Zellbiologie, Krebs

‒      Carcinogene: Krebs-auslösende Substanzen

→Bestrahlung; UV, Gamma

→Chemikalien, die DAN Schädigen: Benzo(a)Pyrene, Ethylenimin, Aflatoxin, Nickelverbindungen, z.B. Lungenkrebs durch Rauchen

→Viren

‒      Tumorpromotoren: Krebswachstum-fördernde Substanzen sind selbst nicht carsinogen, produzieren aber Wirkung von Carcinogenen

→Phorbolester:  aktiviert Proteinkinase C

→Hormone

‒      Viren: verursachen 10-20% der Krebsfälle (Leber, Cervix)

Unterschiede zwischen Krebs- und Normalzelle (in situ gut nachweisbar):

‒      Erhöhte Teilungsfreudigkeit in Krebsgewebe

‒      Unkontrolliertes Wachstum wegen fehlender Kontaktinhibition, führt zu fokusbildung

‒      Fehlende Poliferationskontrolle

Weitere Eigenschaften von Krebszellen:

‒      Auftreten von neuen Antigenen = Tumorantigene in der Plasmamembran und im Zellinneren

‒      Erhöte Aufnahme von Glucose durch affineren Glucosetranslocator, wie er sonst in Erytrozyten vorkommt. Glucose wird sehr oft zu Lactat abgebaut und durchläuft nicht den Cytratzyklus

‒      Überexpression der Multi-Drug-Resistenz-Gens (mdr). Das Genprodukt P-Glykoprotein transportiert lipophile Verbindungen aus der Zelle, so auch Cytostatika (z.B. bei deregulierter Expression von Tyrosinkinase-Rezeptoren)

‒      Viele Krebszellen benötigen weniger extrazelluläre Wachstumsfaktoren als Normalzellen

‒      Autokrine Wachstumsstimulation bei einigen Krebszelltypen

‒      Kurzschlüsse in wichtige Signalwegen

‒      Mangelnde Signale von aussen führen zur Dedifferenzierung, Krebszellen funktioniert nicht mehr organismusgerecht

Wichtige Eigenschaften von malignen Tumorzellen:

‒      Wenige Adhäsionsmoleküle

‒      Ausscheiden von Proteasen, die ECM-Koponenten verdauen (z.B. Collagenase, die den Krebszellen den Weg ins Bindegewebe ermöglicht)

‒      Verlust von Oberflächenrezeptoren begünstigen Beweglichkeit und erhöhen Potential zur Invasion in gesundes Gewebe (z.B. bei deregulierter Expression von Tyrosinkinase-Rezeptoren)

‒      Ab 1 Mio. Zellen braucht der Tumor Sauerstoff und Nährstoffzufuhr

‒      Krebszellen scheiden Wachstumsfaktoren (VEGF, FGF) aus zur Bildung von neuen Blutgefässen, ausgehend von Kapillaren des umgebenden Gewebes

‒      Neue Blutgefässe auch wichtig für Metastasierung

‒      Krebszellen können leicht durch die Gefässwand in die Blutgefässe eindringen

Siehe Bild und Virentabelle

Die 5 Gattungen Alpharetrovirus, Betaretrovirus, Gammaretrovirus, Deltaretrovirus und Epsilonretrovirus enthalten RNA-Tumorviren, die in ihren Wirten verschiedene Tumoren, vor allem Sarkome undLeukämien, erzeugen (Krebs). Fast alle bislang bekannten RNA-haltigen Tumorviren gehören zur Familie Retroviren (RNA-Tumorviren), jedoch sind nicht alle Retroviren onkogen

erkährung wieso fehlt noch

Proto-Onkogenen

‒      Sind zelluläre Onkogene, oftmals zelluläre Homologe der viralen Gene

‒      Nomenklatur der Gene:

→v-src = Src-Gen vom Virus, Gen hat Mutationen

→c-src = zelleigenes Src, Gen enthält Exons und Introns

Die sogenannten Protoonkogene sind Vorstufen von Onkogenen und werden durch schädliche Einflüsse (ionisierende Strahlung, chemische Substanzen oder Viren) in die krebserzeugende Form verwandelt.

Tumorsupressorgene

‒      Gegenteil von Onkogenen: inhibieren Zellproliferation und Tumorentwicklung

‒      Z.B. Rb ist ein negativer Tumorregulator, wenn Rb vorhanden kein Tumor

Viren mutieren die gesunden Gene in den Wirtszellen Gene steuern meisten den Zellzyklus (Checkpoint, Kinasen) werden zu Krebszellen

• Ca 60 bekannt!
• zB src codiert für eine Tyrosinkinase wird in vielen gesunden Zelltypen in vivo exprimiert
• erstmals entdeckt bei Rous Sarcoma Virus (RSV) (Hühnertumor, 4 Gene)
• Scr ist kein Tyrosinkinaserezeptor der mit der Zelloberfläche verbunden ist
• Kann von vielen Membran Proteinen aktiviert werden (auch Tyrosinkinaserezeptoren, GF, G-Protein R.)
• Übermittelt Signale an Nucleus, Cytoskelett, andere Zellkomponente
• Stimuliert Zellwachstum, Proliferation, Zellcyclus, Zellteilung
• durch Mutationen Überexpression führt zu Tumoren

in mehr als 40 hoch krebserregenden Viren wurden min. 1 Onkogen gefunden, dass die Wirtszelle geziehlt transformiert und nicht für die Virusreplikation notwendig ist. Hauptziel: mit Schlüsselsubstanzen werden Sinaling Pathways stimuliert die zu Zellproliferation führen. Onkogene Proteine sind meistens Polypeptide wie

• Wachstumsfaktoren
• Wachstumsfaktorrezeptoren
• Intrazelluläre Signalmoleküle
• Transkriptionsfaktoren

• RNA-Viren -> zuerst in DNA mit reverse Transkriptase
• Viele haben nur 3 Gene

1. Gag: Strukturprotein
2. Pol: reverse Transkriptase, Integrase
3. Env: Envelope, Glykoproteine (an Oberfläche, zur Verschmelzung mit Wirtszelle)

• Induziert selten Tumore: Avian Leukosis Virus (bei Hühner)

• Komplex 100-200kb
• Kann Krebs induzieren, bei Tieren und Mensch (2 Arten bei Mensch)
• Kaposi’s associated Herpesvirus (rote Läsionen vor allem auf Haut)
• Epstein Barr-Virus bei mehreren Krebstypen, verursacht durch verschiedene Virus-Subtypen, verursacht Pfeiffersches Drüsenfieber (Lymphknoten schwellen an)
• Transformiert auch B-Lymphocyten in vitro
• Verantwortliches Gen: v-myc
• c-myc ist ein Regulator Gen, für eine Transkriptions-Faktor in Zellcyclus, Apoptosis und Zelltransformation involviert (bis15% aller Gene?) spielt bei einigen Krebsarten eine Rolle

Lymphom: Sammelbegriff für Lymphknoten Vergrösserung (Entzündung oder Krebs wenn Lymphocyten entarted sind)

• Kanzerogen bei Tieren, nicht bei Menschen, grosse DNA
• Zuerst E-Proteine synthetisiert, dann DNA-Replikation, dann L-Proteine
• Mutanten können in nicht-permissiven Wirtszellen Transformation induzieren
• Early-Proteine deregulieren normalen Zellzyklus-Ablauf: E1A bindet an Rb, E1B bindet an p53
• Labor: Werkzeug für Säugerzellen genetisch zu verändern
• Viel versprechend als Vektor für Gentherapie

• 100-200 Genotypen (bei Mensch)
• Infizieren Epithelzellen verschiedener Gewebe: Warzen (gutartig), Gebärmutter Krebs (bösartig) Impfung
• E steht für Early Region die Gene werden gleich nach der Infektion exprimiert
• L steht für Late Region Gene werden später exprimiert
• 2 Proteine (von viralen Genen) inaktivieren 2 Tumorsuppressor-Proteine
• E6 aktiviert Abbau von p53 (ubiquiniert p53) und E7 bindet Rb (kompetitiert mit E2F um Bindung dadurch wird E2F frei pushing the cell cycle forward)

Wie andere Polyomaviren kann SV40 unter bestimmten Bedingungen Tumore hervorrufen, die Infektion bleibt jedoch in den meisten Fällen symptomlos. In Menschen selbst wurden keine direkten Zusammenhänge von einer SV40-Infektion und der Entstehung von Krebs nachgewiesen, jedoch spielen Onkogene des SV40-Virus bei der Entstehung von Krebszellen aus humanen Zellen in der Zellkultur eine Rolle.

• Befällt Affen und Mäuse, infiziert Zellkulturen
• Wirtszelle stirbt nach Virusfreigabe
• In vitro gut infizierbar, gute Virusreplikation, gute Zellyse, kleine DNA
• Genom: Early-Region: sofort nach Infektion wird das kleine und grosse T-Antigen synthetisiert, das T-Antigen inaktiviert bei Wirtszelle die Tumorsuppressorproteine Rb und p53
• Ebenfalls initiiert das T-Antigen die virale DNA-Replikation
• Die Late-Region sind für Strukturkomponenten des Viruspartikels verantwortlich
• SV40 im Labor: das Virus kann zur Konstruktion von Plasmiden (für die Protein-Expression) verwendet werden, dazu müssen die lysierenden Teile verändert werden

• 5-10% chronische Erkrankung= 100 fach erhöhtes Risiko für Leberkrebs
• Zelltransformation durch X-Gen Expression stimmuliert Zellproliferation und survival factors (genaue Funktion noch unbekannt)

Die Virushülle enthält als Membranprotein das HBsAg und das Pre-S1-Protein zur Bindung an die Wirtszelle. Die vier Gene des HBV werden als C (core), X, P (polymerase) und S (surface) bezeichnet. Das core-Protein HbcAg wird aus einem Präprotein durch Proteolyse erzeugt. Das Gen S des Proteins HBsAg enthält drei Leseraster-konforme Start-Codons (AUG), wodurch drei Proteine entstehen, pre-S1 (synonym L), pre-S2 (synonym M) und S.

• Nur geringe oder keine MHC-Moleküle auf der Oberfläche: werden so von cytotoxischen T-Zellen nicht erkannt
• Schutz gegen Natürliche Killerzellen (NK): Tumorzellen bauen FasL in Plasmamembran ein (normaler Privileg von NK und T-Helferzellen)
• Wenn die NK eine Tumorzelle angreifen werden sie in die Apoptose getrieben

• Zell-Zell und Zell-ECM-Wechselwirkungen sind stark eingeschränkt
• Verminderte oder fehlende Expression von Adhäsionsproteinen
• zB ist E-Cadherin das Hauptadhäsions-Protein bei Epithelzellen, es ist wichtig bei der Entstehung von epithelialen Krebstypen
• fehlende Adhäsionsfaktoren reduzieren Kommunikation zw. Zellen und Gewebe und erleichtern die Invasion in Nachbargewebe/Metastasierung Zellen können sich von ihrer Umgebung loslösen
• auch die Morphologie und Cytoskelett verändern sich Zellen erscheinen runder, weil sie nur schwach an Nachbarzelle oder ECM adhärieren

Natürliche Selektion von schnell wachsenden Zellen! Meistens führen Schäden zum Tod der Zelle, aber manchmal wachsen sie durch Zufall schneller.

• Chromosomale Instabilität →Mitose verläuft nicht korrekt (zu viele Wachstumsfaktoren, zu viele/wenige Chromosomen) →Checkpoint-Fehler
• Intrachromosomale Instabilität →Erhöhte Rate von DAN-Schäden (Wenn p53 mutiert, können die Zellschäden nicht mehr vor der Zellteilung behoben werden) →Unfähigkeit DAN-Schäden zu detektieren

Krebs geht aus gesunden Körperzellen hervor, bei denen viele Kontrollmechanismen ausgefallen sind:

• Proliferationskontrolle (Zellteilung und Zellwachstum)
• Postitionskontrolle (Positionskontrolle, wandern herum)
• Differenzierung (Entwicklung der Zelle, viele sind dedifferenziert)
• Regulationsmechenismen (z.B. Steuerung der Genexpression, Zykline, CDKs, usw.)
• Chromosomenanomalien (Erbgutveränderungen)

Krebs entsteht durch abnormales Wachstum irgendeiner Körperzelle, es gibt viele verschiedene Krebstypen.

• Tumor = unkontrolliertes Wachstum →Carcinoma: 90% der Krebsfälle, entartete Epithelzellen z.B. Lungen-, Brustkrebs →Sarcoma: selten, entartete Muskel-, Knorpel- oder Bindegewebezellen, z.B. Fibrosarkom →Leukämien, Lymphoma: entartete Blutzellen, z.B. erythroide Leukämie
• Monoklonale Tumore (aus einer einzigen entartete Zelle) →Gutartig / benign: lokalisiert (dringen nicht ins umgebende Gewebe ein, z.B. Warzen) →bösartig /malignant: Metastasendbildend (infiltratives Wachstum, Krebs)