Mechanizmy nowotworzenia i nowoczesne terapie przeciwnowotworowe

obowiązkowe

Przed przystąpieniem do realizacji przedmiotu studenci muszą zaliczyć I i II rok studiów I stopnia.

Student powinien znać podstawowe techniki biochemiczne jak techniki elektroforetyczne, zasady pracy z enzymami. Studenci powinni uprzednio zaliczyć ćwiczenia z „Biochemii”, a także znać techniki hodowli komórkowych.

w sali

Epidemiologia nowotworów oraz czynniki środowiskowe i endogenne sprzyjające powstawaniu nowotworów; mechanizm powstawania mutacji jako podłoże rozwoju choroby nowotworowej, mechanizmy epigenetyczne (metylacja DNA, mikroRNA). Omówione zostaną także mechanizmy naprawy DNA. Cechy komórki nowotworowej, etapy nowotworzenia, najważniejsze geny krytyczne, których dysfunkcja ma znaczenie w nowotworzeniu (onkogeny, supresory), apoptoza, proteoliza, angiogeneza, przerzutowanie. Komórki macierzyste nowotworów. Rola wirusów w powstawaniu nowotworów. Diagnostyka i współczesne metody leczenia; personalizacja terapii.

Wykład:

Epidemiologia nowotworów. Czynniki sprzyjające powstawaniu chorób nowotworowych: skażenie środowiska, uwarunkowania genetyczne. Charakterystyka komórki nowotworowej. Geny torów mutacyjnych: onkogeny, geny supresorowe, geny stabilizujące i ich rola w kancerogenezie. Mutacyjna teoria kancerogenezy, klasyczne modele: inicjacja, promocja, progresja. Aktywacja metaboliczna i detoksykacja związków egzogennych; polimorfizm genów metabolicznych jako marker wrażliwości na nowotworzenie. Uszkodzenia DNA jako źródło mutacji. Zewnętrzne i wewnętrzne czynniki uszkadzające DNA: promieniowanie UV, jonizujące, środowiskowe kancerogeny chemiczne, dieta, stany zapalne, infekcje, stres oksydacyjny, endogenna metylacja DNA. Mutageneza replikacyjna i transkrypcyjna; rodzina polimeraz o obniżonej wierności - charakterystyka i rola w powstawaniu mutacji i nowotworów. Naprawa DNA: systemy naprawy DNA - odwrócenie uszkodzenia, poreplikacyjna naprawa źle dopasowanych zasad, naprawa przez wycinanie, naprawa rekombinacyjna. Rola białek naprawy DNA w tworzeniu przeciwciał. Nowoczesna teoria kancerogenezy. Zaburzenia w transmisji sygnałów. Cykl komórkowy i rola zaburzeń w przebiegu cyklu komórkowego w kontekście nabywania zdolności do nieograniczonych podziałów. Apoptoza i jej rola w kancerogenezie. Naprawa DNA a sygnalizacja komórkowa. Angiogeneza. Tworzenie nowych naczyń. Drogi przerzutowania. Rozrost nowotworu w nowym miejscu. Zależność od czynników wzrostu i białek adhezyjnych. Przyczyny przerzutowania do określonych organów. Choroby związane z brakiem naprawy DNA: nowotwory (Xeroderma pigmentosum, syndrom Blooma, Ataksja telangiectasia, anemia Fanconiego), choroby rozwojowe i neurodegeneracyjne (syndrom Cockayne'a, Trichotiodystrofia), starzenie (syndrom Wernera). Kancerogeneza wirusowa: wirusy onkogenne (DNA, RNA), wirusy onkogenne człowieka (rak szyjki macicy - HPV 16, 18; białaczki - HTLV 1,2; żółtaczki - HBV, HCV). Epigenetyczna teoria nowotworzenia: metylacja i demetylacja promotorów genów, rola naprawy DNA i białek Tet; acetylacja i metylacja histonów; miRNA. Macierzystopodobne komórki nowotworowe: cechy, markery, potencjalne inhibitory. Współczesna diagnostyka nowotworów. Metody oparte o techniki PCR (PCR, LTR, RT-PCR, QTR-PCR), techniki oparte o działanie enzymów restrykcyjnych. Klasyczne metody terapii nowotworów; radioterapia; chemioterapia; nowoczesna terapia biologiczna; nowe cele terapeutyczne, sprzężona letalność, nowoczesne nośniki leków przeciwnowotworowych.

Wykład obejmuje 30 godz. i jest zakończony egzaminem. Czas poświęcony przygotowaniu do egzaminu jest indywidualny, nie mniejszy niż 30 godz.

