Bài giảng Ứng dụng sinh học phân tử trong các bệnh lý ung thư

ỨNG DỤNG SINH HỌC PHÂN TỬ

TRONG CÁC BỆNH LÝ UNG THƯ

TS.BS. Hoàng Anh Vũ

Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 10 năm 2013 1

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

1. GIỚI THIỆU CÁC BẤT THƯỜNG GEN

TRONG UNG THƯ

2. PHÁT HIỆN NGUY CƠ DI TRUYỀN CỦA

UNG THƯ

3. PHÁT HIỆN CÁC ĐÍCH NHẮM PHÂN TỬ

CHO ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

MÔ HÌNH UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG

(Jones S, PNAS 2008)

UNG THƯ LÀ “BỆNH” CỦA GEN

Rối loạn hoạt động của gen: 1. Bất thường nhiễm sắc thể 2. Đột biến gen: Thêm chức năng gen sinh ung

và mất chức năng gen đè nén khối u

ĐỘT BIẾN GEN KRAS TRONG UNG THƯ

ĐỘT BIẾN GEN P53 TRONG UNG THƯ

VAI TRÒ P53 TRONG APOPTOSIS (CHẾT TẾ BÀO THEO LẬP TRÌNH)

CHIẾN LƯỢC ĐIỀU TRỊ DỰA TRÊN P53

(Wiman KG, Oncogene 2010)

CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA PRIMA-1

(PRIMA-1: P53 reactivation and induction of massive apoptosis)

BẤT THƯỜNG PHÂN TỬ TRONG UNG THƯ

Đỏ: đột biến thêm chức năng; xanh lá: đột biến mất chức năng; xanh dương: tăng biểu hiện gen. BC: breast cancer; CRC: colorectal cancer; EC: endometrial cancer; GB: glioblastoma; HNC: head and neck cancer; LC: lung cancer; Me: melanoma; OC: ovarian cancer; PC: pancreatic cancer; PrC: prostate cancer; TC: thyroid cancer (Laurent-Puig P, Clin Cancer Res 2009) 10

THUỐC NHẮM TRÚNG ĐÍCH PHÂN TỬ

(Ma W, CA Cancer J Clin 2009;59;111-137)

THỊ PHẦN THUỐC ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

(Aggarwal S, Nature Review Cancer 2010)

CÁC NHÓM GEN TRONG QUÁ TRÌNH UNG THƯ

(Chiang AC, NEJM 2008)

THỜI GIAN TIỀM ẨN CỦA DI CĂN

(Nguyen DX, Nat Rev Cancer 2009)

DI CĂN PHỔI

Epiregulin (EREG), prostaglandin G/H synthase 2 (PTGS2) Lysyl oxidase (LOX), angiopoietin-like 4 (ANGPTL4), transforming growth factor-β (TGFβ)

(Nguyen DX, Nat Rev Cancer 2009)

CÁC THAY ĐỔI CHÍNH TRONG SỰ CHUYỂN DẠNG BIỂU MÔ – TRUNG MÔ (EMT)

(Epithelial – mysenchymal transformation)

(Micalizzi DS, J Mammary Gland Biol Neoplasia 2010)

EMT TRONG PHÁT TRIỂN PHÔI

EMT trong quá trình phát triển phôi 3 lá

EMT trong quá trình phát triển phôi thần kinh

EMT THÚC ĐẨY DI CĂN

(Micalizzi DS, J Mammary Gland Biol Neoplasia 2010)

THAY ĐỔI FOCAL ADHESION KINASE (FAK) VÀ DIỄN TIẾN UNG THƯ

(Tế bào đậm màu là tế bào biểu hiện mạnh FAK)

(Gabarra-Niecko V, Cancer and Metastasis Reviews 2003)

(N: normal; B: benign; PI: preinvasive; M: metastatic; IHC: immunohistochemistry)

TƯƠNG TÁC FAK-SRC

THUỐC ỨC CHẾ FAK VÀ SRC

(Bolos V, OncoTargets and Therapy 2010)

1. GIỚI THIỆU CÁC BẤT THƯỜNG GEN

TRONG UNG THƯ

2. PHÁT HIỆN NGUY CƠ DI TRUYỀN CỦA

UNG THƯ

3. PHÁT HIỆN CÁC ĐÍCH NHẮM PHÂN TỬ

CHO ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

GEN MẪN CẢM VỚI UNG THƯ

APC: adenomatous polyposis coli; FAP: familial adenomatous polyposis; GWA, genome-wide association (Fletcher O, Nat Rev Cancer 2010)

