Biologia MolecularOrigen de Terapia Blanco

Dr. Luis M. Zetina ToacheCancer Consultants GuatemalaOncomedica. Multimedica

BIOLOGIA DE LA CELULA TUMORAL

Dr. Luis Miguel Zetina Toache

Hemato Oncologia Clinica

Cancer Consultants

Oncomedica- Multimedica

De la Biotecnologia Antigua a la Doble Hélice y a la

Medicina Genómica

Nuevas fronteras Terapéuticas en Cancer

Índice de la presentación

1. Incidencia del Cáncer 2. Nuevos descubrimientos y enfoques3. Aun así ¡ Pesimismo ¡4. Historia de la ciencia del DNA5. El Genoma Humano6. Casos Clínicos7. “Hallmarks” del cáncer8. Apoptosis y ciclo celular9. Factores de Crecimiento y Oncogenes10.Angiogenesis11. Caso Clinico12.Conclusiones

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

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

PRINCIPALES CAUSAS DE MORTALIDADPRINCIPALES CAUSAS DE MORTALIDAD

% DEL TOTAL DE MUERTES

US data/Adapted from Cancer Journal for Clinicians, 2002

33.5%

Enf. C

ardi

ovas

cula

r

Accid

ente

s

Enf.

Cereb

rova

scul

ar

Cánce

r

23.5%

6.7%4.3% 4.0% 3.7%

2.2% 1.4% 1.2% 1.2%1.2%Dia

bete

s

ENf,. O

bstru

ctiva

crón

ica p

ulm

onar

Neum

onía

e

Influ

enza

Suicid

ioCirr

osis

hepá

tica

HIV

Homici

dio

FACTORES HEREDITARIOS FACTORES PERSONALES

FACTORES AMBIENTALES ESTILO DE VIDA

RAZONES DEL INCREMENTO EN INCIDENCIA

CONSUMODE ALCOHOL

TABACO

DIETA

VIRUSPARASITOS

EXPOSICIONAL SOL O RADIACION

ANCESTROS

EDAD

COMPORTAMIENTOSEXUAL

SEXO

OCUPACION

ESTADO NUTRICIONALEXPOSICIONA QUIMICOS

REPARACIONDE DAÑO GENETICO

FUERTEPREDISPO-SICIONAL CANCER

RESPUESTAINMUNE AINFECCION

ABSORCIONCARCINOGENOS

EMBARAZO

STATUSSOCIO ECONOMICO

PESO Y TALLA

CREENCIAS

HABITOSALIMETICIOS

MENARQUIAMENOPAUSIA

METABOLISMOCARCINOGENOS

INCIDENCIA CANCER MUJERES tasa por 100,000

99x100,000

Todos los sitios, en mujeresTasa de incidencia cruda x 100,000

INCIDENCIA DE CANCER HOMBRETasa por 100,000

92x100,00

Todos los sitios , HombresTasa cruda por 100,000

8

Cambios en el tratamientodel Cancer

PrevenciónDiagnósticoConocimiento - Biología TumoralTratamiento - Cirugía - Radioterapia - Radio quimioterapia - Hormonoterapia - Quimioterapia - Inmunoterapia - Drogas Ef. secundarios - Terapias Blanco

Biológicas

TERAPIABLANCO

BIOLOGICO

PROGRESO ES POSIBLE POR ELADELANTO REVOLUCIONARIO EN LA BIOLOGIA MOLECULAR

DESCUBRIMIENTO

Genética

Biología Molecular

Ingeniería Genética

Mecanismos de activación celular

CANCER

Adapted from Hanahan and Weinberg. Cell. 2000;100:57.

