Philadelphia kromosom - Philadelphia chromosome

Philadelphia kromosom
En metafascell positiv för bcr/abl -omarrangemanget med FISH
Specialitet	Onkologi

Den Philadelphia-kromosomen eller Philadelphia sloka ( Ph ) är en specifik genetisk abnormalitet i kromosom 22 av leukemicancerceller (särskilt kroniska myeloid leukemi (CML) celler). Denna kromosom är defekt och ovanligt kort på grund av ömsesidig translokation , t (9; 22) (q34; q11), av genetiskt material mellan kromosom 9 och kromosom 22 , och innehåller en fusionsgen som kallas BCR-ABL1 . Denna gen är den ABL1 genen av kromosom 9 intill varandra på brytpunktsklusterområdes BCR -genen på kromosom 22, som kodar för ett hybridprotein: en tyrosinkinas signalerings protein som är "alltid på", vilket gör att cellen att dela sig okontrollerat genom att avbryta stabiliteten hos genomet och försämrar olika signalvägar som styr cellcykeln.

Närvaron av denna translokation krävs för diagnos av CML; med andra ord är alla fall av CML positiva för BCR-ABL1 . (Vissa fall förvirras av antingen en kryptisk translokation som är osynlig på G-bandade kromosompreparat, eller en varianttranslokation som involverar en annan kromosom eller kromosomer samt den långa armen av kromosomer 9 och 22. Andra liknande men verkligen Ph-negativa tillstånd är betraktas som CML-liknande myeloproliferativa neoplasmer.) Närvaron av Philadelphia (Ph) -kromosomen är dock inte tillräckligt specifik för att diagnostisera CML, eftersom den också finns i akut lymfoblastisk leukemi (aka ALL, 25–30% av vuxna fall och 2– 10% av barnfall ) och ibland vid akut myelogen leukemi (AML) samt blandad fenotyp akut leukemi (MPAL).

Molekylärbiologi

Schematisk bildning av Philadelphia -kromosombildningen

Kromosomdefekten i Philadelphia -kromosomen är en ömsesidig translokation , där delar av två kromosomer, 9 och 22, byter plats. Resultatet är att en fusionsgen skapas genom att placera ABL1 -genen på kromosom 9 (region q34) mot en del av BCR (breakpoint cluster region) -genen på kromosom 22 (region q11). Detta är en ömsesidig translokation, som skapar en långsträckt kromosom 9 (kallad en derivatkromosom eller der 9 ) och en stympad kromosom 22 ( Philadelphia-kromosomen, 22q-). I överensstämmelse med International System for Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN) betecknas denna kromosomal translokation som t (9; 22) (q34; q11). Symbolen ABL1 härrör från Abelson , namnet på ett leukemivirus som bär ett liknande protein. Symbolen BCR härrör från breakpoint -klusterregionen, en gen som kodar för ett protein som fungerar som en guaninnukleotidbytesfaktor för Rho GTPas -proteiner

Translokation resulterar i en onkogen BCR-ABL1-genfusion som kan hittas på den kortare derivatkromosomen 22. Denna gen kodar för ett BCR-ABL1-fusionsprotein. Beroende på den exakta placeringen av fusion kan molekylvikten för detta protein variera från 185 till 210 kDa . Följaktligen kallas hybrid BCR-ABL1-fusionsproteinet p210 eller p185.

Tre kliniskt viktiga varianter som kodas av fusionsgenen är isoformerna p190, p210 och p230. p190 är i allmänhet associerad med B-cell akut lymfoblastisk leukemi (ALL), medan p210 i allmänhet är associerad med kronisk myeloid leukemi men kan också associeras med ALL och AML. p230 är vanligtvis associerad med kronisk myelogen leukemi associerad med neutrofili och trombocytos (CML-N). Dessutom kan p190 -isoformen också uttryckas som en skarvvariant av p210.

