Krebs

Krebszellen unterliegen nicht mehr der normalen Wachstumskontrolle, sind potentiell unsterblich (Immortalisierung) und bei einigen Krebszellen findet man die Fähigkeit, Metastasen auszubilden, d.h. in ein anderes Gewebe einzudringen und dort ebenfalls Krebszellen zu bilden.

Bei einer Zellline aus den Wirbeltieren ist es normalerweise das Problem, das diese nach einiger Zeit eine Krise erleben und sterben. Dieser Vorgang findet bei einer etablierten Zelllinie nicht statt. Diese Zellen bilden dann zwar keinen Krebs, allerdings zeigen sie einige charakteristische Veränderungen: Sie sind von einer Verankerung an einer Oberfläche abhängig, sie sind von Serum oder GF abhängig, sie zeigen eine dichteabhängige Inhibition und weisen in der Organisation des Zellskeletts eine Anpassung an die flache Form auf. So wachsen die Zellen in vitro in Form eines Monolayers. Diese Zellen weisen ausserdem zumeist einen aneuploiden, d.h. nicht diploiden Chromosomensatz auf.

Wenn man eine Zellkultur aus einem Tumor gewinnt, werden diese als transfortmiert bezeichnet. Diese unterliegen weniger den oben genannten Wachstumskontrollen.

Substanzen, die zu einem Krebswachstum führen werden als Carcinogene bezeichnet.

Als Oncogene bezeichnet man die Gene, die wichtige Wachstumskontollen bilden. Man kennt meist zu dem zellulären Gen auch ein virales Gen, das einen Tumor auslöst. Das zelluläre Gen wird als Protoonkogen bezeichnet. Tumorsupressoren verhindern die Entstehung eines Tumors und werden im Allgemeinen durch Deletionen entdeckt.

Die Transformation einer Zelle zu einem Tumor kann spontan stattfinden oder durch einen Tumorvirus induziert sein. Die Wirkung eines Virus ist zumeist auf ein Onkogen zurückzuführen, das der Virus in einer modifizierten Form in die Zelle einbringt. Eine Zelle kann auf zwei Arten auf einen Virus reagieren: Permissive Zellen werden durch die Infektion lysiert und setzen neue Viren frei. Bei den Nichtpermissiven Zellen hingegen findet eine Transformation durch die Integration des Virus in das Genom statt. Die Zellen werden nicht lysiert und beginnen sich unkontrolliert zu vermehren.

Als Papylomaviren, zu denen SV40, BK und JC gehören, führen bei der produktiven Infektion (bei der es zur Lyse kommt) ein alternatives Spleissen durch. Bei einer transformierten Zelle werden Kopien des Genoms in das Genom der Zelle integriert. Die transformierende Wirkung beruht darauf, dass die synthetisierten Proteine in der Lage sind, mit zellulären Proteinen in Wechselwirkung zu treten.

Die Adenoviren verursachen vor allem Erkrankungen der Atemwege. Beim Menschen sind die Zellen permissiv und werden normal infiziert. Bei den Nagern finden sich jedoch auch nichtpermissive Zellen. Diese werden von den Adenoviren transformiert, indem Teile der frühen Gene in das Genom integriert werden.

Die Retroviren können vertikal (an die Nachkommen) und horizontal an andere Tiere weiter gegeben werden. Nichtdefektive Viren durchlaufen den normalen Lebenszyklus und wirken über infektiöse Agentien auf die Zelle ein. Die akut transformierenden Viren tragen genetische Informationen in Form eines Oncogens und führen so zu einem Tumor.

Wenn ein Virus ein fremdes Gen aufnimmt, kann er sich normalerweise nicht mehr selbst replizieren, können sich aber häufig dadurch verbreiten, dass sich entweder die Zelle unkontrolliert teilt oder wenn zugleich eine Infektion mit einem Wildtyp erfolgt.

Die transformierenden Viren tragen immer ein Oncogen, das von einem Protoonkogen der Zelle abstammt. Die virale Variante wird normalerweise durch ein v-, die zelluläre durch ein c- gekennzeichnet. Die onkogene Wirkung dieser Gene wird von zwei unterschiedlichen Modellen erklärt: Das quantitative Modell erklärt die onkogene Wirkung durch eine Überexpression, das qualitative durch eine Mutation im viralen Onkogen.

