Molekylær biologi af cancer Flashcards
Beskriv cellecyklus
Sekvensen af trin, gennem hvilke en celle passerer mellem den ene celledeling og den næste, kaldes cellecyklussen og består af fire trin:
1. G1
2. S-fase: Det cellegenetiske materiale replikeres (DNA-syntese)
3. G2
4. M-fase: Opdelingen af cellen til frembringelse af to datterceller og inkluderer mitose og cytokinese
G1 og G2 er “huller” forud for S- og M-faserne, i løbet af hvilket tidsrum cellen forbereder sig til den næste fase.
Celler i forskellige faser af cellecyklussen har forskellige DNA-indhold:
- G1: 2n (to kopier af hvert kromosom)
- S-fase: begynder med 2n og bliver til 4n
- G2: 4n
- M-fase: begynder med 4n og producerer to datterkerner med 2n
Hvad er den gennemsnitlige længde af cellecyklussen?
Den gennemsnitlige længde af cellecyklussen er 16 timer (15 timer for interfase og 1 time for mitose), men bemærk, at dette kan variere afhængigt af celletypen.
Hvad skal der til for at igangsætte en cellecyklus?
De fleste celler hos en voksen er ikkke i processen med celledeling. De er stille og indtaster en inaktiv periode kaldet G0, en fase uden for cellecyklussen.
Mitogener eller vækstfaktorer kan imidlertid inducere celler i G0 til at gå ind i cellecyklussen igen og passere et kontrolpunkt kaldet G1-restriktionspunktet.
Før passering af restriktionspunktet er celledeling afhængig af mitogener; bagefter forpligter celler sig irreversibelt til fremgang gennem cyklussen uden behov for vækstfaktorer.
Hvad er carcinogenese?
Carcinogenese er en flertrinsproces, der er resultatet af akkumulering af flere genetiske ændringer, der tilsammen giver anledning til malign fænotype og alle dens tilknyttede “hallmarks”.
Definer hallmarks
En håndterbar og tilfredsstillende mde at tænke på cancers biologi er at overveje de almindelige fænotypiske og biologiske egenskaber ved cancer-celler. Det ser ud til, at alle kræftformer udviser flere fundamentale ændringer i cellefysiologien, som betragtes for cancers hallmarks.
Nævn cancers hallmarks
- Konstant aktivering af proliferationssignaler (fx onkogener)
- Inaktivering af væksthæmmere (tumorsuppressorgener)
- Modificering af cellemetabolisme
- Resistens over for celledød
- Undgå cellesenescens (celleimmortalisering)
- Angiogenese
- Aktiv invasion og metastasering
- Undgå immundestruktion
To enabling faktorer
- Genomiskdestabilisering og mutation
- Cancerpromoverende inflammation og stroma
Beskriv cancers selvforsyning af vækstsignaler
Den selvforsyning med vækst, der karakteriserer cancerceller, stammer generelt fra “gain-of-function” mutationer, der omdanner protoonkogener til onkogener.
- Onkogener koder for proteiner kaldet onkoproteiner, der fremmer cellevækst selv i fravær af normale vækstfremmende signaler
Under fysiologiske forhold kan signaler, der driver celleproliferation, opløses i følgende trin:
1. Binding af vækstfaktor til dens specifikke receptor på cellemembranen
2. Forbigående og begrænset aktivering af vækstfaktorreceptorerne, som igen aktiverer adskillige signaltransducerende proteiner på plasmamembranens indre folder
3. Transmission af det transducerede signal over cytosolen til kernen ved hjælp af second messengers eller en kaskade af signaltransduktionmolekyler
4. Induktion og aktivering af nukleare regulatoriske faktorer, der initierer og regulerer DNA-transkription og dermed biosyntesen af andre cellulære komponenter, som er nødvendige for celledeling, såsom organeller, membrankomponenter og ribosomer
5. Indgang og progression af cellen i cellecyklussen, hvilket i sidste ende resulterer i celledeling
Hvad er det mest almindeligt muterede onkogen?
RAS er det mest almindeligt muterede onkogen. Cirka 20% af alle humane tumorer indeholder muterede RAS-gener, og hyppigheden er endnu højere i specifikke kræftformer.
Normalt agerer RAS mellem en aktiv signaltransmitterende tilstand og en hviletilstand.
- RAS er inaktiv når bundet til GDP
- Stimulation af vækstfaktorer fører til udveksling af GDP til GTP og efterfølgende konformationelle ændringer, aktiverer RAS
Beskriv RB’s rolles i cancerudvikling
RB (retinoblastom) protein spiller en vigtig rolle i reguleringen af cellecyklus og forhindring af ukontrolleret celleproliferation. RB-proteinet fungerer som en tumor-suppressor og hjælper med at opretholde normal cellevækst og forhindre udviklingen af kræft.
- Kontrol af G1-fase: Under cellecyklusen fungerer RB-proteinet som en bremse i G1-fasen (den første fase af cellecyklussen), hvor det hæmmer progressionen af cellen fra G1 til S-fasen (DNA-syntese). RB-proteinet binder til og inaktiverer bestemte proteiner, der er ansvarlige for at fremme cellecyklusprogression, såsom E2F-transkriptionsfaktorer. Ved at holde cellen i G1-fasen giver RB-proteinet tid til at kontrollere, om cellecyklussen kan fortsætte sikkert og uden DNA-skader.
- DNA-reparation og apoptose: RB-proteinet spiller også en rolle i DNA-reparation og apoptose, ligesom p53-proteinet. Det interagerer med proteiner, der er involveret i DNA-reparation, og hjælper med at sikre, at DNA-skader bliver rettet, før cellen fortsætter med at dele sig. Hvis skaderne er uoprettelige, kan RB-proteinet også aktivere apoptose for at fjerne de beskadigede celler.
- Tumor-suppression: RB-proteinet fungerer som en tumor-suppressor ved at forhindre ukontrolleret celleproliferation og opretholde genomisk stabilitet. Når RB-proteinet er funktionsdygtigt, hæmmes cellecyklusprogressionen og DNA-skader håndteres effektivt, hvilket mindsker risikoen for mutationer og udvikling af kræft.
Mutationer eller tab af RB-genet kan føre til tab af RB-proteinets funktion og dermed miste den vigtige kontrolmekanisme over cellecyklus og DNA-integritet. Uden fungerende RB-protein kan celler fortsætte med at dele sig ukontrolleret, hvilket øger risikoen for udvikling af kræft.
Beskriv den molekylære mekanisme for RB
Blokering af RB’s funktion fører til, at E2F-transkriptionsfaktor er tilgængelig til at aktivere transkription, på trods af fraværet af vækstsignaler, der ellers normalt står for fosforylering af pRB, hvorved E2F-transkriptionsfaktor frigives.
Restriktionspunktet styres af pRB, der er et tumorsupressor gen, hvor bl.a. E2F er bundet til. Det er kun, hvis pRb fosforyleres, at E2F kan frigives, hvormed det kan føres til cellens kerne, hvilket gør det muligt for cellen at fortsætte til S-fasen. Herefter ruller toget, og netop derfor fungerer dette sted som ”the restriction point”. Dvs. før passering af restriktionspunktet er celledeling afhængig af mitogener; bagefter forpligter celler sig irreversibelt til fremgang gennem cyklussen uden behov for vækstfaktorer.
- I fravær af et vækstsignal er RB i en hypophosphoryleret tilstand og RB binder derfor til E2F og HDAC.
- Det trimere kompleks af RB med HDAC og E2F regulerer transkription og følgelig cellecyklusprogression
- Det er Cyclin D- og E-familierne og deres CDK4, CDK6 og CDK2, der phosphorylerer RB på en progressiv måde som svar på et vækstsignal.
- Figuren nedenfor viser, hvordan phosphorylering fører til konformationelle ændringer i RB-proteinet og forårsager den sekventielle frigivelse af HDAC og E2F.
Beskriv TP53 rolle i cancerudvikling
TP53 (tidligere kendt som p53) er et gen, der koder for p53-proteinet, som spiller en central rolle i reguleringen af cellevækst og beskyttelse mod kræft. TP53-genet fungerer som en tumor-suppressor, der hjælper med at forhindre ukontrolleret celleproliferation og udviklingen af kræft. TP53-genets rolle i cancerudvikling kan beskrives som følger:
- DNA-skadesrespons: TP53-genet og det resulterende p53-protein aktiveres som respons på DNA-skader forårsaget af forskellige faktorer som UV-stråling, kemiske stoffer eller genetiske mutationer. P53-proteinet fungerer som en sensor for DNA-skader og aktiverer en række cellulære responser for at forhindre skadede celler i at proliferere.
- Cellecyklusstop og DNA-reparation: Aktiveret p53-protein kan standse cellecyklussen ved G1-fasen og forhindre celler med DNA-skader i at passere til S-fasen. Dette giver tid til DNA-reparation, hvor p53 stimulerer produktionen af proteiner involveret i reparation af DNA-skader. Hvis DNA-skaderne ikke kan repareres, kan p53-proteinet udløse apoptose eller celledød for at forhindre disse skadede celler i at blive kræftceller.
- Hæmning af angiogenese: P53-proteinet kan også hæmme angiogenese, processen med dannelse af nye blodkar. Dette er vigtigt, da tumorer kræver blodforsyning for at vokse og sprede sig. Ved at hæmme angiogenese kan p53-proteinet begrænse tumorens evne til at få adgang til næringsstoffer og ilt, hvilket kan bremse dens vækst og metastase.
- Regulering af cellemetabolisme: P53-proteinet regulerer også cellemetabolismen og energistofskiftet. Det kan aktivere gener, der er involveret i glykolysen, en proces, der frigiver energi fra glukose. Dette kan hjælpe celler med at overleve under stressede forhold og modvirke kræftudvikling.
Mutationer i TP53-genet er nogle af de mest almindelige genetiske ændringer, der findes i en bred vifte af kræftformer. Disse mutationer kan føre til tab af p53-proteinets normale funktion eller produktion af en unormal form af p53-proteinet, der ikke fungerer korrekt. Manglende eller dysfunktionel p53 tillader ukontrolleret celleproliferation, undgår cellecyklusstop og øger risikoen for DNA-skader, der kan udvikle sig til kræft.
Hvilken funktion har cykliner?
Cyklin D og cyklin E er to typer af proteiner, der spiller en vigtig rolle i reguleringen af cellevækst og cellesyklus. Disse proteiner er involveret i udviklingen af kræft og kan påvirke forskellige trin i cancerudviklingen.
- Cyklin D er en gruppe af proteiner, der er ansvarlige for at regulere overgangen fra G1-fasen (den første fase af cellesyklussen) til S-fasen, hvor DNA-replikation finder sted. Cyklin D-proteiner binder til og aktiverer cyclin-dependent kinases (CDK’er), som er enzymer, der styrer cellecyklusprogressionen. Sammen med CDK’er fremmer cyklin D cellevækst og celledeling ved at stimulere transkriptionen af gener, der er nødvendige for DNA-replikation.
- Cyklin E er et protein, der spiller en vigtig rolle i overgangen fra G1-fasen til S-fasen i cellesyklussen. Det danner kompleks med CDK2, og dette kompleks er ansvarligt for at fremme DNA-syntese og initiering af S-fasen.
Både cyklin D og cyklin E spiller vigtige roller i reguleringen af cellevækst og cellesyklus. Øget udtryk eller dysregulering af disse cykliner kan bidrage til ukontrolleret celleproliferation og fremme udviklingen af kræft. Derfor er cyklin D og cyklin E potentielle mål for kræftterapi, og der forskes aktivt i udviklingen af lægemidler, der kan målrette disse proteiner og forstyrre deres funktion i kræftceller.
Forklar APC’s funktion
APC (adenomatous polyposis coli) er et gen, der spiller en vigtig rolle i reguleringen af cellevækst og cellesyklus.
- Regulering af cellesyklus: APC-genet er involveret i reguleringen af cellesyklus og forhindrer ukontrolleret celleproliferation. APC-proteinet fungerer som en tumor-suppressor og spiller en rolle i nedbrydningen af cyklin D-proteinet, som er nødvendigt for at fremme overgangen fra G1-fasen til S-fasen i cellesyklussen. Ved at nedbryde cyklin D hæmmer APC-proteinet cellecyklusprogressionen og kontrollerer cellevæksten.
- Regulering af Wnt-signalering: APC-genet er også vigtigt for at regulere Wnt-signalering, som er en vigtig signalvej involveret i celleproliferation og vævshomeostase. Mutationer i APC-genet kan føre til en aktivering af Wnt-signaleringen og en øget celleproliferation.
Beskriv Wnt-signaleringsvejen
Wnt-signaleringsvejen er en vigtig celle-signalering pathway, der er involveret i mange udviklingsprocesser og vævshomeostase. Det er også blevet identificeret som en kritisk faktor i cancerudvikling.
- Wnt-ligand: Wnt-ligander er en gruppe af proteiner, der binder til og aktiverer Wnt-receptorer på celleoverfladen. Der er flere forskellige typer af Wnt-ligander, og deres binding til receptorer udløser signalkaskader.
- Wnt-receptorer: De vigtigste Wnt-receptorer er frizzled-receptorer (FZD) og lipoprotein receptor-related proteins (LRP), såsom LRP5 og LRP6. Bindingen af Wnt-ligand til disse receptorer udløser en række intracellulære signaler.
- Signaltransduktionskompleks: Når Wnt-liganden binder til receptorerne, dannes et kompleks mellem Wnt-receptorerne, co-receptorer og andre proteiner. Dette kompleks aktiverer signaltransduktionsvejen og fører til aktivering af en række intracellulære signaler.
- β-catenin-ophobning: Aktivering af Wnt-signaleringsvejen fører til ophobning af β-catenin, som normalt reguleres af et ødelæggelseskompleks bestående af APC, Axin og GSK3β. Aktivering af Wnt-signalering hæmmer ødelæggelseskomplekset, hvilket resulterer i stabilisering og ophobning af β-catenin i cytoplasmaet.
- Translokation til kernen: Den ophobede β-catenin translokerer til cellekernens og danner et kompleks med transkriptionsfaktorer i T-cell factor/lymfoid forbedringsfaktor (TCF/LEF) familien. Dette kompleks binder til Wnt-målgeneres promotorområder og aktiverer deres transkription.
- Genekspression: Aktivering af Wnt-signaleringsvejen fører til ændret genekspression af en række gener, der er involveret i celleproliferation, cellevækst, apoptose, cellemigration og embryonal udvikling. Disse ændrede genekspressionsmønstre kan bidrage til unormal celleproliferation og kræftudvikling.
Mutationer i komponenter af Wnt-signaleringsvejen, herunder APC, β-catenin og andre, kan føre til dysregulering af pathway’en. Dette kan resultere i ukontrolleret celleproliferation, øget overlevelse af kræftceller og udvikling af tumorer. Aktivering af Wnt-signaleringsvejen er blevet identificeret i forskellige kræftformer, herunder kolorektal kræft, brystkræft, lungekræft og andre.
Beskriv Wnt-signaleringsvejen
Wnt-signaleringsvejen er en vigtig celle-signalering pathway, der er involveret i mange udviklingsprocesser og vævshomeostase. Det er også blevet identificeret som en kritisk faktor i cancerudvikling.
- Wnt-ligand: Wnt-ligander er en gruppe af proteiner, der binder til og aktiverer Wnt-receptorer på celleoverfladen. Der er flere forskellige typer af Wnt-ligander, og deres binding til receptorer udløser signalkaskader.
- Wnt-receptorer: De vigtigste Wnt-receptorer er frizzled-receptorer (FZD) og lipoprotein receptor-related proteins (LRP), såsom LRP5 og LRP6. Bindingen af Wnt-ligand til disse receptorer udløser en række intracellulære signaler.
- Signaltransduktionskompleks: Når Wnt-liganden binder til receptorerne, dannes et kompleks mellem Wnt-receptorerne, co-receptorer og andre proteiner. Dette kompleks aktiverer signaltransduktionsvejen og fører til aktivering af en række intracellulære signaler.
- β-catenin-ophobning: Aktivering af Wnt-signaleringsvejen fører til ophobning af β-catenin, som normalt reguleres af et ødelæggelseskompleks bestående af APC, Axin og GSK3β. Aktivering af Wnt-signalering hæmmer ødelæggelseskomplekset, hvilket resulterer i stabilisering og ophobning af β-catenin i cytoplasmaet.
- Translokation til kernen: Den ophobede β-catenin translokerer til cellekernens og danner et kompleks med transkriptionsfaktorer i T-cell factor/lymfoid forbedringsfaktor (TCF/LEF) familien. Dette kompleks binder til Wnt-målgeneres promotorområder og aktiverer deres transkription.
- Genekspression: Aktivering af Wnt-signaleringsvejen fører til ændret genekspression af en række gener, der er involveret i celleproliferation, cellevækst, apoptose, cellemigration og embryonal udvikling. Disse ændrede genekspressionsmønstre kan bidrage til unormal celleproliferation og kræftudvikling.
Mutationer i komponenter af Wnt-signaleringsvejen, herunder APC, β-catenin og andre, kan føre til dysregulering af pathway’en. Dette kan resultere i ukontrolleret celleproliferation, øget overlevelse af kræftceller og udvikling af tumorer. Aktivering af Wnt-signaleringsvejen er blevet identificeret i forskellige kræftformer, herunder kolorektal kræft, brystkræft, lungekræft og andre.