Evitarapoptosis

Auto suficiencia en señales de crecimiento

Invasion tisular y metastasis

Ilimitado potencial de replicacion

Angiogenesis sostenida

Insensibilidad a bloqueo de señales de

crecimiento

Cancer

Caracteristicas del cancer

ACTIVACION DE LA CELULA TUMORAL POR DIFERENTES

FACTORES DE CRECIMIENTO Y TK

VEGF

HER-2 CD-20

EGFR

INHB TK

bevacizumab

TrastuzumabLapatinib

imatiniberlotinibsunetinib

CetuximabPanitumumab

RituximabOfatumumab

everolimus

pazopanibSorafenibnilotinib

Alemtuzumab

CD 52

Dimero transmembrana de Receptor HER 2 vias de transduccion de señales

Señales detransduccion

Al nucleo

Nucleo

Sitio de Union

Actividad TirosinaKinasa (TK)

Citoplasma

MembranaPlasmatica

Factor Crecimiento

activation geneticaDivisionCelula

r

Inhibidor de tirosin KinasaEspecifico (imatinib)

Mejoría respuesta

ARMAS PARA LA DESTRUCCION, CONTROL

Y PREVENCION DEL CANCER

CIRUGIA

QUIMIOTERAPIA

RADIOTERAPIA

TERAPIABIOLOGICA

HORMONOTERAPIA

Tumor

Angiogenesis

Invasión y metástasis

Apoptosis

Proliferacion

Adaptado Hong, MDACC

Oncogenes

TERAPIAGENICA

OPINION PUBLICAPESIMISTA............

A PESAR DE LA EVIDENCIA CIENTIFICA DE MEJORIA EN:

SOBREVIDA, PREVENCION, CONTROL Y PROBABLE CURACION HASTA

EN FORMAS AGRESIVAS.............

Opinión PúblicaPesimista..........

Factores emocionales Prejuicios Retardo en el tratamiento Nociones preconcebidas por

parte de médicos, familiares y amigos.

Sobre todo : “FALTA DE CONOCIMIENTO”

“ To him who devotes his life to sciencie, nothing can give more happiness than increasing the number of discoveries, but his cup of joy is full when the results of his studies inmediately find practical applications” ………….Louis Pasteur

PREGUNTA ABIERTA SI usted fuese diagnosticado con Cáncer o

familiar o amigo, cual seria su actitud?

a) SI se trata

b) NO se trata

c) DEPENDE del tipo y etapa clínica

d) DE PLANO con quimioterapia NO

e) SOLO si no se me cae el pelo

f) MEJOR solo Radioterapia

g) ME VOY a los Estados

Historia de Biotecnologia50 ANIVERSARIO DE DNA

Farmacogenómica

Estructura del DNAWatson y Crick. 1953

Cristalografía Rx. RosalindFranklin. 1950

Doble HéliceCeremonia de Premios Nobel. Suecia.

1962

EXPLICA FACILMENTE

• MUTACION, • VARIACION• CAMBIOS,• EVOLUCION• DIVERSIDAD DE ESPECIES• HERENCIA

Ácido desoxirubonucléico (ADN)

Doble hélice de nucleótidos

1 m

Un nucleótido consta de:

1) Una molécula de azúcar

2) Una molécula de ácido fosfórico

3) Una base nitrogenada:

Adenina Timina Guanina Citosina

Nucleótidos

Sugar-phosphate backbone

T

A G

A A

AA

G

G

G

T

T

TC

T C

C

C

Codón

Son tres bases nitrogenadas en una secuencia de ADN o ARN, las cuales especifican un solo aminoácido (1 codón = 1 aa).

Por ejemplo:El codón TTT = Fenilalanina El codón TTA = LeucinaEl codón GTA = Valina.

Son tres bases nitrogenadas en una secencia de ADN o ARN, las cuales especifican un solo aminoácido (1 codón = 1 aa).