ABL1-genen uttrycker ett membranassocierat protein, ett tyrosinkinas , och BCR-ABL1-transkriptet översätts också till ett tyrosinkinas innehållande domäner från både BCR- och ABL1-generna. Tyrosinkinasernas aktivitet regleras vanligtvis på ett autoinhiberande sätt, men BCR-ABL1-fusionsgenen kodar för ett protein som "alltid är på" eller konstitutivt aktiverat, vilket leder till försämrad DNA-bindning och oreglerad celldelning (dvs. cancer). Detta beror på ersättningen av det myristoylerade kapsregionen, som när det inducerar en konformationsförändring som gör kinasdomänen inaktiv, med en stympad del av BCR -proteinet. Även om BCR -regionen också uttrycker serin/treoninkinaser, är tyrosinkinasfunktionen mycket relevant för läkemedelsbehandling. Eftersom de N-terminala Y177- och CC-domänerna från BCR kodar för konstitutiv aktivering av ABL1-kinaset, är dessa regioner inriktade på terapier för att nedreglera BCR-ABL1-kinasaktivitet. Tyrosinkinashämmare specifika för sådana områden som CC, Y177 och Rho (såsom imatinib och sunitinib ) är viktiga läkemedel mot en mängd olika cancerformer inklusive CML, njurcellscancer (RCC) och gastrointestinala stromaltumörer (GIST).

Det sammansmältade BCR-ABL1- proteinet interagerar med interleukin-3-receptorn beta (c) subenhet och modereras av en aktiveringsslinga inom dess SH1-domän, som slås på när den är bunden till ATP och utlöser nedströmsvägar. ABL1-tyrosinkinasaktiviteten för BCR-ABL1 är förhöjd i förhållande till vildtyp ABL1. Sedan ABL aktiverar ett antal cellcykel säga styra proteiner och enzymer , resultatet av BCR-ABL1 fusion är att påskynda celldelning. Dessutom hämmar det DNA -reparation , orsakar genomisk instabilitet och kan potentiellt orsaka den fruktade blastkrisen i CML.

Proliferativa roller vid leukemi

BCR-ABL1-fusionsgenen och proteinet som kodas av Philadelphia-kromosomen påverkar flera signalvägar som direkt påverkar apoptotisk potential, celldelningshastigheter och olika stadier av cellcykeln för att uppnå okontrollerad spridning som är karakteristisk för CML och ALL.

JAK/STAT -väg

Särskilt viktigt för överlevnad och spridning av myelogena leukemiceller i benmärgens mikromiljö är cytokin och tillväxtfaktorsignalering. De JAK / STAT pathway modererar många av dessa effektorer genom aktivering STAT, som är transkriptionsfaktorer med förmågan att modulera cytokinreceptorer och tillväxtfaktorer. JAK2 fosforylerar BCR-ABL-fusionsproteinet vid Y177 och stabiliserar fusionsproteinet, stärker tumörigen cellsignalering. JAK2 -mutationer har visat sig vara centrala för myeloproliferativa neoplasmer och JAK -kinaser spelar en central roll för att driva hematologiska maligniteter (JAK blood journal). ALLA och CML-terapier har riktat JAK2 såväl som BCR-ABL med hjälp av nilotinib och ruxolitinib inom murina modeller för att nedreglera nedströms cytokinsignalering genom att tysta STAT3- och STAT5-transkriptionsaktivering (appelmann et al). Interaktionen mellan JAK2 och BCR-ABL inom dessa hematopoetiska maligniteter innebär en viktig roll för JAK-STAT-medierad cytokinsignalering för att främja tillväxten av leukemiska celler som uppvisar Ph-kromosomen och BCR-ABL-tyrosinkinasaktiviteten. Även om centraliteten i JAK2-vägen till direkt spridning i CML har diskuterats, har dess roll som en nedströms effektor av BCR-ABL tyrosinkinas bibehållits. Påverkan på cellcykeln via JAK-STAT är i stort sett perifer, men genom att direkt påverka underhållet av den hematopoetiska nischen och dess omgivande mikromiljö spelar BCR-ABL-uppreglering av JAK-STAT-signalering en viktig roll för att upprätthålla leukemisk celltillväxt och delning.