Die Fähigkeit einer DNA, einen Tumor auszubilden kann man entweder testen, indem man eine etablierte Zellinie mit der DNA transfiziert oder indem man tranformierte Zellen in nackte Mäuse (ohne Immunabwehr) gibt. Bei DNA, die die Zellen erfolgtreich transformiert findet man immer eine zelluläre DNA, die dieser sehr ähnlich ist und man findet entsprechende DNA auch in transformierenden Viren.

Bei dien Tests fand man häufig Gene der c-ras-Familie. Ihre Proteine sind alle ca. 21 kD gross und werden deshalb als p21^ras bezeichnet. Man findet bei voneinander unabhängigen Tumoren sehr häufig eine Deletion an den Positionen 12 und 61. Man hat herausgefunden, dass das sowohl eine Mutation im zellulären ras als auch eine Überexpression des ,,normalen`` ras eine Zelle transformieren kann.

Bei einigen Protooncogenen kommt es auch dehalb zu einem Tumor, da deren Expression, nicht aber ihre Sequenz geändert wird. Bei c-myc kann dies auf unterschiedliche Arten geschehen. In diesen Fällen enthält der Virus kein Onkogen, sondern aktiviert ein zelluläres Gen durch die Aktivität seines LTR (long terminal repeat). Indem sich der Virus entweder in das c-myc Gen integriert und einen Promotor für dessen Transkription zur Verfügung stellt oder indem es durch Integration in das Gen oder in dessen Nähe als Enhancer wirkt, löst er einen Tumor aus.

Bei der reziproken Transklokation wird das Onkogen durch eine Translokation an eine andere Stelle des Chromosoms aktiv. Wird c-myc an einen Ig-Lokus transloziert, wird es auf hohem Niveau exprimiert. Diese Expression auf hohem Niveau wirkt onkogen. Man findet auch bei anderen Genen eine onkogene Wirkung auf Grund der Translokation. Zumeist entstehen so Fusionsproteine, die unter der Kontrolle des einen Promotors steht. In anderen Fällen entsteht ein Enhancer in der Nähe des Gens und beeinflusst dieses so. Eine Translokation ist auch bei den Philadelphiachromosom, einer Translokation von dem End von Chromosom 9 auf Chromosom 22 der Auslöser für die chronisch-myeloische Leukämie. Dort entsteht ein onkogenes Fusionsprotein.

c-myc kann durch einen Retrovirus, durch Amplifikation des Gens und durch dessen Translokation aktiviert werden.

Onkogene wirken zumeist ähnlich den Mechanismen zur Kontrolle der Entwicklung, indem sie den Weg einer Zelle an einem bestimmten Punkt gezielt ändern. Die bisher identifizierten Zellen lassen sich wie folgt einteilen:

Wachstumsfaktoren
Rezeptoren für Wachstumsfaktoren
Intrazelluläre Proteinkinasen
Stoffe der Signalübertragung wie c-ras
Serin/Threonin-Proteinkinasen
Kernproteine (Transkriptionsfaktoren)

Die Mitwirkung dieser Faktoren an der Veränderung des Phänotyps kann deren onkogenen Charakter erklären. Je weiter am Anfang des Reaktionsweges ein Onkogen liegt, auf umso mehr Wege hat es einen Einfluss und umso stärker ist seine Wirkung.

Bei den Rezeptoren für Wachstumsfaktoren berüht der onkogene Effekt meist auf einer Mutation, die eine konstitutive Aktivierung erzeugt und so Krebs auslösen können. Normalerweise wird der Rezeptor durch dne Wachstumsfaktor zur Dimerisierung angeregt und beginnt dann mit der Autophosphorylierung. Dieser Prozess läuft bei dem mutierten Rezeptor spontan ab. Die ersten untersuchten Onkogene vom Tyrosinkinasetyp waren die Src-Proteine. Das Protein findet man vor allem an der cytoplasmatischen Seite der Endosomen und in der Umgebung von Zell-Zell-Kontakten. Sowohl bei c-Src als auch bei v-Src wird die N-Terminale Seite abgespalten und durch eine Fettsäure ersetzt. Diese dient dem Anheften an die Membran und ist für die onkogene Wirkung entscheidend. Die Kinaseaktivität von v-Src ist ca. 20fach so hoch wie die von c-Src und wirkt über die Phosphorylierung von Zielproteinen onkogen. Die normale Aufgabe von c-Src konnt noch nicht geklärt werden. Normalerweise wird Src durch Bindung an eine phosphorylierter Rezeptortyrosinkinase aktiviert.