Ćwiczenia:

Ćwiczenia – 60 godz. (10 ćwiczeń po 6 godz.)

1. Uszkodzenia DNA jako źródło mutacji i nowotworów; ścieżki naprawy DNA

- indukcja uszkodzeń DNA przez czynniki alkilujące i utleniające na modelu plazmidowego DNA i identyfikacja uszkodzeń enzymami naprawczymi

- indukcja uszkodzeń w komórkach ssaków typu dzikiego i z nieaktywnymi systemami naprawy DNA – badanie przeżywalności (Alamar Blue)

Wtórne uszkodzenia DNA - Modyfikacja jednoniciowego DNA faga M13 dimetylosiarczanem

2. Wtórne uszkodzenia DNA.

- Depurynacja alkilowanych zasad DNA i otwieranie pierścieni imidazolowych; naprawa, właściwości biologiczne

3. Wykorzystanie operonu lac do określania typów mutacji;

-badanie specyficzności mutagennej promieniowania UV, czynników alkilacyjnych i oksydacyjnych przy użyciu szczepów Millera.

4. Testy wykrywania mutagenów środowiskowych

SOS chromotest, pokaz wymian chromatyd siostrzanych

oraz zmian przednowotworowych w jelicie grubym

5. Bezpośrednia naprawa DNA bez naruszenia integralności DNA

Oksydacyjna dealkilacja – białko AlkB; badanie udziału białek AlkB i systemu BER w naprawie etenoadduktów na mutantach E. coli.

6. Polimorfizm genów naprawy DNA jako czynnik ryzyka rozwoju choroby nowotworowej.

Badanie polimorfizmu genów OGG1, OH-1, GST

7. Komórkowe mechanizmy odpowiedzi na uszkodzenia DNA:

- obserwacja blokowania replikacji w komórkach ssaków – technika fiber DNA (film i pokaz preparatów – zliczanie miejsc zatrzymania replikacji)

- odpowiedź komórkowa na uszkodzenia DNA (DDR) – aktywacja szlaku DDR – fosforylacja ATM, ATR, Chk1, histon H2AX (analiza Western, opcjonalnie obserwacja skupisk γH2AX po działaniu odczynnikiem Fentona)

- analiza mniejszościowych mutacji w genach krytycznych (APC, RAS) w raku jelita grubego metodą MSSCP

8. Terapie nowoczesne i eksperymentalne: - indukcja sprzężonej letalności przez inhibitory PARP1 w komórkach typu dzikiego, oraz z mutacjami w różnych systemach naprawy DNA (BER, HR, NHEJ)

9. Terapie skojarzone: Synergistyczne działanie leków (kamptotecyna, TRAIL, inhibitory CK2)

Badanie przeżywalności komórek z ustalonych linii nowotworowych za pomocą standardowo stosowanego testu MTT. Określenie procentu przeżywalności komórek w odpowiedzi na cząsteczki terapeutyczne o różnym mechanizmie działania. Analiza synergistycznego działania badanych cząsteczek.

10. Nowe metody wprowadzania leków do komórki – peptydy penetrujące

Zaopatrzenie rekombinowanego białka w kasetę CPP jest nową metodą stosowaną przy konstrukcji leków, których cel terapeutyczny znajduje się wewnątrz komórki. Ćwiczenie polega na wprowadzeniu do komórek nowotworowych człowieka rekombinowanego białka z dołączoną sekwencją YGRKKRRQRR pochodząca z białka TAT oraz wykrywaniu wprowadzanego białka w komórce.

1.Bal J (red) Biologia molekularna w medycynie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2013.

2. M. Wojtukiewicz i E. Sierko (red) LECZENIE CELOWANE W ONKOLOGII I HEMATOONKOLOGII, Via Medica, Gdańsk, 2013.

3.Friedberg E, DNA Repair,

4.Tudek B, Wewnątrzkomórkowe utlenianie i alkilacja DNA - mechanizmy i skutki. w Koroniak H, Barciszewski J (red) "Na pograniczu Chemii i Biologii", t IV, Wydawnictwa Naukowe UAM, Poznań 2000, str. 201-229.

5.Rzeszowska-Wolny J, Drobot L, Sygnalizacja i zmiany funkcjonowania komórki po uszkodzeniu DNA. W: Koroniak H, Barciszewski J (red) "Na pograniczu Chemii i Biologii", t IV, Wydawnictwa Naukowe UAM, Poznań 2000, str. 231-252.

