mutata rimane permanentemente in uno stato attivo in quanto non è in grado di idrolizzare il GTP; conseguentemente la cellula viene continuamente stimolata anche in assenza di segnali esterni. L’ancoraggio del ras alla membrana cellulare mediante la catena farnesilica è necessario per la sua azione.
Il destino finale di tutte le vie di trasduzione del segnale è quello di entrare nel nucleo e di regolare la trascrizione di un gran numero di geni che controllano la normale progressione della cellula attraverso le diverse fasi del ciclo cellulare; questo processo è regolato da una famiglia di geni i cui prodotti si localizzano alivello del nucleo, dove a loro volta controllano la trascrizione dei geni che ragolano la proliferazione. Un intero gruppo di oncoproteine, fra cui i prodotti degli oncogeni myc, myb, june e fos si localizzano nel nucleo; tra questi il gene myc è quello più comunemente coinvolto nella genesi dei tumori umani. Gli effettivi meccanismi di controllo della proteina c-myc sulla replicazione cellulare non sono ancora completamente chiariti; è stato però dimostrato che, sia prima che dopo il trasporto nel nucleo, la proteina c-myc forma un eterodimero con un’altra proteina chiamata max e l’eterodimero myc-max è un potente attivatore trascrizionale che si lega a specifiche sequenze di DNA. Un altro membro di questa super famiglia di regolatori trascrizionali, mad, può legarsi a max e formare un dimero; l’eterodimero mad-max agisce come repressore della trascrizione e sembra che il livello di attivazione trascrizionale di c-myc sia regolato non solo dai livelli dalla proteina c-myc ma anche dalla quantità e disponibilità delle proteine max e mad.
Mentre l’espressione c-myc è perfettamente regolata durante la normale proliferazione cellulare, le versioni trasformanti di myc sono associate ad una persistente espressione e, talvolta, ad una iperespressione della proteina myc; questo porta ad una aumentata trascrizione di geni critici e alla possibile trasformazione neoplastica. Una alterata regolazione di c-myc conseguente a traslocazione è quella che si verifica nel linfoma di Burkitt, un tumore delle cellule B; inoltre c-myc è implicato nei cacinomi della mammella, del colon, del polmone e in molti altri, mentre i geni N-myc e L-myc (correlati a c-myc) sono amplificati nei neuroblastomi e nel carcinoma del polmone a piccole cellule.
Per comprendere le alterazioni del ciclo cellulare che portano al cancro è essenziale ricordare le normali funzioni di queste proteine ed i meccanismi che le regolano; le chinasi-ciclina dipendneti guidano il ciclo cellulare fosforilando specifiche proteine bersaglio che sono indipsensabili per la progressione della cellula nelle diverse fasi. Vedi figura sotto riportata.
Schema che illustra il ruolo delle cicline e delle chinasi ciclina-dipendenti (CDK) nella regolazione del ciclo cellulare. Nell’esempio riportata, la CDK viene espressa costitutivamente in una forma inattiva e viene attivata solo dopo essersi legata alla ciclia D, sintetrizzata nella fase G1; la forma attivata della CDK consente alla cellula di attraversare il punto di controllo che si interpone tra la fase G1 e la fase S mediante la fosforilazione della proteina del retinoblastoma (pRb). Appena la cellula entra nella fase S, la ciclina D viene degradata, riportando la CDK in uno stato inattivo.
Queste chinasi sono espresse costitutivamente durante tutto il cuclo cellulare in una forma inattiva e vengono attivate mediante fosforilazione dopo essersi legate ad un’altra famiglia di proteine chiamate cicline; a differenza delle CDK le cicline vengono sintetizzate durante specifiche fasi del ciclo cellulare e la loro funzione è quella di attivare le CDK.
Sebbene ogni fase del ciclo cellulare venga attentamente controllata, il passaggio dalla fase G1 alla fase S rappresenta un punto di controllo estremamente importante, in quanto, una volta che una cellula ha oltrepassato questa barriera, è autorizzata a procedere verso la fase S. Quando una cellula riceve segnali che ne promuovono la crescita, durante la fase G1 precoce si ha la sintesi delle cicline di tipo D, che si legano alla CDK4 e CDK6; in una fase più avanzata dela G1 si ha poi la sintesi della ciclina E che a sua volta si lega alla CDK2; vedi figura sotto riportata.
Lo schema illustra il ruolo delle cicline, delle CDK e degli inibitori delle chinasi ciclina- dipendenti (CDK) nella regolazione del ciclo cellulare. La freccia sfumata identifica la fase del ciclo cellulare durante la quale sono attivi specifici complessi ciclina/CDK. I complessi ciclina D/CDK4, ciclina D/CDK6 e ciclina E/CDK2 regolano la transizione G1 → S fosforilando la proteina del retinoblastoma (pRb). I complessi ciclina A/CDK2 e ciclina A/CDK1 sono attivi nella fase S; il complesso ciclina B/CDK1 è fondamentale per la tansizione G2 →M. Esistono due famiglia di inbitori delle CDK: una famiglia è costituita dai cosiddetti inbitori INK4 ed è composta dalla proteina p15, p16, p18, p19 che agiscono sui complessi ciclina D/CDK4 e ciclina D/CDK6; l’altra famiglia di inibitori è costituita dalle tre proteine p21, p27, p57, che sono invece in grado di inibire tutte le CDK
Si distinguono due tipi di modificazioni:
1. modificazioni della struttura del gene che provocano la sintesi di un prodotto genico anomalo (oncoprpteina) con funzione aberrante.
2. modifcazioni della regolazione dell’espressione genica che provocano una aumentata o inadeguata produzione della proteina, strutturalmente normale, che stimola la crescita cellulare.
Mutazioni puntiformi dei codoni 12, 13 e 61 dei geni N-ras, H-ras e K-ras causano sostituzioni amminoacidiche nelle proteine ras; le stesse così mutate attivano costitutivamente la trasduzione del segnale mediata da queste molecole. Mutazioni dei geni ras sono un evento molto diffuso in svariatissimi tumori umani: nei tumori solidi, possono considerarsi praticamente ubiquitarie, mentre nell’ambito delle neoplasie ematologiche esse sono ristrette alle leucemie linfoidi e mieloide acuta e al mieloma multiplo. Nella figura sotto riportata è espressa la rappresentazione schematica dei principali meccanismi di lesione genetica dei proto-oncogeni e dei geni oncosopressori.
Al centro della figura è esemplificato un gene normale, costituito dalla sequenza codificante (cioè gli esoni, rappresentata dal rettangolo bianco) e da sequenze regolatorie (SR), in posizioe 5’ rispetto alla sequenza codificante. Nel caso dell’amplificazione, il gene intero viene moltiplicato in un alto numero di coppie, spesso 50-100 nei tumori umani. Nel caso delle mutazioni puntiformi, un singolo nucleotide della sequenza codificante (indicato in figura con una M) viene sotituito da un altro nucleotide e questa sostituzione nucleotidica conporta una sostituzione aminoacidica a livello della proteina codificata dal gene. Nel caso della delezione, un tratto di genoma di dimensioni variabili viene perso dal corredo cromosomico della cellula; in figura la delezione è limitata alla sequenza codificante del gene. Nel caso della traslocazione, due geni, in condizioni normali
situati su cromosomi diversi, vengono giustapposti; nel caso in figura, i due geni implicati nella traslocazione e derivati da cromosomi diversi sono rappresentati da due rettangoli di diverso colore (uno bianco ed uno grigio). Le traslocazioni dei tumori umani comportono due effetti principali: in un primo caso, la traslocazione può sostituire le normali sequenze regolatorie del gene con quelle del gene cui viene giustapposto; nel secondo caso, i due geni coinvolti nella traslocazione possono forndersi in un unico gene ibrido, che darà luogo ad un trascritto di fusione.
Sebbene le mutazioni del ras siano molto comuni, la loro presenza non è essenziale per il processo di cancerogenesi; il processo di cancerogenesi può avvenire attraverso diverse vie e, tra esse, quelle della mutazione del ras e certamente una delle più seguite.
Le due forme di riarrangiamento cromosomico che possono attivare proto-oncogeni sono così ripartite:
1. nei tumori linfatici, traslocazioni specifiche producono la iperespressione di proto-oncogeni mettendoli sotto il controllo degli elementi regolatori dei loci delle immunoglobuline e del recettore del linfocita T.
2. in molti tumori emopoietici le trasclocazione fanno si che sequenze normalmente non legate tra loro e localizztae su cromosomi diversi si ricombinino e formino geni ibridi che codifcano per le poteine chimeriche capaci di promuovere la crescita cellulare.
Il miglior esempio di iperespressione di un proto-oncogene indotta da una traslocazione è rappresentato dal linfoma di Burkitt; tutti questi linfomi sono caratterizzati dalla presenza di almenao una di tre possibili traslocazioni, tutte interessanti il cromosoma 8q24 (dove è stato mappato il gene myc) ed uno dei tre cromosomi in cui sono localizzati i geni delle immunoglobuline. Nel linfoma di Burkitt la forma più comune di traslocazione è quella in cui un segmento del cromosoma 8 contenente c-myc viene trasfrito sul cromosoma 14, banda 32; questa traslocazione porta c-myc vicino al gene che codifica per la catena pesante delle immunoglobuline (IGH). I meccanismi molecolari di attivazione di c-myc in seguito alla traslocazione sono variabili, in tutti i casi, comunque, le sequenze codificanti del gene rimangono intatte ed il gen c-myc viene espresso costitutivamente ad alti livelli. Il cromosoma Philadelphia, caratteristico della leucemia mieloide, cronica e di un gruppo di leucemie linfoblastiche acute, rappresenta un classico esempio di un concogene che deriva dalla fusione di due geni originariamente separati. In questo caso, infatti, una traslocazione reciproca fra cromosomi 9 e 22 porta alla porzione troncata del proto-oncogene c-abl (che origina dal cromosoma 9) vicino al locus bcr sul cromosoma 22; il gene ibrido c-abl-bcr codifica per una proteina chimerica che ha attività tirosin-chinasica; vedi figure sotto riportate.
Traslocazioni cromosomiche e oncogeni coinvolti nel linfoma di Burkitt e nella leucemia mieloide cronica.
La funzione fisiologica di questi geni è quella di regolare la crescita cellulare e la perdita di questi geni è un evento chiave in molti, se non in tutti, i tumori umani; i geni oncosopressori più significativi che controllano il ciclo cellulare e la trascrizione nucleare e che regolano pertanto la divisione cellulare.
La proteina Rb prodotta dal gene Rb è una fosfoproteina nucleare che svolge un ruolo fondamentale nella regolazione del ciclo cellulare; nel suo stato attivo p-Rb costituisce un freno al passaggio dalla fase G1 alla fese S del ciclo cellulare. Quando le cellule sono stimolate a dividersi, la proteina Rb viene inattivata mediante fosforilazione (pRb-P), il freno è rimosso e la cellula può passare il punto di controllo interposto fra la fase G1 e la fase S; una volta entrata in fase S, la cellula è in grado di completare il ciclo mitotico anche in assenza di ulteriori fattori di crescita. Le cellule quiescenti (nella fase G0 o G1 precoce) presentano la forma attiva, cioè ipofosforilata di pRb; in questo stato, pRb inibisce la regolazione cellulare legando e quindi sequestrando, i fattori di trascrizione che appartengono alla famiglia E2F. Quando le cellule quiescenti vengono stimolate da fattori di crescita, la concentrazione di cicline D ed E si innalza e la conseguente attivazione dei complessi ciclina D/CDK4, D/CDK6 e E/CDK2 portano alla fosforilazione di pRb; la forma ipoerfosforilata di pRb rilascia i fattori di trascrizione E2F, i quali formano degli eterodimeri con la famiglia di proteine DP ed attivano la trascrizione di diversi geni bersaglio. I dati più recenti sulla biochimica di queste attività suggeriscono che il complesso pRb-E2F si leghi attivamente al DNA e inibisca la trascrizione dei geni che controllano la fase S; risulta chiaro che lo stato di fosforilazione di pRb rappresenta un elemento critico per la progressione del ciclo cellulare. Se la proteina Rb è assente (causa una delezione del gene che la codifica) o se la sua capacità di regolare i fattori di trascrizione della famiglia E2F è alterata da mutazioni, i freni che agiscono sul ciclo cellulare vengono rilasciati e la cellula progredisce verso la fase S. Le osservazioni che emergono da quanto descritto sono: la perdita del controllo della normale proliferazione cellulare è un evento centrale del processo di trasformazione maligna e che almeno uno dei quattro elementi regolatori del ciclo cellulare (p16, ciclina D, CDK4, Rb) risulta mutato nella grande maggioranza delle neoplasie maligne umane. Vedi figura sotto riportata.
Ruolo di pRb nella regolazione della trascrizione G1 → S del ciclo cellulare. La forma ipofosforilata di pRb complessata ai fattori di trascrizione E2F si lega la DNA ed inibisce la trascrizione dei genei i cui prodotti sono necessari alla fase S del ciclo cellulare. Quando pRb viene forsforilata dai complessi ciclina D/CDK4, D/CDK6 e E/CDK2, rilascia i fattori E2F che attivano la trascrizione dei geni che regolano la fase S. La fosforilazione della di pRb è inibita dagli inibitori della CDK in quanto essi inattivano i complessi ciclina/CDK. Virtualmente tutte le cellule neoplastiche presentano una deregolazione del punto di controllo interposto tra la fase G1 e la fase S dovuta alle mutazioni di uno dei 4 geni che regolano la fosforilazione di pRb; questi geni (Rb, CDK4, ciclina D e p16) sono indicati da un asterisco.
Le azioni relative alla proteine E2F richiede, par la sua ttività, la funzione del gene p53; questi è localizzato sul cromosoma 17 (banda p13.1), e rappresenta la seconda sede più frequente di alterazioini geniche nei tumori umani. La perdita omozigote del gene p53 si riscontra virtualmente in tutti i tipi di neoplasie, compresi i carcinomi del polmone, del colon, della mammella, che rappresentano i tre casi di morte più frequenti nelle neoplasie. La proteina p53 è localizzata nel nucleo, e quando entra in azione la sua funzione primaria è rappresentata dal controllo di trascrizione di diversi altri geni; probabilmente per l’azione proteolitica del sistema mediato dalla ubiquitina, la sua emivita è breve (20 minuti), pertanto a differenza di pRb, non sorveglia il ciclo cellulare. La proteina p53 entra in gioco come freno di emergenza quando il DNA è danneggiato da radiazioni ionizzanti, luce ultravioletta o sostanze chimiche mutagene; in risposta a questi attacchi al patrimonio genetico della cellula, il prodotto del gemne p53 si lega al DNA e stimola la trascrizione di alcuni geni che mediano due funzioni fondamentali: l’arresto del ciclo cellulare e la apoptosi. L’arresto del ciclo cellulare avviene nella fase G1 tardiva ed è causato dalla trascrizione, mediata da p53 e dell’inibitore delle CDK p21 inibendo in questo modo la fosforilazione di pRb necessaria alla progressione della cellula nella fase S. P53 interviene direttamente in questo processo inducendo la trascrizione di GADD45 (Growth Arrest and DNA Damage), una proteina coinvolta nei processi di riparazione del DNA; se il danno viene riparato con successo, p53 attiva un gene chiamato mdm2, il cui prodotto si lega a sua volta a p53 e lo inattiva, sbloccando in questo modo il ciclo cellulare.
Se invece il danno al DNA non può essere riparato in maniera soddisfacente, la p53 induce i geni dell’apoptosi: i geni bax e IGF-BP3 che stanno sotto il controllo di p53 e che eseguono l’ordine di morte che parte da esso. Riassumendo, p53 è in grado di riconoscere il danno al DNA e di contribuire alla sua riparazione bloccando le cellule in G1 ed attivando geni specifici; una cellula che abbia subito un danno al DNA che non può essere riparata è indirizzata da p53 all’apoptosi. Tenendo conto di queste sue funzioni, nel caso in cui si abbia una perdita omozigote di p53, il danno al DNA non viene riparato e le mutazioni permangono nelle cellule che, continuando a dividersi, iniziano un percorso destinato alla trasformazione maligna. Vedi figura.
Ruolo di p53 nel mentenimento dell’intergrità del genoma.
Recentemente è stata identificata una grande famiglia che regolano l’apoptosi; il primo gene antipaptotico identificato, il bcl2, appartiene ad una grande famiglia di proteine che formano omodimeri ed eterodimeri, alcuni dei quali inibiscono l’apoptosi (come lo stesso bcl-2 e bcl-xS) mentre altri ( come bax, bad e bcl-xS) favoriscono la morte cellulare programmata. La base biochimica dell’azione di bcl-2, che portano all’attivazione di enzimi proteolitici (caspasi), responsabili della morte cellulare, non sono ancora ben note, ma sulla bse delle conoscenze attuali, questi meccanismi possono essere così riassunti:
Regolazione della morte cellulare da parte di bcl-2, bax e p53. I dimeri di bcl-2 favoriscono lk’accumulo delle cellule inibendo l’apoptosi, mentre i dimeri di bax la favoriscono. La capacità del gene p53 di indurre l’apoptosi è mediata in parte dall’amentata sintesi della proteina bax.
Il ciclo cellulare e la regolazione della divisione cellulare
Questi eventi sono controllati da due tipi di meccanismi molecolari:
1. una cascata di fosforilazione proteica che coinvolge un gruppo di proteine chiamate cicline.
2. un insieme di punti di controllo che verificano la completezza degli eventi molecolari precedenti e, se necessario, ritardano la progressione alla fase successiva del ciclo cellulare.
Le cicline svolgono le loro funzioni formando complessi con un gruppo di chinasi, espresse costitutivamente, chiamti chinasi ciclina-dipendenti (cyclin-dependent kinases, CDK); ognuna delle transazioni tra le fasi del ciclo cellulare è associata alla presenza di diverse combinazioni di cicline e di CDK.
Il ruolo del complesso ciclina B/CDK1, che controlla la trascrizione tra la fase G2 e la fase M, è analizzato nella figura sotto riportata.
Nell’esempio è illustrata la regolazione delle chinasi CDK1 da parte della ciclina B; il legame, all’inizio della fase G2 della ciclina B è neosintetizzata con la chinasi CDK1 in forma inattiva, crea un complesso che può essere attivato per fosforilazione. Questo complesso chinasico attivo fosforila poi diverse proteine importanti per regolare la trascrizione dalla fase G2 alla fase M. Dopo la mitosi, la ciclina B si dissocia dal complesso e va incontro a degradazione, lasciando CSK1 in forma inattiva. Questa chinasi può rientrare nel ciclo alla successiva fase G2 .
Quando la cellula entra nella fase G2 viene sintetizzata la ciclina B che si lega alla CDK1, presente costitutivamente.
Il complesso viene attivato per fosforilazione, dopo di che fosforila a sua volta diverse proteine coinvolte nella mitosi, nella replicazione del DNA, nella depolarizzazione della membrana nucleare e nella formazione del fuso mitotico e dopo la divisione mitotica, le cicline (in questo caso la B) vengono degradate dal sistema ubiquitina-proteosoma. In questo sistema le proteine vengono prima coniugate a un piccolo cofattore proteico, l’ubiquitina, successivamente la proteina modificata è riconosciuta in modo specifico e demolita all’interno del proteosoma. L’attività dei complessi ciclina/CDK, è regolata da inibitori della CDK, come p21 e p27, da altre chinasi e fosfatasi; gli inibitori controllano il ciclo cellulare bilanciando l’attività delle CDK e l’interruzione di questi segnali contrastanti contribuisce a determinare se una cellula progredirà nel ciclo cellulare.
Variazioni a livello di questi inibitori, quali possono verificarsi in alcuni tumori e forse in cellule senescenti possono alterare la normale progressione del ciclo cellulare (Vedi figura sotto riportata).
Regolazione delle chinasi ciclina-dipendenti. Sono elencati alcuni degli inibitori
Alcuni fattori di crescita agiscono su diversi tipi cellulari, mentre altri agiscono su un numero di tipi cellulari relativamente ristretto; in questa sede vengono presi in considerazione quelli che hanno uno spettro di azione piuttosto ampio e sembrano essere coinvolti in processi patologici generali.
1. EGF/TGF-α: l’EGF si lega ad un recettore (c-erb B1) dotato di attività tirosin- chinasica; è molto diffuso nelle secrezioni e nei fluidi, come il sudore, la saliva, l’urina e il contenuto intestinale. Il TGF-α fu inizialmente isolato da cellule trasformate con virus nei sarcomi e fu ritenuto coinvolto nella trasformazione di cellule normali in cellule neoplastiche; presenta ampie omologie con l’EGF, si lega allo stesso recettore e ne riproduce la maggior parte degli effetti biologici.
2. PDGF: la famiglia del PDGF comprende diversi dimeri costituiti da due catene denominate A e B; tutte e tre le isoforme del PDGF (AA, AB e BB) vengono secrete e sono biologicamente attive. Queste molecole esercitano i loro effetti legandosi a due recettori di superficie, definiti α e β, dotati di specificità di legame diverse. Può anche essere prodotto da svariati tipi cellulari, tra cui i macrofagi attivati, le cellule endoteliali, le cellule muscolari lisce e molti tipi di cellule tumorali.
3. FGF: si tratta di una famiglia di fattori di crescita, i cui membri meglio caratterizzati sono il FGF acido (aFGF o FGF-1)e il FGF basico (bFGF o FGF 2); un notevole numero di funzioni è stato attribuito ai FGF e in particolare è stato loro attribuito un ruolo nei segenti processi:
4. fattori di crescita dell’endotelio vascolare (VEGF); costituiscono una famiglia i cui componenti sono designati come VEGF, VEGF-B, VEGF-C e fattori di crescita placentare (PIGF); queste molecole promuovono la formazione di vasi sanguigninelle fasi precoci dello sviluppo (vasculogenesi) e hanno un ruolo centrale nella crescita di nuovi vasi (angiogenesi) e l’angiogenesi nei tumori che saranno trattati più avanti.
5. TGF-β e fattori di crescita correlati; appartiene ad una famiglia di polipeptidi omologhi che comprendono tre isoforme principali (TGF-β-1; TGF-β-2, TGF-β-3) e altri fattori dotati di una gamma molto ampia di funzioni tra i quali le proteine morfogentiche dell’osso, le attivine, le inibine, e la sostanza inibitrice del dotto di Müller; a basse concentrazioni, esso induce la sintesi e la secrezione del PDGF ed è quindi, indirettamente, mitogenico. Ad alte concentrazioni, agisce da inibitore della crescita in conseguenza della sua capacità di inibire l’epressione dei recettori pr il PDGF.
6. citochine; sebbene le citochine abbiano funzioni importanti quali mediatori dell’infiammazione e delle risposte immunitarie, queste proteine possono essere inserite nel grande gruppo funzionale dei fattori di crescita polipeptidici, poiché molte di esse hanno attività stimolante la crescita su svariati tipi cellulari.
L’altra faccia del controllo della crescita cellulare è rappresentata dall’inibizione della crescita; i meccanismi molecolari che regolano l’inibizione della crescita sono simili a quelli che la promuovono e a questi si intersecano.
Tutti i tumori benigni o maligni, sono costituiti da due componenti principali:
1. le cellule neoplastiche proliferanti, che costituiscono il parenchima.
2. lo stroma di supporto, cosatituito da tessuto connettivo e da vasi sanguiferi.
Sebbene le cellule paranchimali costituiscano la componente proliferante del tumore e ne determinino pertanto la natura, la crescita e l’evoluzione delle neoplsie dipendono in maniere critica dal loro strroma; un adeguato rapporto di sangue rappresenta un requisito indispensabile per la crescita neoplastica e il tessuto connettivo stromale costituisce l’impalcatura che sostiene le cellule del parenchima. La tabella seguente illustra le tipologie delle più comuni forme di neoplasia.
Quasi tutti i tumori benigni si accrescano come masse coese che si espandono e che rimangono localizzate nel sito di origine e non hanno la capacità di infiltrare, invadere o metastatizzare siti anche distanti da quello di origine. La crescita delle neoplasie maligne, invece, si accompagna ad una progressiva infiltrazione, invasione e distruzione del tessuto circostante; in generale queste neoplasie non sono ben separate dal tessuto normale circostante e sono prive di un piano di clivaggio ben definito (vedi figure sotto riportate).
Figura di sinistra: Immagine microscopica del carcinoma della mammella riportato nella figura di destra che mostra l’invasione dello stroma e del grasso della mammella da parte di nid ecordoni di cellule tumorali; si noti l’assenza di una capsula ben definita.
Figura di destra: Superficie di taglio di un carcinoma duttale invasivo della mammella; la lesione è retratta, infiltra il tessuto mammario circostante e risulterebbe di consistenza particolarmente dura alla palpazione.
La disseminazione delle neoplasie maligne può avvenire attraverso una della seguenti tre vie:
1. impianto diretto in cavità e superfici dell’organismo. 2. disseminazione per via linfatica.
3. disseminazione per via ematica.
Questa modalità di diffusione è caratteristica dei carcinomi dell’ovaio, che non di rado si impiantono su tutta la superficie peritoneale ricoprendola con uno spesso strato di cellule tumorali; talvolta carcinomi ovarici e dall’appendice secernenti mucina riempiono la cavità peritoneale con una massa neoplastica gelatinosa che viene definita pseudomixoma del peritoneo.
La disseminazione delle metastasi ai linfonodi segue le vie naturali del drenaggio linfatico; i carcinomi della mammella, che solitamente insorgono nel quadrante supero-esterno, metastizzano in prima istanza nei linfonodi ascellari; quelle che insorgono nel quadrante sueèpro-interno possono essere drenate attaverso i vasi linfatici ai linfonodi toracici situati lungo l’arteria mammaria interna e, in un secondo tempo, possono essere coinvolti i linfonodi infraclaveari e sopraclaveari.
Tuttavia, i linfonodi locali possono essere scavalcati (“metastasi a salto”) per la presenza di anastomosi linfatico-venose o per una ostruzione dei vasi linfatici conseguente a processi infiammatori o ad alterazioni indotte da radiazioni.
La disseminazione per via ematica è tipica dei sarcomi, ma può essere eseguita anche dai carcinomi; i carcinomi renali spesso invadono i rami della vena renale e quindi il tronco principale della vena renale stessa, crescendo come un serpente fino alla vena cava inferiore, dalla quale talvolta raggiungono la parte destra del cuore.
Prima di entrare nel dettaglio delle basi genetiche del cancro elenchiamo alcuni principi fondamentali.
Si possono definire gli oncogeni e le oncoproteine come versioni alterate delle loro controparti; essi vengono raggruppati in base al loro ruolo nei processi di trasduzione del segnale di regolazione e secondo la tabella sotto riportata.
Mutazione di geni che codificano per fattori di crescita possono rendere questi geni oncogenetici; in condizioni fisiologiche, il processo di proliferazione cellulare può essere ricondotto alle seguenti fasi:
Il proto-oncogene sis codifica per la catena ß del fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF Plateled-Derived Growth Factor); si è scoperto che molti tumori umani, in particolare astrocitomi e osteosarcomi, producono il PDGF e sembra inoltre che gli stessi tumori siano anche capaci di esprimere i recettori per il PDGF e siano pertanto soggetti ad una stimolazione di tipo autocrino. Altri oncogeni che codificano per fattori di crescita, quali hst-1 e int-2, dei fibroblasti FGF (Fibroblkast Growth Factor), saono stati trovati attivati in diversi tumori della mammella e del tratto gastrointestinale. Va precisato che il solo aumento di produzione di fattori di crescita non è sufficiente per provocare la trasformazione neoplastica; è invece verosimile che la proliferazione cellulare contribuisca a determinare il fenotipo maligno aumentando il rischio di mutazioni spontanee nella popolazione cellulare.
In condizioni normali, l’attività chinasica dei recettori viene attivata in maniera transitoria del legame con lo specifico fattore di crescita ed è seguita immediatamente dalla dimerizzazione del recettore e dalla fosforilazione dei residui di tirosina di diversi substrati che fanno parte della cascata di attivazione mitotica. La versione di questi recettori codificate dagli oncogeni sono invece caratterizzate da un persistente stato di attivazione, anche in assenza del legame con il fattore di crescita: i recettori mutati, pertanto, inviano continui segnali mitogeni alla cellula. Tre membri della famiglia dei recettori per l’EGF sono quelli più comunemente coinvolti in questo processo; il prodotto normale erb-B1, il gene che codifica per il recettore dell’EGF, è iperespresso per più dell’80% dei carcinomi del polmone a cellule squamose e, con minore frequenza, nei carcinomi della vescica urinaria, del tratto gastrointestinale e negli astrocitomi. Il gene erb-B2, che rappresenta il secondo membra della famiglia dei geni che codificano per i recettori dell’EGF, è amplificato in una elevata percentuale di adenomi umani che insorgono nella mammella, nell’ovaio, nel polmone, nello stomaco e nelle ghiandole salivari. Un terzo membro di questa famiglia, il erb-B3, è anch’esso iperespresso nei carcinomi della mammella. Nelle leucemie mieloidi sono state descritte mutazioni puntiformi che attivano fms, il gene che codifica per il recettore del fattore stimolante le colonie 1 (SSF-1 Colony Stimulating Factor-1); in alcune leucemie mielomonocitiche croniche con traslocazione t(12;9) l’intero dominio citoplasmatico del recettore per il PDGF è fuso con un segmento del fattore di trascrizione della famiglia ETS, causando una permanente dimerizzazione del recettore per il PDGF. Il proto oncogene ret, è un recettore per il fattore neurotropo derivato dalla line cellulare gliare e viene normalmente espresso dalle cellule eneuroendocrine quali le cellule parafollicolari della tiroide, le cellule della midollare del surrene e i precursori delle paratiroidi. Nella MEN di tipo 2°, mutazioni puntiformi deldominio extracellulare producono la dimerizzazione e l’attivazione del recettore; mentre nella MEN di tipo 2B il recettore è attivato da mutazioni puntiformi del dominio catalitico citoplasmatico. In questi tumori il dominio tirosi-chinasico del gene ret è giustapposto ad uno di quattro diversi geni partner; il gene di fusione che ne deriva codifica per una proteina ibrida nella quale il dominio tirosin-chinasico è attivato costituzionalmente e, pertanto, la cellula è portata a credere che il recettore ret sia continuamente attivato dal suo specifico ligando.
Le interazioni fra organismi viventi e ambiente terrestre sono molto complesse: ciascun organismo infatti scambia con l’ambiente energia e materia in vario modo,
secondo i momenti della sua esistenza ed inoltre, al suo interno, avvengono continuamente trasformazioni di energia. Tutte queste trasformazioni interne di
energia all’organismo mettono sempre capo alla cessione di energia all’ambiente (in forma di lavoro, di energia chimica contenuta in sostanze cedute); è allora evidente che ogni organismo, per compensare le proprie perdite e mantenere in pareggio il proprio bilancio energetico, deve continuamente assumere energia dall’ambiente.
Nel corso delle trasformazioni che accompagnano i processi vitali, l’entropia nell’organismo (Sorg ) può diminuire se aumenta il suo ordine interno o aumentare se
l’ordine interno diminuisce; a queste variazioni di entropia corrisponderanno variazioni in senso opposto all’energia libera interna dell’organismo, si avrà allora che:
Prima che le cellule possano utilizzarli, le proteine, i lipidi, e i polisaccaridi che costituiscono la maggior parte dei nostri alimenti, devono essere demoliti in molecole
più piccole; si può ammettere che la demolizione enzimatica o catabolismo di queste molecole proceda in due tempi:
Occorre precisare che molte malattie degenerative sono in aumento in questa nostra epoca a caua delle alterazioni dell’ambiente, all’utilizzo dei cibi transgenici in quanto apportatori di enzimi non in linea all’omeostasi umana, ai molti prodotti di sintesi usati in agricoltura e zootecnia e, non ultima, alla modalità di uccisione degli animali di allevamente, che apportano alla carne quantità enormi di adrenalina, all’inquinamento di aria, acqua e suolo.
È doveroso precisare che l’assunzione di cibi alterati, transgenici e non biologici, rappresenta un pericolo latente per la fisiologia cellulare, in quanto i cibi sono realtà che assumiamo ogni giorno e, come tali, possono dare dei colpi irreversibili alle costituzioni genetiche del nostro organismo cellulare. La sintesi delle proteine avviene in tutte le cellule, sia a partire dagli amminoacidi, che giungono tramite i liquidi organici fino alla membrana cellulare e che poi l’attraversano per trasporto attivo, sia a partire dagli amminoacidi che si liberano all’interno delle cellule per demolizione di proteine presenti o ottenute per sintesi. La farmacologia moderna mira soprattutto alla eliminazione delle conseguenze attraverso una sistematica quanto spesso inutile terapia radiante e chemioterapica, per quanto riguarda i tumori e alcune malattie infettive, e a cure con prodotti di sintesi per altre patologie. Nelle cure dell’AIDS nelle patologie virali e nelle neoplasie, nessun farmaco interviene nelle correzione delle anomalie fisiologiche, tutte le terapie, dalle chirurgiche alle radio-chemioterapiche, si comportano in maniera devastativa, senza eliminare le cause che hanno generato la malattia. Nessuno intende disconoscere il beneficio arrecato dalla scoperta della penicillina e degli antibiotici, molte malattie hanno cessato di esistere dopo questi eventi, ma quando un antibiotico viene usato a sproposito, (come nel caso degli allevamenti per uso alimentare), le conseguenze sono quelle che tutti conosciamo, ivi comprese le dismicrobie intestinali e bronchiali. Oggi si conoscono con una certa precisione i meccanismi di degenerazione cellulare operati dai retrovirus, dai virus a DNA e RNA, è abbastanza noto il meccanismo della riparazione del DNA, delle anomalie di replicazione cellulare, come pure sono note le anomalie ereditarie, l’interazione cromosomica fino ad arrivare ai marcatori di trascrizione implicati in ogni attività fisiologica cellulare.
La definizione più rappresentativa delle neoplasie fu data dall’oncologo britannico Willis che recita così: “una neoplasia è una massa anomala di tessuto la cui crescita eccessiva è scoordinata rispetto a quella del tessuto normale e persiste nella sua eccessività anche dopo la cessazione degli stimoli che l’hanno provocata”. Da qui le attività di enzimi neoplastici. Essa devasta l’ospite in quanto le cellule neoplastiche competono con le cellule dei tessuti normali per l’approvvigionamento energetico e nutritivo; tutte le neoplasie dipendono dall’ospite per il nutrimento ed il supporto vascolare e molte di esse richiedono un supporto ormonale. Tutti i tumori benigni e maligni, sono costituiti da due componenti principali:
Talvolta le cellue parenchimali stimolano la formazione di un abbondante stroma ricco di colagene e tali formazioni sono denominate desmoplasie; la terminologia dei tumori si basa sulla componente parenchimale. Le caratteristiche cellulari, la loro costituzione biochimica e i meccanismi fisiologici e citologici sono largamente descritti nei due trattati di “Biologia molecolare del corpo umano”; in questo Compendio si vogliono riassumere e specificare gli eventi molecolari nella proliferazione cellulare, per poi descrivere le caratteristiche delle neoplasie, le cure farmacologiche e quelle biochimiche.
Ci sono tre schemi generali di trasmissione dei segnali tra cellule: autocrina, paracrina e endocrina; la differenza sta nella distanza in cui agisce il segnale, inoltre alcune proteine di membrana, presenti sulla superficie di una cellula, possono interagire direttamente con recettori situati su una cellula adiacente.
(Vedi figura)
La proliferazione cellulare è innescata dal legame di una molecola con funzione di messaggero, per lo più un fattore di crescita, ad un recettore specifico. Le proteine con funzione recettoriale possono essere situate sulla superficie cellulare bersaglio oppure ritrovarsi nel citoplasma o nel nucleo; ogni proteina recettoriale possiede una specificità di legame per particolari ligandi, il complesso recettore-ligando che ne risulta dà origine ad una risposta cellulare specifica. Vi sono tra classi di recettori di membrana importanti per la crescita cellulare.
Sono costituiti da un dominio extracellulare per legare il ligando, da una sola regione transmembrana e da un dominio citosolico che può avere attività chinasica sulla tirosina o, meno frequentemente, su serina/treonina; molti di questi fattori di crescita sono proteine dimeriche che, contenendo due regioni capaci di legare i recettori, possono indurre la dimerizzazione stabile legando simultaneamente due molecole.
La dimerizzazione è seguita dall’autofosforilazione dei recettori, un processo in cui una molecola di recettore fosforila l’altra ad essa unita nel dimero; la fosforilazione del recettore crea siti di legame per una serie di proteine citosoliche dotate di domini SH2 che sono reclutate dai residui tirosinici fosforilati dei recettori, queste proteine citosoliche comprendono:
Collettivamente, questi quattro sistemi producono una cascata di risposte che induce, in ultima analisi, la cellula ad entrare nella fase S del ciclo cellulare; alcune di queste vie producono anche segnali che stimolano risposte deverse dalla proliferazione cellulare.
Sono costituiti da un dominio extracellulare di legame, da una sola regione transmembrana e da un dominio citosolico che si associa direttamente con una o più tirosinchinasi citosoliche, determinandone l’attivazione; a loro volta queste tirosinchinasi fosforilano il recettore.
Contengono sette anse che attraversano la membrana plasmatica; sebbene qusta classe di recettori non sia strattamente associata al controllo della crescita cellulare, è tuttavia associata a svariate importanti fuzioni come, ad esempio, i recettori per gli ormoni epinefrina e glucagone. Il legame con il ligando attiva una proteina G trasduttrice del segnale che, a sua volta, attiva un sistema che produce secondi messaggeri intracellulari.
La trasduzione del segnale è un processo in cui i segnali extracellulari sono rilevati e trasformati in segnali intracellulari che, a loro volta, producono risposte cellulari specifiche. I sistemi di tasduzione dei segnali sono tipicamente organizzati come reti di protein-chinasi che agiscono in conseguenza; i più importanti, coinvolti nella regolazione della proliferazione cellulare, sono i seguenti: Chinasi attivate dai mitogeni (mitogen-activated protein kinases, MAP kinases); PI-3 chinasi; Inositolo trifosfato (IP3); adenosin monofosfato ciclico (AMPc), sistema JAK/STAT.
(Vedi figura sotto riportata).
Schema semplificato dei principali tipi di recettori di superficie e delle principali vie di trasduzione del segnale.
Il sistema delle MAP-chinasi è particolarmente importante nella trasduzione dei segnali inviati da fattori di crescita; il legame del ligando appropriato ad un recettore tirosin-chinasico provoca l’autofosforolazione del recettore ed il suo legame a proteine adattatrici come GRB2 e SOS.
(Vedi figura sotto riportata)
Meccanismi di trasmissione dei segnali relativi ai recettori tirosin chinasi.Il legame di un fattore di crescita induce la dimerizzazione del recettore e l’autofosforilazione dei residui di tirosina; il legame di proteine adattatrici (come GRB2 e SOS) accoppia il recettore alla proteina ras nella sua forma inattiva. GAP regola il passaggio ciclico di ras dalla forma attiva a quella inattiva; ras nella forma attivasi lega a raf attivandolo a sua volta. Questa chinasi fosforilata, poi MEK, un componente della via della segnalazione della MAP chinasi, che fosforila ERK ( una MAP chinasi); la MAP chinasi attivata fosforila altre proteine citoplasmatiche e altri fattori di trascrizioni nucleari, generando risposte cellulari.Il recettore tirosin chinasico fosforilato può legare anche altri componenti , come la PI-3 chinasi, che attivano vie di trasmissione dei segnali diverse.
Ciò porta all’attivazione della proteina Ras, che fa parte della superfamiglia di proteine ad attività GTP-asica, che passano alternativamente da una foma attiva ad una inattiva; nella sua forma inattiva, Ras lega il guanosin-difosfato (GDP) e dopo essere stata attivata, la proteina Ras rilascia il GDP per legare il GTP. Ciò dà inizio ad una cascata di attivazioni di chinasi localizzate più a valle, che culmina in modificazione dell’espressione genica; l’attivazione di Ras è costrastata da un’altra proteina chiamata GAP (GTPase activating protein) che promuovendo l’idrolasi del GTP riconduce Ras allo stato inattivo (legato al GDP). Forme mutanti di Ras possono legare il GTP ma non idrolizzarlo, pertanto restano permanentemente fissate in uno stato di accensione, associato ad un aumento della proliferazione cellualre, come si osserva in molte forme tumorali umane. Nella forma attivata, Ras lega anche la proteina Raf che lega e fosforila MRK, un membro della famiglia di chinasi chiamate collettivamente MAP- chinasi; questa è localizzata più a valle (ERK) trasloca all’interno del nucleo dove fosforila specifici fattori di trascrizione, come c-jun e c-fos che, a loro volta, attivano l’espressione genica.
Il sistema di tarasmisisone del segnale basato su IP3 può essere accoppiato alle tirosin-chinasi o ai recettrori con sette domini transmembrana che, a loro volta, sono legati alle proteine G; ciò causa l’attivazione di una proteina G (G0 o Gq), che successivamente ativa la fosfolipase C-y;
(vedi figura).
La via di segnalazione degli inositoli-lipidi. Il legame di un ligando ad un recettore transmembrana del tipo con sette domini transmembrana attiva una proteina G che, a sua volta, attiva la fosfolipasi C; questo enzima scinde il fosfatidilinositolo 4,5 difosfato (PIP2) in inositolo 1,4,5 trifosfato (IP3) e 1,2 diacilglicerolo (DAG). DAG ativa la protein chinasi C che fosforila una serie di proteine che modificano funzioni cellulari; IP3 diffonde nel citoplasma, finendo per interagire con i canali di membrana del reticolo endoplasmatico, ciò causa il rilascio di uno ione calcio e l’induzione di risposte cellulari.
La fosfolipasi C-y, a sua volta, scinde il fosfatidilinositolo-4,5-difosfato (PIP2) in inositolo 1,4,5,-trifosfato (IP3) e 1,3 diacilglicerolo (DAG); IP3 diffonde poi nel citoplasma e si associa ai canali del calcio IP3-sensibili, situati nella membrana del reticolo endoplasmatico, causando la fuoriuscita del calcio dai depositi.
Il crescente successo clinico della Terapia Complementare Enzimatica in Oncologia, confermato da importanti ricerche universitarie, rende necessaria una conoscenza di base sulla Biochimica dei tumori: settimanalmente pubblicheremo le sezioni del Compendio omonimo, da me personalmente curato.
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