El codigo genetico

CCCATCCAGGCAGCACGGCTGGCTGAGCAGAGACAAGGGCTGCCACACTGGGACTGGTAGAGGAAGCCCTGACGGATGGGTGGTCTCGCCCTTCCTGGGTTCATCCTGCTGCAGGTGGGCCTGAGTCGCAGATCAGAACACCGGGAAGATGCAGGCCTGCATGGTGCCGGGGCTGGCCCTCTCCTCCTACTGGGGCCTCTTGAGGGGCCAAGCCTGTGCAGGAGGAAGGAGACCCTTACGCGGAGCTGCCGGCCATGCCCTACTGGCCTTTTCCACCTCTGACTTCTGGAACTATGTGCAGCACTTCCAGGCCCTGGGGGCCTACCCCCAGATCGAGGACTGGCCCGAACCTTCTTTGCCCACTTCCCCCTGGGGAGCACGCTGGGCTTCCACGTTCCCTATCAGGAGGACTGAATGGTGTCCAGCCTGGTGCCCGCCCACCCCGCCAGGCTGCACTCGGTCGGGCCTCCACAGGCATGGAGTCCCCGCAAAAACCTGGCCCCTGCAGGAGTCAGGCCTGGTCTCACGCTCAATAAACTCCGGACTGAAGATGCA

Homo sapiens otospiralin (OTOS); Location: 2q37.3

¿Qué es un gen?Unidad física y funcional de la herencia. Están compuestos por ADN. (100-2.000.000

bases).La mayoría contiene la información para elaborar

una proteína específica. Dos mecanismos por los cuales los genes pueden alterarse:

GENÉTICO donde se producen alteraciones estructurales del genoma por cambios en la disposición de los propios genes o de sus bases, como ser las mutaciones, translocaciones o deleciones.

EPIGENÉTICO en acciones moleculares por alteraciones de las enzimas o de los sustratos de las mismas, tal el caso de la metilación de las bases.

Susceptibilidad al cáncer: Citocromo p 450 mono-oxigenasa; Glutatión-transferasa y Acetil-transferasa.

Dogma Central de Biologia

DNA

RNA

PROTEINA

TRANSCRIPCION

TRASLACION

No respuesta Tarceva o Gefitinib

Proteina Ceparacion Complementaria 1Ribonucleasa Reductasa Mets 1Receptor Epidermico CrecimientoTimidilato SintetasaMutacion de EFGRMutacion de Kras

• Gemzar /Carbo• Pemetrexed• NO Erlotinib o

Gefitinib• Cetuximab

T: 1 N:0

M:0

T:1,N:0,M:0: EC: 1

INTRODUCTION

CANCER

Cancer is an overgrowth of cells bearing cumulative genetic injuries that confer growth advantage over the normal cells [Nowell’s Law]

Cancer cells can be characterized as antisocial, fairly autonomous units that appear to be indifferent to the constraints and regulatory signals imposed on normal cells [Robbin’s]

CANCER CELLS AND NORMAL CELLS CANCER CELLS AND NORMAL CELLS

CANCER CELLS NORMAL CELLS

Loss of contact inhibition

Increase in growth factor secretion

Increase in oncogene expression

Loss of tumor suppressor genes

Oncogene expression is rare

Intermittent or co-ordinatedgrowth factor secretion

Presence of tumor suppressorgenes

Normalcell

Fewmitoses

Frequentmitoses

Nucleus

Blood vessel

Abnormalheterogeneous cells

CHARACTERISTICS OF CANCER Clonality

Autonomy

Anaplasia

Metastasis

Auto suficiencia en señales de crecimiento

Insensibilidad a señales anti-proliferacion

Sensibilidad reducida a apoptosis

Ilimitado Potencial de Replicaicion

Desarrollo y mantenimiento devasculatura (Angiogenesis)

Invasion y metastasis

Muchos tumores requieren de la des -regulacion de estos procesos

Hanahan, et al. Cell 2000

Hoy tenemos un claro conocimiento de las vias celulares involucradas en el desarrollo de cancer

Patofisiología del cáncer 1) Proliferación:

Piedra angular es la habilidad de extensa y descontrolada proliferación.

Debido a sobreproducción de factores de crecimiento (VEGF, EGFR, HER-2).

La proliferación inicia cuando el receptor de superficie reconoce a su factor de crecimiento apropiado.

Cascada de cinasas de citoplasma (RAS), activación de señales de transcripción, progresión a ciclo celular y división celular

¿Qué es un protooncogén?

Es un gen normal que interviene la proliferación celular.

Se considera que son dominantes, ya que transforman a las células aunque sus alelos sean normales.