Hội chứng

Gen liên quan

Loại khối u

APC

Ung thư đại trực tràng, u xương

Bệnh polyp tuyến gia đình

Ung thư vú/buồng trứng gia đình BRCA1, BRCA2 Ung thư vú, ung thư buồng trứng

U nguyên bào võng mạc gia đình RB1 U nguyên bào võng mạc, u

xương

hMLH1, Hội chứng Lynch Ung thư đại trực tràng, ung thư

hMSH2, (ung thư đại tràng không polyp nội mạc tử cung, ung thư dạ dày,

hPMS2, hMSH6 gia đình) ung thư buồng trứng

P53, hCHK2 Hội chứng Li Fraumeni Sarcoma mô mềm, ung thư vú,

BLM

Hội chứng Bloom

U đặc

u não, leukemia

PTEN Hội chứng Cowden Ung thư vú, hamartoma

FACC, FACA Thiếu máu Fanconi Leukemia cấp dòng tủy

MET Ung thư thận gia đình Ung thư thận, các ung thư khác

UNG THƯ VÚ: CÁC DẤU ẤN PHÂN TỬ

1. Estrogen receptor (+): 60-70% 2. HER2(+): 20-30% 3. Đột biến gen BRCA1/2: 5-10%

Upon generation of a double-strand break , the MRN complex (Mre11–Rad50–Nbs1) recognizes the lesion. The MRN complex recruits CtIP and BRCA1/BARD1. MRN nuclease activity is stimulated following its interaction with CtIP. This nuclease activity, together with other unconfirmed factors, generates 3’-ssDNA overhangs on either side of the break that rapidly bind RPA (replication protein A). Through its interaction with PALB2, BRCA1 leads to the recruitment of BRCA2, which, in turn, recruits and loads the Rad51 recombinase, displacing RPA. This RAD51 nucleoprotein filament catalyzes strand invasion and initiates the homology search on the intact sister chromatid.

CÁC GEN MẪN CẢM VỚI UNG THƯ VÚ

VAI TRÒ CÁC GEN TRONG UNG THƯ VÚ

BRCA1: BREAST CANCER 1 GENE

Đột biến mầm: • Gặp trong 5% ung thư vú chung • Gặp trong 20 – 40% các gia đình có nhiều người bị

ung thư vú

• Người mang gen đột biến có 80% nguy cơ ung thư vú

Đối với người mang gen đột biến: • Chương trình tầm soát: Chụp nhũ ảnh, siêu âm và MRI • Can thiệp phòng ngừa: Tamoxifen, đoạn nhũ hoặc cắt

buồng trứng

BRCA1 LÀ MỘT GEN RẤT LỚN

• Genomic DNA = 100 kb • mRNA = 7,8 kb • Protein = 1863 amino acid

BRCA1: VỊ TRÍ MỒI TRONG PCR

1 2

PCR 1

PCR 2

PCR 4

PCR 3

PCR 5

PCR 6

PCR 7

PCR 8

PCR 9

PCR 10

PCR 11

PCR 12

PCR 13

PCR 14

PCR 15

BRCA1: SẢN PHẨM PCR

GIẢI TRÌNH TỰ CHUỖI DNA ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘT BIẾN GEN

Tinh sạch sản phẩm

Điện di

Giải trình tự DNA

BRCA1: 18 KIỂU THAY ĐỔI (VIỆT NAM)

BRCA1: ĐỘT BIẾN GÂY BỆNH 1792 STOP

A

BÌNH THƯỜNG

ĐỘT BIẾN

B

33

32

46

29

30

21

20

31

48

37

35

44

45

43

36

39

42

34

47

41

38

50

49

BRCA1: ĐỘT BIẾN GÂY BỆNH R1751X

WILD-TYPE

MUTATION

• Bệnh nhân 38 tuổi, có 2 người trong gia đình ung thư vú • Đã từng được phát hiện trên 3 bệnh nhân Việt Nam

sống tại Mỹ (Kurian AW, J Clin Oncol 2008)

ĐỘT BIẾN GEN RB TRONG RETINOBLASTOMA

Phát hiện đột biến gen RB: • Tầm soát ung thư cho người lành mang gen đột biến • Đánh giá nguy cơ xuất hiện bệnh ở mắt còn lại trên bệnh nhân đang điều trị

ĐỘT BIẾN GEN RB TRONG RETINOBLASTOMA

1. GIỚI THIỆU CÁC BẤT THƯỜNG GEN

TRONG UNG THƯ

2. PHÁT HIỆN NGUY CƠ DI TRUYỀN CỦA

UNG THƯ

3. PHÁT HIỆN CÁC ĐÍCH NHẮM PHÂN TỬ

CHO ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

UNG THƯ VÚ: KHUẾCH ĐẠI GEN HER2

Gen HER-2

Protein HER-2

FISH

Hóa mô miễn dịch (IHC: Immunohistochemistry)

ĐÁNH GIÁ HER2 BẰNG IHC VÀ FISH

3+

Negative/0

1+

2+

Normal

High amplification

Low amplification

UNG THƯ VÚ: KHUẾCH ĐẠI GEN HER2

HER2 (NST 17)

Bình thường: 2 tín hiệu màu đỏ

Ung thư vú: nhiều tín hiệu đỏ

Trastuzumab (Herceptin) 46

PHÂN BỐ ĐỘT BIẾN KIT TRONG GIST

Exon 9

Exon 11

Exon 13

(Kitamura Y, Cancer Sci 2003)

Exon 17

(Science 2003;299:708-710)

KIT-mt

KIT-wt

HOẠT HÓA THỤ THỂ

KHÔNG IMATINIB: ĐỘT BIẾN KIT CÓ TIÊN LƯỢNG XẤU

(Tzen CY, Journal of Cancer Surgery 2007)

HIỆU QUẢ ĐIỀU TRỊ GIST BẰNG IMATINIB

(Blanke, J Clin Oncol 2008)

52 52

ĐÁP ỨNG BAN ĐẦU VỚI IMATINIB TÙY THUỘC ĐỘT BIẾN KIT

(Heinrich, J Clin Oncol 2008)

(Wozniak, Cancer Investigation 2010)

(Pierotti, Nat Rev Clin Oncol 2011)

(Blay, Cancer 2010)

ĐỘT BIẾN KIT VÀ PDGFRA KHÁNG IMATINIB

• • •

Xanh: đột biến nguyên phát/ GIST mắc phải Vàng: đột biến nguyên phát/ GIST di truyền Đỏ: đột biến kháng thuốc

(Lasota, Histopathology 2008)

SAU KHÁNG IMATINIB: ĐÁP ỨNG SUNITINIB TÙY THUỘC KIỂU ĐỘT BIẾN

(Wozniak, Cancer Investigation 2010)

(PFS: Progression-free survival)

VIỆT NAM: ĐỘT BIẾN GEN KIT TRONG GIST

Exon 11

Exon 13

Exon 17

Exon 9

Tỷ lệ đột biến 70,6% (108/153)

Exon 11

Exon 17

Exon 9

•

Protein EGFR tăng biểu hiện trong 40-80% ung thư phổi

không tế bào nhỏ (NSCLC: Non-small Cell Lung Cancer)

•

Gefitinib ức chế đặc hiệu EGFR

•

Chỉ 10% bệnh nhân NSCLC có đáp ứng với gefitinib

(Lynch TJ, N Engl J Med 2004)

ĐỘT BIẾN EGFR TRONG UNG THƯ PHỔI

ĐỘT BIẾN GEN EGFR TRONG UNG THƯ PHỔI

• Carcinôm tuyến > carcinôm

gai-tuyến

• Nữ > nam

• Không hút thuốc lá > hút thuốc

• Theo chủng tộc:

Âu, Mỹ: 3 – 5%

Nhật: 32%

Hàn Quốc: 36.4%

Đài Loan: 55%

Thái Lan: 57,4%

 Việt Nam: ?

(Fukui T, Gen Thorac Cardiovasc Surg 2008)

ĐÁP ỨNG VỚI THUỐC ỨC CHẾ EGFR PHỤ THUỘC KIỂU ĐỘT BIẾN

KHUẾCH ĐẠI CÁC VÙNG GEN EGFR VÀ KRAS

Vai trò quan trọng của giải phẫu bệnh

ĐỘT BIẾN GEN EGFR TRÊN BỆNH NHÂN VIỆT NAM UNG THƯ PHỔI KHÔNG TẾ BÀO NHỎ

• 135 bệnh nhân: 81 nam/ 54 nữ • Tuổi trung bình: 60 tuổi (20 – 85) • 106 carcinoma tuyến (78%)

55/135 có đột biến EGFR (40,7%) • Exon 19: 22 • Exon 21: 22 • Exon18 và 20: 10 • Intron 18: 2

