Particularitatile functionale generale ale celulelor maligne

Particularitatile functionale generale ale celulelor maligne

Transformarea maligna este un proces care se realizeaza in trepte si implica cel putin doua clase de functii biologice. Prima este cea care determina imortalizarea^*, ceea ce semnifica stabilizarea celulelor in vitro, adica dobandirea potentialului de crestere nelimitata. Imortalizarea nu este un indicator al transformarii maligne, pentru ca celulele se imortalizeaza inainte de expunerea la stimuli transformanti. Stabilizarea unei tulpini celulare se poate face sub actiunea unor stimuli si depinde de predispozitia naturala a celulelor de a dobandi imortalitatea. Celulele sanguine animale sunt imortalizate numai prin transformare, cele aderente umane sunt rareori stabilizate, iar cele de soarece se stabilizeaza usor.

A II-a clasa de functii este cea care determina transformarea maligna, asociata cu modificari fenotipice si fiziologice. Uneori, chiar tumorile benigne progreseaza spre malignitate si stadiile timpurii ale malignizarii sunt greu de identificat.

Distinctia dintre celulele normale si cele transformate malign se bazeaza pe un set de caractere care nu sunt totdeauna evidente si acceptate. Pentru scopuri practice, o celula transformata, se defineste prin caracterul permanent al cresterii sale, nelimitata in timp si prin capacitatea de a initia cresterea tumorii, dupa transplantare la organismele singenice.

Celula maligna este mai putin diferentiata (este dediferentiata), adica a pierdut intr-o masura semnificativa particularitatile structurale si functionale ale celulei normale de origine. De exemplu, celulele canceroase hepatice pierd anumite enzime caracteristice celulelor hepatice normale si pierd cele mai multe functii specifice ficatului.

Celulele maligne se pot distinge de celulele normale prin analiza microscopica. Ele poseda caracteristicile celulelor cu crestere rapida, adica au un raport mare N/C, nucleoli proeminenti, mitoze frecvente si o specializare structurala redusa. Prezenta celulelor invadante printre celulele normale invecinate este cel mai sigur indiciu al malignitatii.

Imortalizarea este explicata prin scurtarea progresiva a telomerei, pe masura ce progreseaza numarul ciclurilor de diviziune, in vitro si in vivo. Telomera are rolul unui ceas molecular ce controleaza capacitatea replicativa si intrarea celulelor in senescenta. ADN-pol nu poate sa replice complet capatul 3' al catenei lagging al moleculei lineare

In vitro, celulele mamaliene normale prolifereaza un numar limitat de generatii. Scurtarea telomerei in celulele umane normale are rolul unui ceas molecular care monitorizeaza istoria replicativa a celulelor.

La limita superioara a numarului de cicluri, una sau mai multe telomere ajunse la dimensiunea critica, declanseaza o oprire ireversibila a cresterii, denumita senescenta replicativa sau stadiu 1 de mortalitate (M 1).

Celulele care scapa senescentei, activeaza o gena critica pentru ciclul celular (ca de exemplu, p 53) si continua sa se divida pana la o noua scurtare a telomerei, cand ajung la al II-lea blocaj replicativ denumit stadiu de criza sau stadiu 2 de mortalitate (M 2), caracterizat prin mortalitate masiva, datorat telomerelor scurte si nefunctionale. Putine celule supravietuiesc crizei si sunt capabile sa pastreze lungimea telomerei prin activarea telomerazei. Aceasta conditioneaza proliferarea celulara nelimitata, adica imortalizarea.

Telomeraza este o ADN-pol dependenta de ARN, care sintetizeaza secventele ADN telomerice si aproape totdeauna constituie baza moleculara pentru potentialul nelimitat de proliferare.

Activitatea telomerazei lipseste in cele mai multe celule somatice umane, dar este prezenta in peste 90% dintre celulele maligne si in celulele imortalizate in vitro.

Telomeraza este alcatuita din 2 componente esentiale:

ARN functional, care serveste ca matrita pentru sinteza ADN telomeric

o proteina catalitica (hTERT)cu activitate de RT. hTERT este in general represata in celulele normale si are activitate inalta in celulele imortalizate

Telomeraza coopereaza cu oncogenele sau inactiveaza antioncogenele, pentru a induce conversia tumorigena si induce malignizarea celulelor epiteliale umane si a fibroblastelor.

Telomeraza are rol important in senescenta celulara.

Celula maligna este o celula "anarhica, asociala si antisociala", care nu recunoaste celulele vecine si se divide in ritm propriu. Are aderenta scazuta fata de vecinele sale si din aceasta cauza, are caracter invaziv, adica se desprinde de celulele invecinate, migreaza la distanta printre celulele normale si initiaza un nou centru de crestere, la distanta de focarul initial. Pentru migrare, ele produc atat receptori pentru proteinele membranei bazale, cat si enzime care degradeaza componentele structurale ale membranei bazale(colagenul, proteoglicanii, glucozaminoglicanii). Celulele tumorale metastatice pot sa adere de celulele endoteliale, ceea ce usureaza migrarea lor, dar in ultima instanta ele parasesc patul vascular si incep cresterea intr-un mediu strain. Celulele metastatice trebuie sa adere de noile tipuri celulare si sa se multiplice.

Celulele maligne continua sa se divida in conditiile in care, celulele normale raspund prin incetarea cresterii si diviziunii, atat in vivo cat si in vitro.

Diferentele dintre celulele transformate malign si cele normale se pot imparti in 4 categorii:

1) modificari ale modului de crestere

2) modificari ale suprafetei celulare

3) modificari ale componentelor intracelulare, ce rezulta din prezenta genelor transformante

4) modificari fiziologice.

5) modificari genetice.

l) Modificarile modului crestere includ:

a) cresterea la o densitate celulara superioara

b) necesarul redus de factori de crestere in mediu

c) diminuarea dependentei de suportul de crestere

d) formarea tumorilor (tumorigeneza), dupa injectarea in vivo.

Densitatea celulara. Celulele maligne realizeaza, in vitro, densitati mari pe unitatea de suprafata, de 5-l0 ori mai mari decat celulele normale, deoarece, pierzandu-si inhibitia de contact cresc in straturi suprapuse. Cresterea lor este aglomerata (tridimensionala). Pe suprafata suportului solid, se formeaza aglomerari de celule, denumite microtumori, iar in vivo, pierderea inhibitiei de contact se reflecta in caracterul invaziv al cresterii si in modificarea arhitecturii normale a tesutului.

Scaderea necesarului de factori de crestere Celula maligna are necesitati scazute pentru factorii de crestere. Spre deosebire de celula normala, cresterea celulei maligne este relativ independenta de factorii serici stimulatori (hormoni, vitamine, ioni de Ca²⁺). Celulele tumorale se divid cu o rata foarte inalta, la concentratii serice foarte putin favorabile cresterii celulelor normale, deoarece mecanismele lor de transport membranar a nutrientilor (glucoza, aminoacizi, etc.) sunt de 5-l0 ori mai eficiente, comparativ cu ale celulelor normale, fiind active chiar la concentratii foarte scazute ale moleculelor nutritive.

Diminuarea dependentei fata de suportul de crestere in vitro. Celulele maligne pierd partial sau total, dependenta de suportul de crestere si se divid in medii semisolide si chiar lichide. Pierderea dependentei de ancorare de suport este foarte evidenta, chiar in vivo, pentru tumorile lichide (ascite).

Scaderea aderentei fata de suport si fata de celulele vecine, cresterea accentuata a mobilitatii, abolirea capacitatii de recunoastere selectiva a semnalelor din mediul extern se explica prin diminuarea cantitativa a integrinelor in membrana celulelor maligne. Datorita scaderii aderentei, celula tumorala se desprinde din angrenajul ei structural si migreaza la distanta, formand metastaze.

Actiunea tumorigena. Celulele maligne, dupa injectarea la organisme cu molecule de histocompatibilitate identice se divid si produc tumori.

2) Modificarile suprafetei celulare. Probabil, cea mai importanta diferenta a celulelor maligne, fata de celulele normale, consta in mobilitatea proteinelor suprafetei celulare. Datorita acestui fapt, anticorpii pot mai usor sa aglutineze o proteina a suprafetei celulelor transformate. Alterarea legaturilor dintre proteinele de suprafata si elementele citoscheletului, reprezinta baza alterarii morfologiei celulelor transformate si este probabil cauza mobilitatii proteinelor. Modificarile suprafetei se exprima astfel:

cresterea gradului de aglutinabilitate cu lectinele din plante;

modificarea cantitativa a glicoproteinelor si glicolipidelor

Lipidele membranare ale celulelor maligne nu au mobilitate superioara.

Celulele transformate malign pierd fibronectina, ceea ce explica scaderea aderentei de suport si cresterea mobilitatii. Pierderea fibronectinei este consecinta ratei scazute de sinteza, a secretiei de proteaze, a turnover-ului ridicat sau a exprimarii diminuate a receptorilor de fibronectina pe suprafata celulei. Adaugarea fibronectinei (in vitro), derivata din celulele normale, reverseaza la normalitate morfologia celulelor tumorale.

Pe suprafata celulelor maligne se gaseste o cantitate crescuta de mucopolizaharide, ce se evidentiaza cu coloratii speciale.

Celula tumorala contine pe suprafata sa, molecule glicoproteice noi (absente pe suprafata celulei normale), care se comporta ca antigene. Sinteza lor este determinata de starea transformata. Antigenele tumorale formeaza o adevarata retea moleculara pericelulara.