¿Qué es un oncogén?Es la forma mutada de un protooncogén.

Codifica una proteína anormal (oncoproteína), que se mantiene activa independientemente de las señales reguladoras (no se degrada).

Esto convierte a la célula en tumoral por una proliferación desordenada.

En los humanos se han identificado más de 60 oncogenes.

Otros genes implicados en el cáncer

Principales responsables

Genes adicionales

Genes supresores del cáncer Genes de diferenciación celular

Genes de la Apoptosis (evasión de la apoptosis)

Genes que regulan el envejecimiento (Telomerasa)

Genes reparadores del ADN Genes de activación/desactivación de carcinógenos

Genes de los miRNA Genes de invasión/metástasis

Growth Factors

Ligands which bind enzyme linked receptorsSignal diverse cellular responses including:ProliferationDifferentiationGrowthSurvival Angiogenesis

Can signal to multiple cell types or be specific

Self-sufficiency in growth signals

Scaltriti et al, 2006

• Autocrine loops

• Over-expression of receptor

• Receptor is always ‘on’

• Downstream signals

Señales tirosin quinasa

Transduccion de señales

Membrana celular

citosol

nucleo

1

EGFRHER-2PDGFRMET/HGFIGF-1R

Growth Factor Receptors

Most growth factors bind Receptor Tyrosine Kinases

Herceptin® (trastuzumab): Anticuerpo monoclonal humanizado

anti-HER2

• Alta afinidad (Kd=0.1nM) y especificidad

• 95% humano, 5% murino– potencial de

inmunogenicidad disminuído

87% 85%

67%

75%

N EventsACT 1679 261ACTH 1672 134

%

HR=0.48, 2P=3x10-12

ACTH

ACT

Years From Randomization

Combined Analysis for DFS of NSABP B-31 / NCCTG – N9831

Participating countries

Brazil

Australia

Poland

Finland

Spain

Sweden

GreeceItalyFrance

UKCanada

Mexico

Guatemala

Costa Rica Panama

Acknowledgements

France

David Coeffic

Veronique Dieras

Pierre Kerbrat

Xavier Pivot

Veronique Tillet-Lenoir

Patrice Viens

Finland

Seppo Pryhönen

Greece

Vassilios Georgoulias

Haralambos Kalofonos

Dimosthenis Skarlos

Guatemala

Luis Miguel Zetina Toache

Italy

Mario Bari

Andrea Bonetti

Armando Santoro

Mexico

Cesar Gonzales

Flavia Morales-Vasquez

Tirzo Suarez

Panama

Juan Carlos Alcedo

Poland

Jacek Jassem

Spain

Antonio Antón

Miguel Angel Segui

José Baselga

Serafin Morales

Australia

Richard Bell

Jane Beith

Guy Van Hazel

Ken Pittman

Michael M Slancar

Guy Toner

Brazil

Maria de Fátima Dias Guai

José Luiz Pedrini

Artur Malzyner

Canada

Stanley Gertler

Costa Rica

Douglas Otero

Sweden

Inger Andreasson

Lena Malmberg

UK

John Le Vay

Andreas Makris

Timothy Perren

Christopher Price

Peter Simmonds

Denis Talbot

Mode of Action of Iressa

Patofisiología del cáncer2) Progresion de ciclo celular:

G1,G2,S y M (fases de ciclo) Las ciclinas y cinasas dependientes de

ciclinas (cdk). Dominan la progresión de las células de una fase a otra. Pueden detener su progresión en cualquier punto.

El gen supresor p53 y cdk (p15,p16,p21,p27), son reguladores negativos de progresión de ciclo celular.

Los citostáticos actúan en éste sitio. Nuevas drogas bloquea cdk4.