Ras/MAPK/ERK -väg

De Ras / MAPK / ERK pathway reläer signaler till nukleära transkriptionsfaktorer och spelar en roll i styrande cellcykelkontroll och differentiering. I Ph-kromosominnehållande celler aktiverar BCR-ABL tyrosinkinas RAS/RAF/MEK/ERK-vägen, vilket resulterar i oreglerad cellproliferation via gentranskription i kärnan. BCR-ABL-tyrosinkinaset aktiverar Ras via fosforylering av GAB2-proteinet, vilket är beroende av BCR-lokaliserad fosforylering av Y177. Ras i synnerhet har visat sig vara ett viktigt nedströms mål för BCR-ABL1 i CML, eftersom Ras-mutanter i murina modeller stör utvecklingen av CML associerad med BCR-ABL1-genen (Effekt av Ras-hämning vid hematopoiesis och BCR/ABL-leukemogenes). Ras/RAF/MEK/ERK -vägen är också inblandad i överuttryck av osteopontin (OPN), vilket är viktigt för underhåll av den hematopoetiska stamcellsnischen, som indirekt påverkar okontrollerad proliferation som är karakteristisk för leukemiska celler. BCR-ABL-fusionsceller uppvisar också konstitutivt höga nivåer av aktiverade Ras bundna till GTP, vilket aktiverar en Ras-beroende signalväg som har visat sig hämma apoptos nedströms BCR-ABL (Cortez et al). Interaktioner med IL-3-receptorn inducerar också Ras/RAF/MEK/ERK-vägen till fosforyleringstranskriptionsfaktorer som spelar en roll för att driva G1/S-övergången i cellcykeln.

DNA -bindning och apoptos

C-Abl-genen i vildtypsceller är inblandad i DNA-bindning, vilket påverkar sådana processer som DNA-transkription, reparation, apoptos och andra processer som ligger till grund för cellcykeln. Även om arten av denna interaktion har diskuterats, finns bevis som tyder på att c-Abl fosforylerar HIPK2 , ett serin/treoninkinas, som svar på DNA-skada och främjar apoptos i normala celler. BCR-ABL-fusionen har däremot visat sig hämma apoptos, men dess effekt på DNA-bindning i synnerhet är oklar. Vid apoptotisk inhibering har BCR-ABL-celler visat sig vara resistenta mot läkemedelsinducerad apoptos men har också en proapoptotisk uttrycksprofil genom ökade uttrycksnivåer av p53, p21 och Bax. Funktionen hos dessa pro-apoptotiska proteiner försämras emellertid och apoptos utförs inte i dessa celler. BCR-ABL har också varit inblandat i att förhindra caspase 9 och caspase 3-behandling, vilket ökar den inhiberande effekten. En annan faktor som förhindrar cellcykelprogression och apoptos är borttagningen av IKAROS -genen, som presenteras i> 80% av alla Ph -kromosompositiva fall. IKAROS-genen är kritisk för Pre-B-cellreceptormedierad cellcykelstopp i ALLA celler som är positiva för Ph, vilket vid nedsatt funktion ger en mekanism för okontrollerad cellcykelprogression och proliferation av defekta celler, vilket uppmuntras av BCR-ABL tyrosinkinasignalering.

Nomenklatur

Philadelphia-kromosomen betecknas Ph (eller Ph ') -kromosom och betecknar den förkortade kromosomen 22 som kodar för BCR-ABL-fusionsgenen/proteinkinas. Det härrör från translokationen, som kallas t (9; 22) (q34.1; q11.2) , mellan kromosom 9 och kromosom 22, med avbrott som händer i region (3), band (4), delband ( 1) på den långa armen (q) i kromosom 9 och region (1), band (1), delbandet (2) på den långa armen (q) i kromosom 22. Därför skrivs kromosombrytpunkterna som (9q34. 1) respektive (22q11.2) med ISCN -standarder.

Terapi

Tyrosinkinashämmare

Kristallstruktur för Abl -kinasdomän (blå) i komplex med andra generationens tyrosinkinashämmare (TKI) nilotinib (röd)

I slutet av 1990-talet identifierades STI-571 ( imatinib , Gleevec/Glivec) av läkemedelsföretaget Novartis (då känt som Ciba Geigy) i skärmar med hög genomströmning för tyrosinkinashämmare . Efterföljande kliniska prövningar ledda av Dr. Brian J. Druker vid Oregon Health & Science University i samarbete med Dr. Charles Sawyers och Dr. Moshe Talpaz visade att STI-571 hämmar spridning av BCR-ABL-uttryckande hematopoetiska celler. Även om det inte utrotade CML -celler, begränsade det kraftigt tillväxten av tumörklonen och minskade risken för den fruktade " blastkrisen ". År 2000 bestämde Dr. John Kuriyan mekanismen genom vilken STI-571 hämmar Abl-kinasdomänen. Det marknadsfördes 2001 av Novartis som imatinibmesylat (Gleevec i USA, Glivec i Europa).

Andra farmakologiska hämmare utvecklas, vilka är mer potenta och/eller är aktiva mot de framväxande Gleevec/Glivec-resistenta BCR-abl-klonerna hos behandlade patienter. Majoriteten av dessa resistenta kloner är punktmutationer i kinaset av BCR-abl. Nya hämmare inkluderar dasatinib och nilotinib , som är betydligt starkare än imatinib och kan övervinna resistens. Kombinationsterapier med nilotinib och ruxolitnib har också visat framgång i att undertrycka resistens genom att rikta in JAK-STAT- och BCR-ABL-stadierna samtidigt. Små molekylhämmare, som arseniktrioxid och geldanamycinanaloger , har också identifierats vid nedreglering av BCR-ABL-kinas-translation och främjande av dess nedbrytning genom proteas.

Axitinib , ett läkemedel som används för att behandla njurcellscancer, har visat sig vara effektivt för att hämma Abl-kinasaktiviteten hos patienter med BCR-ABL1 (T315I). T315I -mutationen i fusionsgenen ger resistens mot andra tyrosinkinashämmare såsom imatinib, men axitinib har framgångsrikt använts för att behandla en patient med ALL som bär denna mutation, liksom CML -celler i odling.

Behandling av pediatrisk Ph+ ALL med en kombination av standard kemoterapi och RTK -hämmare kan leda till remission, men den botande potentialen är okänd.

Blod- eller märgtransplantationer

Ett potentiellt läkande men riskabelt alternativ för pediatrisk Ph+ ALL eller Ph+ CML är benmärgstransplantation eller blodtransplantation , men kemoterapi gynnas av vissa för att uppnå första remission (CR1). För vissa kan benmärgstransplantation från en matchad syskondonator eller en matchad, icke -relaterad donator gynnas när remission uppnås.

Blodtransplantation gynnas av vissa när en 10/10 benmärgsmatch inte är tillgänglig, och blodtransplantation kan ha vissa fördelar, inklusive en minskad förekomst av transplantat-mot-värdsjukdom (GVHD), vilket är en vanlig och signifikant komplikation av transplantation. Emellertid kräver transplantation med navelblod ibland längre tid för engraftment, vilket kan öka risken för komplikationer på grund av infektion. Oavsett typ av transplantation är transplantationsrelaterad dödlighet och återfall möjliga, och hastigheterna kan förändras när behandlingsprotokoll förbättras. För andra remission (CR2), om det uppnås, är både kemoterapi och transplantationsalternativ möjliga, och många läkare föredrar transplantation.

Historia

Philadelphia -kromosomen upptäcktes och beskrevs först 1959 av David Hungerford vid Lankenau Hospital's Institute for Cancer Research , som fusionerades med American Oncology Hospital 1974 för att skapa Fox Chase Cancer Center , tillsammans med Peter Nowell från University of Pennsylvania School of Medicine . Den genetiska avvikelse som Hungerford och Nowell hittade namngavs efter staden där båda organisationerna befann sig.

Hungerford skrev sin doktorsavhandling om kromosomer i ett genetiskt laboratorium vid det som då var Institutet för cancerforskning vid Lankenau sjukhusforskningsinstitut och upptäckte en brist i kromosomer från blodkropparna hos patienter med leukemi. Denna grundläggande observation var den första genetiska defekten som kopplades till en specifik mänsklig cancer. Nowell var en patolog vid University of Pennsylvania som också studerade leukemiceller under mikroskopet när han märkte celler med denna genetiska brist i delningen. Till hans förvåning var deras kromosomer - vanligtvis en otydlig härva - synliga som separata strukturer. I sökandet efter en expert på kromosomer hittade Nowell Hungerford lokalt vid Lankenau. Medan han utförde sina mikroskopiska studier fortsatte Hungerford sina observationer med upptäckten att vissa leukemiceller hade en onormalt kort kromosom 22. Därefter blev mutationen han observerade känd som Philadelphia -kromosomen.

År 1973 identifierade Janet Rowley vid University of Chicago mekanismen genom vilken Philadelphia -kromosomen uppstår som en translokation.

Se även

• Kronisk myelogen leukemi

Referenser

externa länkar

• Philadelphia+kromosom vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• bcr-abl+Fusion+Proteiner vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)