background image

Lecture 7: Biochemistry of cancer and tumor markers 

 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin 2013

 

1

 

Biochemistry of Cancer and Tumor Markers 

 

The term cancer applies to a group of diseases in which cells 

grow abnormally and form a malignant tumor. It is a long term 

multistage genetic process. The first stage is when the DNA is 

damaged by some form of carcinogen: physical, chemical, and 

biologic agents (e.g. smoking, radiation, chemicals, and virus). 

These agents damage or alter DNA, so that cancer is truly a 

disease of the genome. At some later time, additional damage 

occurs that eventually leads to chromosome breakdown and 

rearrangement. This process produces a new phenotype that 

loses control over the process of mitosis. The process of mitosis 

continues and unlimitedly produces malignant tumor cells. 

Eventually, there is a production of a growing mutant cell that 

expresses oncogenes. Oncogenes are mutated derivatives of 

normal genes (proto-oncogenes) whose function is to promote 

proliferation or cell survival. (Oncogenes: are genes capable of 

inducing or maintaining transformation of cells). Benign tumor 

cells have lost growth control but do not metastasize.   

 

Much  current  interest  in  cancer  is  focused  on  the  study  of 

oncogenes  and  tumor  suppressor  genes.  Normal  cells  contain 

potential 

precursors 

of 

oncogenes, 

designated 

proto-

oncogenes.  Activation  of  these  genes  to  oncogenes  is  achieved  by  at  least  five 

mechanisms: 

1.  promoter and  

2.  enhancer insertion 

3.  Chromosomal translocation,  

4.  gene amplification 

5.  Point mutation.  

Activated  oncogenes  influence  cellular  growth  by  perturbing  normal  cellular 

mechanism of growth control, by acting as growth factors or receptors, and probably 

by other means as well. 


background image

Lecture 7: Biochemistry of cancer and tumor markers 

 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin 2013

 

2

 

Tumor suppressor genes (normal growth suppressor genes) encode proteins that 

inhibit proliferation, promote cell death, or repair DNA; both alleles need to be 

inactivated for transformation (a loss of function). Growth suppressor genes have 

been called the guardians of the cell.  

Tumor suppressor genes are now recognized as key players in the genesis of 

cancer. 

 Important tumor suppressor genes include RB1  and P53, both of which are nuclear 

phosphoproteins and probably affect the transcription of genes involved in regulating 

events in the cell cycle.  

Tumor  progression  reflects  instability  of  the  tumor  genome  probably  due  at  least  in 

part  to  defects  in  DNA  repair  systems,  activation  of  additional  oncogenes,  and 

inactivation of additional tumor suppressor genes. 

The extensive biochemical analyses of the Morris minimal-deviation 

Hepatomas 

(tumors originally induced in rats by feeding them the carcinogens 

fluorenylphthalamic acid, fluorenylacetamide compounds, 

or trimethylaniline. These hepatocellular carcinomas are transplantable in an inbred host strain 

of rats and have a variety of growth rates and degrees of differentiation. All these tumors are 

malignant and eventually 

kill the host. The term “minimal deviation” was coined by Potter to 

convey the idea that some of these neoplasms differ only slightly from normal hepatic 

parenchymal cells)

 

led Weber to formulate the “molecular correlation concept” of 

cancer, which states 

that “the biochemical strategy of the genome in neoplasia 

could be identified by elucidation of the pattern of gene expression as revealed 

in the activity, concentration, and isozyme aspects of key enzymes and their 

linking with neoplastic transformation a

nd progression.” 

Weber proposed three general types of biochemical alterations associated with 

malignancy: 

1.  transformation-linked  alterations  that  correlate  with  the  events  of  malignant 

transformation and that are probably altered in the same direction in all malignant 

cells;  

2.  progression-linked alterations that correlate with tumor growth rate, invasiveness, 

and metastatic potential; and  

3.  coincidental  alterations  that  are  secondary  events  and  do  not  correlate  strictly 

with transformation or progression. 


background image

Lecture 7: Biochemistry of cancer and tumor markers 

 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin 2013

 

3

 

Those  metabolic  pathways  that  contained  enzymes  which  fulfilled  one  or  more  of 

these criteria are indicated in Table (1) along with the alteration that was observed in 

cancer.  

Table(1) Molecular Correlation Concept and Affected Processes 

Biochemical Process 

 

 

  

Alteration in Cancer Cells 

Pyrimidine and purine synthesis    

 

 

Increased 

Pyrimidine and purine catabolism  

 

 

Decreased 

RNA and DNA synthesis    

 

 

 

Increased 

Glucose catabolism  

 

 

 

 

Increased 

Glucose synthesis    

 

 

 

 

Decreased 

Amino acid catabolism (for gluconeogenesis)    

Decreased 

Urea cycle    

 

 

 

 

 

Decreased 

Enzymes in Malignancy 

Plasma total enzyme activities may be raised or an abnormal isoenzyme detected, 

in several neoplastic disorders. 

• Serum prostatic (tartrate-labi!e) acid phosphatase activity rises in some cases of 

malignancy of the prostate gland. 

•  Any  malignancy  may  be  associated  with  a  non-specific  increase  in  plasma  LD

1

 

( H B D )   and. occasionally, transaminase activity. 