3) Schimbarile componentelor intracelulare includ, in primul rand, modificarile citoscheletului. Independenta de crestere fata de suportul mecanic se coreleaza cu modificari ale citoscheletului: pierderea filamentelor de actina sau redistribuirea lor in celula. In celula normala, filamentele de actina se insera pe membrana plasmatica, la jonctiunea acesteia cu suportul de crestere. In celula maligna, filamentele de actina au o distributie difuza. Datorita dezorganizarii retelei de actina, celulele maligne sunt mai usor deformabile. De aceea, la examenul microscopic, morfologia celulelor tumorale este modificata. Pierderea elementelor de citoschelet se asociaza cu cresterea mobilitatii proteinelor suprafetei celulare.

4) Modificari fiziologice. In celulele transformate malign, activarea sau supresia unor gene celulare specifice sunt modificari obisnuite, datorate proceselor de dediferentiere celulara, ce constau in pierderea intr-o masura mai mare sau mai mica, a functiilor specifice celulelor normale de origine. In unele cazuri, celulele transformate malign prezinta activitati de tipul "uzurparilor de identitate". De exemplu, tumorile de origine pulmonara produc hormoni hipotalamici (vasopresina) sau hipofizari (hormon corticotrop), fapt explicabil prin derepresia unor gene nefunctionale in celula normala de origine.

Sinteza factorilor de crestere. Factorii de crestere sunt proteine secretate de celulele normale, cu efect stimulator al cresterii celulelor embrionare si diferentiate.

Unele celule transformate produc atat factori de crestere, cat si receptorii corespunzatori, ceea ce constituie o modalitate de autostimulare a cresterii, denumita stimulare autocrina.

Secretia de proteaze. Celula transformata secreta proteaze, care usureaza procesul de metastazare. Este cunoscuta proteaza activatoare a plasminogenului, ce cliveaza o legatura peptidica a plasminogenului seric si-l converteste la plasmina, o proteaza. Secretia unei mici cantitati de activator al plasminogenului, determina cresterea concentratiei proteazei in plasma. Celulele normale tratate cu proteaza, manifesta unele caracteristici ale celulelor transformate(pierderea microfilamentelor de actina, stimularea cresterii), ceea ce sugereaza ca secretia de activator al plasminogenului favorizeaza mentinerea starii transformate a anumitor linii celulare. In vivo, proteaza favorizeaza metastazarea celulelor maligne prin membrana bazala.

Cresterea ratei sintezei macromoleculelor (ADN, ARN, proteine). In celula maligna, sinteza ADN are loc cu o rata ne superioara (de pana la l0 ori mai mare), in raport cu celula normala.

Cresterea ratei metabolice. Celulele tumorale manifesta efectul Crabtree - fenomenul de inhibitie a respiratiei in prezenta glucozei. Consecinta este ca celulele tumorale catabolizeaza glucoza pe cale predominant anaeroba (fermentativa) si produc cantitati mari de acid lactic. Catena de respiratie celulara, pierde intr-o masura semnificativa, citocromii a, b si c, prin diminuarea sintezei lor. Astfel, activitatea ciclului Krebs diminua pana inhibitia totala.

Deoarece mecanismele de transport membranar sunt foarte eficiente, celula tumorala se comporta ca o capcana de substante nutritive. Transportorul de glucoza are afinitate mult mai mare pentru glucoza, decat cel neuronal sau eritrocitar. Transportul glucozei cu o rata crescuta se coreleaza cu glicoliza inalta a celulelor maligne.

Rata de crestere si diviziune a celulelor maligne este net superioara fata de a celulelor normale de origine, ca o expresie a ratei metabolice foarte inalte.

5) Modificari genetice. Informatia genetica transformanta (oncogena celulara malignizanta, ADN viral) si produsele de transcriere si traducere (ARNm viral, proteinele virale) sunt prezente constant in celulele in celulele transformate de virusuri.

Celulele maligne se caracterizeaza prin modificari genetice, ce se manifesta printr-o accentuata instabilitate a setului cromosomal. Sunt frecvente modificarile numerice ale garniturii cromosomale (aneuploidie). Schimburile intercromosomale de fragmente sunt un marker distinctiv al celulelor maligne. Una dintre modificari este translocatia, fenomen mutational prin care un fragment cromosomal de dimensiuni variate este transferat de pe un cromosom, pe altul neomolog. De exemplu, in leucemia mieloida cronica, un fragment al unui cromosom al perechii 22 este translocat pe unul cromosom al perechii 9. Cromosomul mai scurt al perechii 22 se numeste cromosom Philadelphia si este rezultatul unui proces de translocatie nereciproca. In celulele tumorale au loc, uneori, procese de translocatie robertsoniana, prin care cei doi cromosomi telocentrici, fuzioneaza prin centromerii lor, rezultand un cromosom metacentric sau submetacentric.