Kỹ thuật giải trình tự DNA phù hợp cho chẩn đoán đột biến EGFR trong ung thư phổi

ĐỘT BIẾN GEN KRAS TRÊN BỆNH NHÂN VIỆT NAM UNG THƯ PHỔI KHÔNG TẾ BÀO NHỎ

EGFR

KRAS

• 35/106 có đột biến (33%) • Đột biến codon 12/13: 24,5% • Đột biến đôi của KRAS: 7 trường hợp • Đột biến KRAS đi kèm EGFR: 12

HÌNH ẢNH ĐỘT BIẾN GEN EGFR

HÌNH ẢNH ĐỘT BIẾN GEN KRAS

UNG THƯ PHỔI: ĐẢO ĐOẠN NST

•

2007: Đảo đoạn của NST 2 tạo gen tổ hợp EML4/ALK trong ung thư phổi không tế bào nhỏ

• Tháng 8/2011: FDA chấp thuận chỉ định crizotinib cho ung thư phổi có biểu hiện EML4/ALK

BẤT THƯỜNG EGFR TRONG UNG THƯ ĐẠI TRỰC TRÀNG

• Đột biến EGFR trong ung thư đại trực tràng: rất hiếm.

• 70% - 80% có biểu hiện EGFR: Đích điều trị của kháng thể

đơn dòng

• Cetuximab có hiệu quả hơn trên bệnh nhân có biểu hiện

mạnh EGFR dạng hoạt động (pEGFR) hoặc có khuếch đại

gen EGFR qua khảo sát bằng FISH

KHẢO SÁT BIỂU HIỆN EGFR BẰNG FISH

Bệnh phẩm

DNA

PCR: EGFR (exon 6 – 14)

Sequencing

(Goncalves A, BMC Cancer 2008;8:169)

PR: partial response, SD: stable disease, PD: progressive disease

LIÊN HỆ GIỮA EGFR, KRAS VÀ BRAF

DỰ ĐOÁN ĐÁP ỨNG VỚI THUỐC ỨC CHẾ EGFR (Xám: nhạy, đen: kháng)

(Uramoto H, British Journal of Cancer 2007;96,857 – 863)

TÓM TẮT NHỮNG ĐIỂM CHÍNH

Bệnh ung thư do bất thường gen gây nên, nhưng không hoàn toàn đồng nghĩa là bệnh di truyền. Đột biến gen trong ung thư thường gây mất chức năng gen đè nén khối u (như APC, P53, BRCA1,...) và thêm chức năng gen sinh ung (như KRAS, BRAF và các gen mã hóa cho thụ thể xuyên màng tế bào như EGFR, KIT, PDGFRA,…) Gia tăng biểu hiện FAK và SRC cùng với sự chuyển dạng biểu mô trung mô (EMT) ở các tế bào ung thư góp phần quan trọng vào hiện tượng di căn của ung thư. Đột biến một gen nhất định có thể gặp trong các ung thư khác nhau. Một loại ung thư nhất định có thể mang bất thường của cùng lúc nhiều gen. Có nhiều gen đột biến gây tăng tính mẫn cảm với ung thư vú, trong đó quan trọng nhất là đột biến BRCA1 và BRCA2. Trong ung thư vú, khuếch đại gen HER2 là một chỉ định của điều trị kháng thể đơn dòng trastuzumab. U mô đệm đường tiêu hóa (GIST) có thể được điều trị bằng imatinib do có mang đột biến gen KIT hoặc PDGFRA. Đột biến gen KIT gặp chủ yếu ở exon 11. Đột biến gen EGFR gây ung thư phổi thường gặp ở exon 18 đến 21. Mỗi kiểu đột biến lại có tính nhạy cảm với thuốc đặc hiệu erlotinib hoặc gefitinib khác nhau. Đột biến exon 19 và 21 thường cho đáp ứng với thuốc tốt nhất, trong khi đột biến T790M của exon 20 gây kháng thuốc. Gen tổ hợp EML4/ALK là do đảo đoạn của nhiễm sắc thể số 2 tạo nên. Tuy chỉ gặp không quá 10% trong ung thư phổi không tế bào nhỏ, nhưng EML4/ALK là đích điều trị hiệu quả của crizotinib.

10. Đột biến gen KRAS trong ung thư gây kháng thuốc khi đích điều trị là các thụ thể xuyên màng.

Đột biến thường gặp nhất ở codon 12 và 13.