• Plasma transaminase and alkaline  phosphatase estimations  may be of  value  to 

monitor  treatment  of  malignant  disease.  Raised  levels  may  indicate  secondary 

deposits in liver or of alkaline phosphatase, in bone. Liver deposits may also cause 

an increase in plasma LD or GGT. 

•  Tumors  occasionally  produce  a  number  of  enzymes,  such  as  the  'Regan'  ALP 

isoenzyme.'  LD  (HBD)  or  CK-BB.  assays  of  which  may  be  used  as  an  aid  to 

diagnosis or for monitoring treatment. 

 

A number of oncodevelopmental tumor-associated antigens appear on tumor cells as 

a result of the apparent re-expression (or increased expression) of embryonic genes, 

and a number of these are useful as tumor markers for cancer diagnosis and disease 

progression. 

These  include  alpha-fetoprotein  (AFP),  carcinoembryonic  antigen  (CEA),  and  a 

number of inappropriately (ectopically) produced hormones. (Table (2). 


background image

Lecture 7: Biochemistry of cancer and tumor markers 

 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin 2013

 

4

 

 

Classification of Tumor Markers 

Tumor markers come from a variety of groups:  

Enzymes,  glycoproteins,  hormones  and  hormone-like  substances,  hormone 

receptors, oneogenes, and oneogene reseptors. The list of tumor markers that arise 

from  this  list  is  quite  extensive.  However,  because  of  the  low  sensitivity  and 

specificity  of  most  tumor  markers,  the  Food  and  Drug  Administration  (FDA)  has 

approved only a few assay kits as tumor markers.  

What are they? 

Tumor  markers  are  substances,  usually  proteins  that  are  produced  by  the  body  in 

response  to  cancer  growth  or  by  the  cancer  tissue  itself.  Some  tumor  markers  are 

specific,  while  others  are  seen  in  several  cancer  types.  Many  of  the  well-known 

markers  are  also  seen  in  non-cancerous  conditions.  Consequently,  these  tumor 

markers are not diagnostic for cancer. 

There are  only a  handful of  well-established  tumor markers  that  are  being  routinely 

used  by  physicians.  Many  other  potential  markers  are  still  being  researched.  Some 

marker tests cause great excitement when they are first discovered but, upon further 

investigation, prove to be no more useful than markers already in use.  

The goal is to be able  to screen for and diagnose cancer early, when it is the most 

treatable and before it has had a chance to grow and spread. So far, the only tumor 

marker to gain wide acceptance as a general screen is the Prostate Specific Antigen 

(PSA)  for  men.  Other  markers  are  either  not  specific  enough  (too  many  false 


background image

Lecture 7: Biochemistry of cancer and tumor markers 

 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin 2013

 

5

 

positives,  leading  to  expensive  and  unnecessary  follow-up  testing)  or  they  are  not 

elevated early enough in the disease process. 

Some people are at a higher risk for particular cancers because they have inherited a 

genetic  mutation.  While  not  considered  tumor  makers,  there  are  tests  that  look  for 

these mutations in order to estimate the risk of developing a particular type of cancer. 

BRCA1  and  BRCA2  are  examples  of  gene  mutations  related  to  an  inherited  risk  of 

breast cancer and ovarian cancer.  

Why are they done?  

Tumor markers are not  diagnostic in  themselves. A definitive diagnosis of cancer is 

made by looking at biopsy specimens (e.g., of tissue) under a microscope. However, 

tumor markers provide information that can be used to:  

Screen: Most markers are not suited for general screening, but some may be used in 

those  with  a  strong  family  history  of  a  particular  cancer.  In  the  case  of  genetic 

markers, they  may be  used to  help  predict  risk in  family members.  (PSA testing  for 

prostate cancer is an example).   

Help diagnose: In a patient that has symptoms, tumor markers may be used to help 

identify  the  source  of  the  cancer,  such  as  CA-125  for  ovarian  cancer,  and  to  help 

differentiate it from other conditions.    

Stage: If a patient  does have cancer, tumor marker elevations can be used to help 

determine how far the cancer has spread into other tissues and organs.   

Determine prognosis. Some tumor markers can be used to help doctors determine 

how aggressive a cancer is likely to be.   

Guide  Treatment.  Some  tumor  markers  will  give  doctors  information  about  what 

treatments their patients may respond to.   

Monitor  Treatment.  Tumor  markers  can  be  used  to  monitor  the  effectiveness  of 

treatment, especially in advanced cancers. If the marker level drops, the treatment is 

working; if it stays elevated, adjustments are needed.   

Determine  recurrence.  Currently,  one  of  the  biggest  uses  for  tumor  markers  is  to 

monitor  for  cancer  recurrence.  If  a  tumor  marker  is  elevated  before  treatment,  low 

after treatment, and then begins  to rise over time, then it is likely that  the cancer is 

returning.  (If  it  remains  elevated  after  surgery,  then  chances  are  that  not  all  of  the 

cancer was removed.)  


background image

Lecture 7: Biochemistry of cancer and tumor markers 

 

Prof. Dr. H.D.El-Yassin 2013

 

6

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 102 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل