Entstehung von Krebs

Definition: Zellen mit defekten Regelkreis, der die normale Zellvermehrung und Homoestase nicht mehr kontrollieren kann. ->also es sterbn immer gleich viele Zellen wie neu gebildet werden aber dies wird nicht mehr reguliert und Zellen teilt sich vermehrt und es kommt zu einer Tumorbildung.

«Gewebsansammlung die normalerweise dort nicht ist»

Regulation des Zellzyklus beid er Entstehung von Krebs wichtig. Öfters veränderungen des Genoms in Oncogene oder auch in nicht-kodierenden aber regulatorischen sequenzen.

Tumorentstehung ist ein vielstufiger Pozess, bei welchem die einzeonen stufen Veränderungen im Genom induzieren->Tumor

Altersabhängig: je älter man wird, desto wahrscheinlicher wird Krebs

Im Alter wird Immunsystem schwächer-> Krebs als solches wird von Immunsystem bekämpft -> normalerweise erkennt und bekämpft das Immunsystem Krebs. Krebs findet Möglichkeiten, Immunsystem zu entweichen.

Es gibt tumorinduzierte Substanzen die Krebs auslösen können, die die DNA beeinflussen (nicht nur Substanzen). Sie induzieren in der DNA Mutationen. Es gibt Mechanismen, die Mutationen auf DNA entfernen und DNA reparieren.

Auf molekularer Stufe ist dann schon viel passiert. ->Zielveränderungen wurden schon durchgemacht

Tumor hat unter Umständen schon Metastaen gebildet, an denen der Mensch/das Tier  stirbt. Tiere/Menschen sterben vor allem an den Metastasen und weniger an Primärtumoren

Muss nun ein therapeutisches Fenster finden, wo Chemotherapie Tumor genug zerstört aber gesundes Gewebe nicht zuviel->hofft das Tumor vor Tier/Mensch stirbt.

Es sind also sehr oft Mutationen, die akkumuliert werden zusätzlich zu einem Immunsystem, welches immer schwächer wird und die sich verändernden Zellen nicht mehr bekämpfen kann.

Akkumulation von DNA-Schädigung führt entsprechend zu einer Reprogrammierung oder einem defekten Regelkreis, dass sich Zellen plötzlich ansprechend vermehren.

Man kann sich nicht vor allem schützen, aber man kann sich zum Beispiel einkremen.

Andere Gewebe,  ie von Tumoren betroffen sindàes sind genetisch induzierte Tumore, die vererbt wurden.

Auch Onkogen-Viren genannt. Sie können Tumore induzieren.

Können auch den Regelkreislauf beeinflussen-

Können Zellen von einen normalen in einen krebsförmigen Zustand bringen. Daher ursprüngliche Idee, dass transformierende Agens eine Nukleinsäure (ein Gen) sein könnte-> Onkogene =Krebsgene genannt.

Onkogene und Proonokene?

Onkogene werden auch Krebsgene genannt. Ähnliche Gene wie Onkogene werden Proonkogene genannt (kennt heut mehr als 30)

Man nimmt an, dass proto-Onkogene normalerweise physiologische Funktionen in der Zelle ausüben->für Krebsgen muss Proto-Onkogen in Onkogen transformiert werden, meistens durch Mutation welche zur Überaktivität der kodierten Proteins führt.

Es scheint das viele Proto-Onkogene wichtig für Zellwachstum oder -differenzierung sind oder Komponente der Signalübermittlung darstellen.

Isolieren DNA von Virus, zerstückelt ihn und schaut es sich einzeln an, indem man es zu der Zelle gibt und schaut, ob es beginnt zu wachsen.

Dasselbe kann man auch mit Substanzen machen. Gibt Substanzen einer normalen Zelle hinzu und schaut, ob das Wachstum induziert wird.

Ist ein normales Gen, dass sich bei Veränderung, durch Mutation der genetischen Information, das Potential hat zu einem Onkogen zu werden.

alle Komponenten in der Wachstumssignale-Kaskade sind sogenannte Proto-Onkogene: Wenn eine Kaskade so verändert, dass sie immer aktiv ist, führt dies zu einer vermehrten Expression des Proteins.

• Onkogene haben das Potentiel die Zelle so stark zu induzieren, dass plötzlich ein zusätzliches Gewebe entsteht
• 

Alle diese Transkriptionsfaktoren (Proteine) haben Möglichkeit, Tumore zu induzieren->Proto-Onkogene. Ein Protein kann sich plötzlich selbst aktivieren und so ist eine Signalkaskade aktiviert unabhängig von Wachstumsfaktor.

Es gibt auch die Möglichkeit von übermässigen Expression von Wachstumsfaktoren.

Es ist immer gesundes Gewebe und Tumor. Der Tumor hat die Fähigkeit mit gesundem Gewebe zu interagieren. Er bringt das gesunde Gewebe dazu, ihm Nährstoffe zur Verfügung zu stellen, die der Tumor selbst nicht mehr produziert. ->das macht Behandlung schwieriger

Biopsie hilft bei behandlung

initiale Mutation durch Substanzen von aussen (zb Rauchen) oder Set-up Mutationen (in Genom, die transformierte Zelle)

 

Durch Teilung der Zelle, obwohl sie es nicht sollte, kommt es zur weiteren Anhäufung von Mutationen. ->driver oder passenger mutations -> krebserregende Veränderungen, die während ´der Replikation nicht mehrrepariert werden können-> Eine Zelle, die den defekten Regelkreislauf hat, wird immer mehr Mutationen aneignen.  Diese verändern den Krebs entsprechend, diese Mutationen.

Es gibt über 100 verschiedene Tumortypen mit Untertypen. -> erfahren alle molekularbiologischen die gleichen Veränderungen

Es wurden 10 biologische Fähigkeiten oder Eigenschaften definiert (mittlerweile 14 bis 18), die den meisten Tumoren zugrunde liegen und erworben werden müssen -> diese veränderung führen zu unkontrollierter Zellvermehrung und Tumorbildung.

Autonome Veränderungen: Viele Veränderungen sind autonom und die Zelle, die selbst die Veränderung erfährt wird entsprechend entartet.

Umgebung: es kann aber auch die Umgebung sein, die der Zelle sagt, dass sie sich teilen soll, weswegen sie entartet. 

Keine homogene Fremdkörper, sondern höchst komplexe Organe. Meiste haben verschiedene Zelltypen =Heterogenität und unterschiedliche lokale Mikroumgebungen.

Heterogenität: Tumorzellen und Tumor-Stammzellen. Tumor-Stammzellen teilen sich nicht und nach der Behandlung werden die Stammzellen plötzlich wieder aktiviert und ein neuer Tumor entsteht, der resistent gegenüber der vorherigen Behandlung ist.

Tumor braucht viele Nährstoffe: viele Nukleotide, Aminosäuren und Proteine müssen produziert werden-> Bedarf ist enorm hoch

Tumorzellen können von Primärtumor über Blutsystem in ganzen Kreislauf gelangen àMetastasen werden gebildet, die chemisch bezüglich Therapie anders aufgestellt sind als Primärtumor, wegen neuer Umgebung.

Sehr oft bei der Lunge, wegen physikalischen Eigenschaftenà Bei der Lunge haben Sie die Kapillaren und bei den Kapillaren kommt es zu einer extremen Verlangsamung des Blutflusses. Und dieses Anhaften an das Endothel bedingt, dass physikalischer Blutfluss extrem langsam sein muss

Bei der Leber ist es zwar so, dass man weniger dünne Kapillaren hat, aber Leberzellen werden massiv von Dickdarm her über die Blutbahn mit Blut gespült und die Leber ist der Filter, wo massiv Zellen anfallen.

• Tumore mittlerweile nicht mehr als homogene
• Fremdkörper, sondern als höchst komplexe Organe verstanden. Die meisten Tumore
• enthalten eine Vielzahl verschiedener Zelltypen und je nach Stadien unterschiedliche
• lokale Mikroumgebungen
• 

Zelle brauchen Wachstumssignale->von Rezeptor an der Zelloberfläche in die Zelle geleitet.

Externe Wachstumssignale kontrollieren die Funktion einer Zelle innerhalb des Zellverbandes und des Organs.

Tumor: kann sich unabhängig von der Umwelt teilen. Es gibt drei molekulare Strategien, die Regulation zu umgehen:

• 1. Wachsstumfaktoren werden selbst synthetisiert
• 2. Überexpression oder strukturelle Veränderungen eines Rezeptors ( der Rezeptor wird mutiert, sodass er Liganden-unabhängig beginnt entsprechend Signalkaskaden zu aktivieren. oder mehr Rezeptoren werden gebildet)àWachstumsfaktor-unabhängiger Aktivierung der Signalkaskade
• 3. Veränderung der intrazellulären Signalübermittler (zB SOS-Ras-Raf-MAPK Kaskadeàlanges Beispiel folgt ?)

Ras-Gen und das kodierte Protein: Genprodukt ist ein Protein mit Molekulargewicht von 21’000Da.

Es kommt ubiquitär vor und ist stark Konserviert->nimmt wahrscheinlich eine phyiologischw ichtige Funktion war, die man noch nicht kennt.

Ras: in zwei Zuständen->inaktive Form GDB gebunden im Zytoplasma und aktive Form an GTP gebunden und an Membran gebunden. Stimulation mit Wachstumsfaktor Wà Anstieg der aktiven ras-Form-> interagiert mir raf (erste Kinase in dieser Signalkaskade)

WICHTIG: RAS IST KEINE KINASE SONDERN EINE GTPASE!

GDP= guanosin-diphosphoat, GTP= guanosin-triphosphat

Ras wieder inaktivieren:

• 1. Damit Ras-Protein nicht immer aktivà GTPase hydrolisiert GTP GAP aktiviert GTPase
• 2. GNRP macht GTP zu GDP->macht Ras inaktiv

Ras Protein wir pathologisch:

Wenn GTPase gehemmt wird, ist Ras konstitutiv aktiv und stimuliert die raf-Kinase ständig. Ras bindet GTP, wird aktiv und GTP wird nicht mehr hydrolysiert->immer Signal zu raf.

Therapie: weil man keine Antagonisten für GTP und ras hat, weil diese Verbindung extrem ist->sucht Hemmung für Interaktion ras und GTP

Aktuell: versucht Interaktion zwischen ras und raf zu hemmen

Kinase: sind Enzyme, die einen Phosphatrest von ATP auf andere Substrate, dort insbesondere auf Hydroxygruppen, übertragen.

P53 ist ein Tumor-Suppressor->Gegenspieler Onkogen

Im normalen Gewebe gibt es wachstumshemmende Signale->kontrollieren Zellteilung und die Gewebehomeostase (Signal: löslich, an extrazelluläre Matrix oder bergläche einer Nachbarzelle gebunden). Über Rezeptoren in die Zelle übermittelt.

• 1. Zellzyklus in die Ruhephase->können wieder in den Zyklus einsteigen
• 2. Zellen verlieren Proliferationspotential permanent indem sie postmitoischen Zustand einnehmen->oft bei Differenzierung (Neuronen)

• Zellzyklus-Regulation durch Kinase->Protein p53 (ein Transkrptionsfaktor):
• -ein wichtiger Gegenspieler
• -bemerkt, wenn die Integrität der DNA nicht mehr gewährleistet ist
• -für Stabilität des Genoms
• -Stabilität Genoms beeinträchtigt-> p53 durch Phosphorylierung der Kinase aktiviert und steigert Expression verschiedener Gene, wie p21 Protein
• -eine Zelle nach Erkennung von DNA-Schäden kurz vor der Mitose->p53 löst durch Aktivierung bestimmter Gene Apoptosis (kontrollierten Zelltod) aus.
• -p53 als „Hüter des Genoms“: Zelle überwachen und ihr „Entscheidungshilfe“ bezüglich ihres Verhaltens nach Schädigung des Genoms:Einleiten der DNA-Reparatur kann die Zelle gerettet werden oder Auslösen der Apoptose->verhindert das sich die Zellen funktionslos teilt und Tumore bilden

• Wenn Hemmung des Zellzyklus zu lange dauert, kann p53 Apoptose induzieren->bei zu vielen Mutationen oder DNA-Strang-Brüche->p53 stark reduziert->Apoptose induziert
• -wenn p53 nicht mehr gebraucht: von Phosphatase demodifiziert und bindet nicht mehr->kein weiteres p21 (p21 ist sehr kurzlebig)

Wegen zellphysiologischen Aktivität von p53-> auch Tumorsuppressorprotein genannt: garantiert, dass Proteine, die den Zellzyklus antreiben, nur aktiv sind, wenn sie physiologische Funktionen ausüben.

• p21 ist ein Inhibitor cyclin-abhängiger Kinaseninhibitor:
• -Kinase wird aktiviert, damit im Zellzyklus die Zielzelle phophoryliert werden kannàbei p21 kommt es zu einer Komplexbildung mit zyklinabhängigen Kinase-> Hemmung durch Kompleybindungàso hat Zelle genügend Zeit den Schaden zu beheben
• -bindet an Cylin-Kinase Komplexeà hemmt deren KinaseaktivitätàZellzyklus unterbrochen und erst wieder aufgenommen, wenn die Integrität des Genoms gewährleistet ist.
• -Ist sehr kurzlebig

 

Tumor: Kontrolle fehlt-> Zelle teilt sich trotz Schäden weiter-> entartetem Wachstum

Wenn p53 mutiert und zB nicht mehr phophoryliert werden kann->kein p21 kann mehr gebildet werden. Oder p53 kann noch phophoryliert werden, kann aber nicht mehr an die DNA  binden->Deregulation von wachstumshemmenden Mechanismen->Tumor kann wachsen

Durch Verlust p53 geht auch wichtiges Protein zum induzieren der Apoptose verloren.

Das genau regulierte Zusammenspiel der Zellzyklus aktivierenden Proteine und der Tumorsuppressorproteine ist entscheidend für die schmale Bandbreite zwischen Physiologie (= Normalzustand) und Pathologie (= krankhafter Zustand) einer Zelle.

Das Vermehren einer Zelle durch Teilungsrate UND Rate des Zellabbaus beeinflusst. -> Grossteil des Zellabbaus durch den programmierten Zelltod reguliert

Die Apoptose kann durch praktisch alle Zelltypen des Körpers ausgeführt werden. (Dauer etwa 30-120 Minuten). Zellüberreste von Makrophagen phagozytiert-> Zelle typischerweise in 24 Stunden verschwunden.

• Apoptose: Fragmentierung des Chromatins, Kommission werden in verschiedene Bereich aufgelöst, andere Organellen werden auch eingepackt, Fragmentierung der Zelle, also Zellinhalts und Zellgestalt-> Apoptose ist kein inhomogener Zelltod->bei Apoptose sind Fragmente jederzeit mit Plasma-Membran umgeben, sodass es nie zu einer Freisetzung von Inhalt und zu einer Entzündung kommt Nekrose: Zellinhalt wird freigesetzt und Systemkaskade der Entzündung geht los
• 
• Tumor:

Nichtausführen des programmierten Zelltodes ist eine wichtige Eigenschaft einer Krebszelle.

Apoptose-Signal kann auch von aussen kommen-> Fragmentierung von aussen-> Proteine werden zerschnitten->beim Tumor klappt das nicht.

Meisten Zellen: intrinsisches, zellautonomes Programm, das deren unendliche Teilung verhindert. -> Programm scheint unabhängig von den oben beschriebenen Vorgängen abzulaufen

Alterung (Seneszenz): kultivierte Zellen besitzen ein definiertes Replikationspotential-> nach einer bestimmten Anzahl Zellteilungen, hört eine Zelle auf sich zu teilen.

Replikationspotential: wird durch die Enden der Chromosomen (Telomere) mitbestimmt. (Zentromere ist der Abschnitt dazwischen) Telomere sind aus einer Sequenz von 6 Nukelotiden, die sich mehrere tausend Male wiederholen (Repeats). Sie sind selber eingedrillt und verhindern, dass DNA ein freies Ende hat, das als Doppelstrangbruch missverstanden würde. Bei jeder Zellteilung geht am Ende 50 bis 100 Basenpaare jedes Chromosoms verloren, weil die DNA Polymerase nicht fähig ist, das 3’ Ende vollständig zu replizieren.

Bereich wo Telomere ganz kurz sind (Kürzung->Bei der Teilung wird es kürzer durch die Primase-Dogma.)-> Seneszenz: Replikation hört auf, die Loops können nicht mehr gebildet werdenà p53 induziert Apoptose und Zelle wird durch jüngere Zellen ersetzt

 

Primärzelle teilt sich maximal 30-40 mal.

Tumor:

muss ausgeschaltet werden, damit sich Tumorzellen teilen und ein makroskopisch sichtbarer Tumor entstehen kann.

• Krise:
• -Seneszenz wird überstimmt werden, wenn man die Funktion der beiden Tumorsuppressor Proteine Rb und p53 ausschaltet. à Zellen teilen sich dann weiter, bis zum nächsten Zustand- die Krise (Crisis).
• -Krise wird von massivem Zelltod und Verfall des Zellkerns mit End-zu-End Fusionen von Chromosomen begleiteà eine von 107 Zellen erwibt die Eigenschaft sich ohne Grenzen zu teilen = immortalisiert.

Zellen in Kultur haben die Möglichkeit sich 60 bis 70 mal zu teilen->dabei würde sich schon ein stattlicher Tumor bilden Die Anzahl Zellen in einem Tumor wiederspiegelt nicht die Anzahl Zellteilungen, die notwendig sind, einen Tumor wachsen zu lassen (es braucht viel mehr Teilungen). Grund ist, dass viele Zellen durch Apoptosis sterben.

 

Kürzung der Chromosomenenden solange, bis sie nicht mehr gekürzt werden können -> Enden verschiedener Chromosomen fusionieren-> Problemen während der Mitoseà Zelltod.

• verkürzten Telomere sind wiederum Sensoren für die Apoptose-> Erhaltung der Telomere ist somit in vielen Tumorzellen sehr wichtig. 85-90% der Tumorzellen: erhalten ihre Telomere, indem sie das Enzym, welches die Telomere verlängern kann, die Telomerase, überexprimieren. Rest der Telomere kann das Chromosom durch Rekombination zwischen zwei Chromosomen erhalten (interchromosomalen Austausch). ->Beide Mechanismen in gesunden Zellen unterdrückt zu sein und erhalten die Länge der Telomere über einem kritischen Wert, was eine uneingeschränkte Zellteilung erlaubt
• 

Telomer-Ende wird von DNA Polymerase erkannt-> für Synthese braucht es einen Starterstrang = Primer. Primer:

• -wird gelegt und von DNA Polymerase erkannt und Primer wird verlängert
• ist ein hybrid aus DNA und RNA
• -Wenn Sie ein C(?)-Segment haben, haben sie eine Doppelstrangbruch. Doch am oberen ende brauchen Sie zuerst eine Primer, dann wird das aufgefüllt oder weiter synthetisiert von der DNA Polymerase. Es wird verlängert und oben haben Sie die Matrize.
• -RNA können Sie wegnehmen, aber nicht weiter synthetisieren. Dadurch kommt es zu einem kurzen Abschnitt am Telomer der Einzelstränge gehst. Das ist die Matrize für den Primer, der verlängert wurde.

• Tumor: teilt sich weiter und die kurzen Enden bleiben wegen Telomerase bestehen. Telomere werden wieder verlängert und Primer werden synthetisiert->Gesamtlänge, die ersetzt wird.
• Telomerase kann derart aktiv: bei Verlust wird die Zelle wieder jünger oder Zelle in Krise hat durch aktiver Telomerase zu einer Verlängerung der Telomere geführt, sodass Reproduktionspotenital entsprechend vergrößert wurde.

Transformierte Zelllinien: ungehindertes Replikationspotential durch die Expression/Verlängerung von Telomerase (entweder bleibt DNA gleich lang oder wird wieder länger)

Nein

Bei Spermien und Eizellen, sowie bei Stammzellen sind die Telomerase immer an.

Bei Spermien und Eizelle geht Replikationspotential nicht verlorenàwäre fatal (Wenn zB erst spät eine Eizelle befruchtet wird, die schon Telomerase abgebaut hätteàwäre schlecht)

Will bei Befruchtung des Eies, dass die Telomere die volle Schrittlämge haben, um sich zu teilen.

man kann bei allen vier Veränderungen angreifen. ZB Wirkstoff, der Telomerase hemmt, bei Krebsen mit hoher Telomerase Aktivität.

 

Therapeutische Fenster: Problem sind die Stammzellen in ihrem normalen Gewebe, die sich auch vermehren und die haben auch Telomerase-Fahrer. à erwischt mit Therapie nicht nur den Tumor sondern auch die Stammzellen im normalen Gewebeà Nebenwirkungen der Chemotherapie à muss nach erster Phase aufhören erholenà Abstände dafür, dass dem normalen Gewebe die Möglichkeit gegeben wird, sich trotzdem zu vermehren, weil so trotz Mutation erlaubt wird, an der DNA zu sitzen.

Eine entwicklungsbiologische Angelegenheit:

Braucht für physiologische Entwicklung des Körpers Gewebsvermehrung, aber auch wieder Gewebeabbau->durch Replikationspotenzial und Apoptose gesteuert.

zB spezifische Gewebe, Drüsen-Gewebe: sind klein. Produktion von Telomerase wird aufgehört, weil Drüsen-zellen 4-5 mal Teilen für Drüse und ab dann stellt sich Telomerase abà Teilung bis zu kurze Telomere