Balance of Tissue Cell Number

CRECIMIENTO CELULAR VRS APOPTOSIS

2

DIVIDIRSE O NO DIVIDIRSE

ESA ES LA PREGUNTA

REPLICACION

APOPTOSIS

Control de ciclo celularciclinas y genes supresores

RETINOBLASTOMA

GENES SUPRESORES

Ejecutan la Orden de ApoptosisCaspasasCisteinil Aspartato Proteasas

(TIJERAS DEL DNA)

Anti ApoptosisFamilia Bcl-2

Proteosoma-Ubiquitina(proteolisis)

Ubiquitina es una pequeña molecular eucariota

Toca a las proteinas destinadas a la destruccion (beso de la muerte) atraves de carboxilo final formado grupos tioles

Es llevada al proteosoma para su destruccion en pequeñas cadenas de aminoacidos

R Genes Supresores

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

2004

Patofisiología del cáncer3) Inmortalización:

Telomerasas es el componente clave en la inmortalización de las células malignas al preservar la integridad de los telómeros.

Inhibición de las telomerasas evitando el potencial de las células de ser inmortales , es el blanco actual de investigaciones (antitelomerasas)

Patofisiología del cáncer4) Replicación del DNA

Las células neoplásicas tienen potencial infinito para replicar su DNA (Fase S)

Maquinaria de replicación (DNA polimerasas, DNA ligasa, topoisomerasas)

Drogas que se intercalan al Dna (antraciclinas), nucleósidos análogos o inhibidores de topoisomerasas (CPT-11), inhiben la replicación.

Limitless reproductive potential

Hayflick hypothesis Limited number of doublings Telomere maintenance Telomerase

Not all tumor cells have this potential– Tumor stem cells

Patofisiología del cáncer5) Evitando Apoptósis

Existen sensores y efectores para la apoptósis o Muerte celular programada.

P53, TNF y caspasas inducen apoptósis. Efectos proapoptóticos Bax, Bak, Bad. Bcl2 y Bcl-xl tienen efectos

antiapoptóticos, los cuales se realizan en la mitocondria.

Nuevas drogas dirigidas a efectores para mCP.

Patofisiología del cáncer6) Angiogénesis

Los nuevos vasos sanguíneos para nutrientes y O2 se desarrollan al secretarse factores de crecimiento endoteliales vasculares (VEGF) y factores de crecimiento fibroblástico (FGF1/2).

Estos producen neovascularización tumoral

Nuevas drogas antiangiogénicas están siendo ensayadas en estudios fase II y III.

Judah Folkman 1933-2008Hipotesis de Folkman 1971

En ausencia de vascularizacion, los tumores solidos permanecen quiescentes y de 2–

3mm3 de tamaño, limitado por incapacidad para adquirir nutrientes y oxigeno difundido

de los vasos sanguiineos al tumor

Late1800s

1927 1939 1945 1968 1971

Folkman. NEJM 1971

El cambio angiogenico es la clave para el crecimiento tumoral y las metastasis

100 µm

Cambio

Angiogenico

Tumor pequeño• No vascular• “Quiescente”

Tumor Grande• Vascular• Potencial Metastatico

Hicklin and Ellis. J Clin Oncol. 2005;23:1011.

Diferencias entre vasculatura normal y tumoral

Jain. Nat Med 2001; Willett, et al. Nat Med 2004; Wildiers, et al. Br J Cancer 2003

Anti-VEGF

ReduceIFP y MVDAumenta aporte de

drogas

Aps Anti-VEGF ‘normaliza’ la vasculatura tumoral

15mmHg

5mmHg

0–1mmHg

10mmHg

2mmHg

0–1mmHg

Jain 1988, 1990

Avastin se une VEGF: Mediador clave de Angiogenesis

Se une y activa al receptor VEGF 3

PP

PP

ANGIOGENESIS

ProliferacionSobrevida Migracion

Activa a celulas

endoteliales3

VEGF

1. Avastin™ (bevacizumab) PI. December 2004.2. Presta et al. Cancer Res. 1997;57:4593.3. Ferrara et al. Nat Med. 2003;9:669.

AVASTIN

AP IgG, monoclonal recombinante humanizado

93% humano, 7% murine

Reconoce todas las isoformas VEGF2

Vida Media ~20 dias(range, 11-50 dias)1

No toxicidad obvia additivacon QT

Efecto secundario: Sangrado

Señal predominante y mas potente

proangiogenica3

Figure 1 The hypoxic response. a, Under conditions of normal oxygen, the von Hippel–Lindau tumour suppressor protein (pVHL) modifies the protein HIF, which leads to its destruction. b, When oxygen is scarce (hypoxia), or when pVHL is mutated, HIF accumulates inside cells and activates the expression of certain genes. This triggers two complementary responses. First, tissue oxygenation is stimulated through the activation of genes such as VEGF (which stimulates the outgrowth of new blood vessels) and erythropoietin (EPO, which stimulates the production of red blood cells). Second, tumour cells are stimulated to move away from the site of hypoxia through the activation of genes such as c-Met, which enhance cell motility and invasion. Now, Staller et al.3 show that the gene CXCR4 is also activated by HIF. CXCR4 not only stimulates migration, it also enables tumour cells to

MLA

55 a. Fem.ADENOCARCINOMA Colono rectalDIC 12; 2004

TACEnero 22; 2005

TRATAMIENTOXELOX + BEVACIZUMAB

(16966c)

JUL 9; 2005PATOLOGIANEGATIVA

TAC

AG 22, 2005

TRATAMIENTOXELOX + BEVACIZUMAB

JUN 05; 2006PROGESION HEPATICA

MLA

TRATAMIENTO CETUXIMAB + IFL

METASTASECTOMIA

MLAOCT 21, 2006

Evolucion……..

Nueva progresión hepática NOV 2006

Elevación de CEA a 1230 ui/ml Combinación: AVASTIN + ERBITUX + CPT-11 Respuesta parcial por 2 meses

Fallece enero 2007 Sobrevida : 25 meses

Sobrevida global media

AVANCES EN EL TRATAMIENTO DEL CANCER DE COLON AVANZADO

SO

BR

EV

IDA

ME

SE

S

MEJOR CUIDADO DE SOPORTE

CetuximabBevacizumab Panitumumab

meta

static

o

Patofisiología del cáncer7) Metástasis e invasión

Esto sucede cuando cambian la expresión de las moléculas de adhesión en las células neoplásicas

La activación de las metaloproteasas, que destruyen las proteínas de matriz (laminina y colagenasa), tambien juegan un papel importante.

Otros son las integrinas Nuevas drogas incluyen inhibidores

de metaloproteasas e integrinas

AGENTE IDEAL

anticancer

La terapia ideal debe atacar solo a las celulas

neoplasicas

Beneficio Sobrevida

Alta actividad antitumoral

Control de Sintomas

Mejoria QoL

No toxicidad irreversible

No efectos sec. corto plazo

Administracion conveniente

Costo-efectividad

Terapia anticancer “ideal”

Componentes internos de la célula– Pequeñas moléculas (TK)

Receptores en la superficie de la célula– Anticuerpos moleculares (MoAb)

Vasos sanguíneos– Terapia antiangiogenica (VEGF)

Terapia Blanco

Terapia Blanco

1. Características especificas de las células

2. Diferencias entre célula normal y cáncer

1. Terapia dirigida2. Disminuir efectos secundarios

Can understanding the basic biology of cancerimprove the treatment…..?

Copyright ©2001 by the National Academy of Sciences Sorlie, Therese et al. (2001) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 10869-10874

The future

Understanding the genetic pathways of cancer development

Treatment will be tailored to individual patients

Aim of making it much more effective and less toxic

Nuevas Terapias Blanco en Oncologia

MetastasesInhibitors

EGFRinhibitors

HIFinhibitor MEK

inhibitors

mTORinhibitors

HDACInhibitors

Kinesins

FarnesylTransferaseInhibitors

Anti-Angiogenesis

Rafinhibitor

Srcinhibitor

IGF-1Rinhibitors

Cell Cycleinhibitors

Proteasomeinhibitor

Aurora Kinaseinhibitor

Mdm2inhibitor

Tubulin-interacting

agents

MUC-1Directed

antibodies

HER2-Rinhibitors

Pro-apoptoticdrugs

HSP90inhibitors

Death Receptors