6.Sugimura T, Wakabayashi K, Nakagama H, Nagao M (2004) Heterocyclic amines: Mutagens/carcinogens produced during cooking of meat and fish. Cancer Sci. 94(4): 290-299.

7.Jagerstad M, Skog K (2005) Genotoxicity of heat-processed foods, Mutation res., 574: 156-172.

8.Goodman M (2002) Error-prone repair DNA polymerases in prokaryotes and eukaryotes. Annu Rev.Biochem., 71 : 17-50.

9. Śliwińska-Hill U, Trocha J: Najnowsze terapie przeciwnowotworowe, Post.Farm. 2011 nr 1; s.14-18

Po opanowaniu materiału objętego wykładem i ćwiczeniami

student Biotechnologii (biotechnologia medyczna):

- wykazuje znajomość aktualnego stanu wiedzy w głównych działach biotechnologii, ma wiedzę dotyczącą: najnowszych badań, odkryć i ich zastosowań w medycynie ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmu powstawania chorób nowotworowych (S3_W01)

- zna rodzaje terapii przeciwnowotworowych (S3_W01)

- wykazuje znajomość zasad planowania badań, nowoczesnych technik zbierania danych oraz stosowania różnych narzędzi badawczych w zakresie mechanizmów nowotworzenia i terapii przeciwnowotworowych (S3_W02)

- samodzielnie planuje i prowadzi prace doświadczalnych, opracowuje wyniki w formie nadającej się do dyskusji, oceny lub publikacji (S3_U03)

- krytycznie analizuje i selekcjonuje informacje, zwłaszcza ze źródeł elektronicznych (S3_K01)

- wykazuje odpowiedzialność za powierzony zakres prac badawczych oraz za pracę laboratoryjną własną i innych (S3_K03)

- właściwie ocenia zagrożenia wynikające ze stosowanych technik badawczych i tworzy warunki bezpiecznej pracy (S3_K03)

- docenia wagę narzędzi statystycznych i bioinformatycznych przy opisie wyników prac eksperymentalnych i procesów zachodzących w przyrodzie (S3_K01)

- ma nawyk korzystania z obiektywnych źródeł informacji naukowej (S3_K01)

student Biologii (biologia molekularna):

- wykazuje znajomość aktualnego stanu wiedzy w głównych działach biotechnologii, ma wiedzę dotyczącą: najnowszych badań, odkryć i ich zastosowań w medycynie ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmu powstawania chorób nowotworowych (S2_W01)

- zna rodzaje terapii przeciwnowotworowych (S2_W01)

- wykazuje znajomość zasad planowania badań, nowoczesnych technik zbierania danych oraz stosowania różnych narzędzi badawczych w zakresie mechanizmów nowotworzenia i terapii przeciwnowotworowych (S2_W02)

- samodzielnie planuje i prowadzi prace doświadczalnych, opracowuje wyniki w formie nadającej się do dyskusji, oceny lub publikacji (S2_U03)

- krytycznie analizuje i selekcjonuje informacje, zwłaszcza ze źródeł elektronicznych (S2_K01)

- wykazuje odpowiedzialność za powierzony zakres prac badawczych oraz za pracę laboratoryjną własną i innych (S2_K03)

- właściwie ocenia zagrożenia wynikające ze stosowanych technik badawczych i tworzy warunki bezpiecznej pracy (S2_K03)

- docenia wagę narzędzi statystycznych i bioinformatycznych przy opisie wyników prac eksperymentalnych i procesów zachodzących w przyrodzie (S2_K01)

- ma nawyk korzystania z obiektywnych źródeł informacji naukowej (S2_K01)

Warunki zaliczenia ćwiczeń:

- uczestniczenie w co najmniej 85% zajęć;

- aktywność na zajęciach pozwalająca pozytywnie ocenić wiedzę, umiejętności i kompetencje społeczne uzyskane jakie w toku zajęć (opisane w sylabusie jako przedmiotowe efekty kształcenia);

- przygotowanie sprawozdań z opisem wyników wszystkich ćwiczeń oraz ich interpretacją;

- przygotowanie i przedstawienie prezentacji dotyczącej wybranego zagadnienia związanego z tematyką zajęć (ocenianej przez prowadzących zajęcia na podstawie kompletności przedstawionych informacji i wartości merytorycznej).

Na ocenę końcową z laboratorium składa się ocena z pisemnego testu (50%) i ocena z prezentacji (50%).

Warunki zaliczenia egzaminu:

Egzamin jest testem jednokrotnego wyboru. Warunkiem zaliczenia egzaminu jest uzyskanie ponad połowy możliwych do zdobycia punktów.

Nie dotyczy