In einigen Fällen wirken die Onkogene auch dirket in Form von Transkriptionsfaktoren wie myc, myb fos, jun oder rel. Durch eine Veränderung der Transkription kann die Expression von Genen entweder erhöht oder erniedrigt werden und so zu einem onkogenen Effekt führen.

Bei dem Gen rel wurde der Mechanismus, nach dem der onkogene Faktor wirkt genau untersucht. Zu der Familie der rel-Gene gehört unter anderem der Faktor NF- $\kappa$ B, ein Dimer aus den Untereinheiten p65 und p50. Der Faktor wird normalerweise durch I- $\kappa$ B im Cytoplasma festgehalten. Wird I- $\kappa$ B phosphoryliert, wandert NF- $\kappa$ B in den Kern und wirkt dort auf die Transkription des $\kappa$ B-Motifs. Wie v-rel onkogen wird ist noch nicht geklärt.

Ein anderes Untersuchungsobjekt, der Faktor AP-1 besteht aus aus den Untereinheiten c-fos und c-jun und aktiviert Gene und Enhancer mit einer spezifischen Bindungsstelle. Wie die onkogene Wirkung entsteht ist allerdings auch bei diesen Protein nicht bekannt.

Bei einem weiteren Transkriptionsfaktor, dem Schilddrüsenhormon c-erbA erfolgt die Aktivierung der Transkription durch eine Dimerisierung. Der Faktor v-ErbA blochiert zwar den Bindungspartner, initiiert aber die Transkritption nicht.

fos, jun, rel und myc sind immediate early genes, die schnell induziert werden können.

Bei den Tumorsupressorgenen sind die Gene von dem Retinoblastom Rb und von p53 am besten charakterisiert. Das Retinoblastom - ein Tumor in der Retina - entsteht, wenn auf beiden Allelen das Rb-Gen deaktiviert wurde.

In ruhenden Zellen ist Rb normalerweise nicht phosphoryliert und bindet mehrere Proteine. Diese Wirkung wird durch die Cyklin-Cdk-abhängige Phosphorylierung am Ende von G1 aufgehoben und die Proteine werden freigesetzt.

Da zu den Zielproteinen von Rb auch Transkriptionsfaktoren wie E2F gehören und diese Bindung durch das Binden eines Tumorantigens an Rb verhindert wird, kommt es zu einem Tumor. Eine Überexpression von Rb verhindert die Zellproliferation.

Das wichtigste Tumorsupressorgen ist p53. Mutationen in diesem Gen wirken sich dominant-negativ aus, d.h. eine Mutation in einem Allel führt bereits zu dem mutierten Phänotyp. Ein Zelle ohne p53 wäre in der Lage uneingeschränkt zu wachsen. Dieses Wachstum wird durch p53 unterdrückt.

Bei einer Schädigung der DNA wird p53 aktiviert und führt zu einem Wachstumsstop oder zur Apoptose. In G1 erfolgt ein Wachstumsstop durch den die Reparatur der DNA erfolgen kann; befindet sich die Zelle schon in der Teilung, wird die Apoptose ausgelöst. Die onkogene Wirkung von Substanzen beruhr häufig auf einer Inaktivierung von p53. Wenn p53 mutiert ist, führt die zu einer Instabilität des Genoms. Wie p53 die Apoptose auslöst ist noch unverstanden.

An der Enstehung eines Tumors müssen immer mehrere Faktoren beteiligt sein. Zum einen muss aus der Zelle eine permanente Zellline entstehen, zum anderen muss sie transformiert werden, damit ein Tumor entsteht. Auch in den meisten Viren, die Onkogene tragen findet man zumindest Gene für zwei unterschiedliche Funktionen.

Man konnte z.B. an bereits immortalisierten Zelllinen (3T3) zeigen, dass diese durch ras transformiert werden können. Bei nicht immortalisierten Zellen benötigt man ras und ein weiteres Gen. Zu dieser zweiten Gruppe gehören myc, fos, jun und E1A. Der genaue Mechanismus der Immortalisierung ist allerdings noch unverstanden. Zwar ist p53 ein immortalisierender Faktor, allerdings müssen noch andere Mechanismen für die Immortalisierung verantwortlich sein, da p53-knock-out-Mäuse lebensfähig sind.

Immunsystem Inhalt Immunsystem Entwicklung bei Drosophila