6. Apoptose. Når celler begår selvmord

Transkript

1 6. Apoptose Når celler begår selvmord Dette kapitel fortæller, hvad det er, der får en celle til at begå selvmord hvordan kræftceller undgår at begå selvmord hvordan fremtidens behandling kan se ud Dine celler dør nu Mens du læser dette, begår flere millioner celler selvmord i din krop. Cellernes selvmord er en naturlig del af kroppens balance og bliver også kaldt apoptose. Apoptose stammer fra græsk og betyder at "falde af", som træernes blade gør om efteråret. Når en celle er overflødig eller skadet, "falder den af" ved at blive mindre for derefter at blive spist af en nabocelle eller en makrofag (fagocyterende celle fra immunsystemet). Kræftceller undgår selvmord Kræftceller er også skadede celler, men de har altså opnået en evne til at undgå selvmord. De får lov til at overleve i en krop, som ellers gerne ville af med dem. Skaderne består i, at cellerne har fået nogle mutationer i deres gener, som gør dem i stand til at overleve ellers dødbringende signaler. Dette kapitel vil fortælle, hvordan normale celler begår selvmord, og hvordan kræftceller undgår det. Vi vil også fortælle om det, som måske kan vise sig at være en af fremtidens kræftbehandlinger: at genskabe kræftcellers evne til at begå selvmord. Et overset fænomen Det var længe et overset fænomen, at en celle aktivt er i stand til at udslette sig selv. Og da opdagelsen endelig blev gjort af et skotsk forskerhold i 1972, blev den stort set ignoreret. Det var først mere end 10 år senere, forskerverdenen fik øjnene op for denne mekanisme og erkendte det som en naturlig måde at skaffe sig af med skadede celler på. En naturlig barriere mod kræft Før opdagelsen af cellers selvmord var opfattelsen af en kræftsygdoms første fase meget enkel: Hvis en ellers normal celle fik nogle få uheldige mutationer, som gjorde den i stand til at dele sig hele tiden, ville cellen uden barrierer kunne danne en kræftsvulst. Med opdagelsen af cellers selvmord fandt man ud af, at selvmordet er endnu en naturlig barriere, som den spirende kræftcelle også skal bryde. Figur 6.1. Normalt væv: Hver gang en celle deler sig og bliver til to, skulle vævet blive en celle større ( ). Men en celledeling følges op af en anden celle, som begår selvmord ( ), og så er den rigtige størrelse af vævet genoprettet. Der er balance mellem celledeling og selvmord. En mutation: Den giver en ellers normal celle evnen til at dele sig ukontrolleret ( ), men fører ikke til en kræftsvulst. Mutationen i cellen opfattes nemlig som en skade, og cellen vil øjeblikkeligt svare igen ved at begå selvmord ( ).Den skadede celle forsvinder, og balancen i vævet vil være genoprettet. Der er igen balance. To mutationer: Men mister cellen, med en ny mutation, evnen til at begå selvmord ( ), vil den skadede celle få lov til at overleve og dele sig ukontrollabelt. Det vil føre til dannelse af en kræftsvulst. Der er ubalance. Ved mutationer, som gør den spirende kræftcelle i stand til at dele sig hele tiden, reagerer cellen ved at begå selvmord, inden den når at dele sig. Hermed vil de spirende kræftceller udrydde sig selv, og kroppen er stadig i balance. Men hvis en af de spirende kræftceller mister evnen til at begå selvmord (ved en tilfældig mutation i et af de gener, som styrer selvmordsprocessen), så får den spirende kræftcelle lov til at overleve med skader, dele sig uhæmmet og danne en kræftsvulst. Hvis evnen til selvmord mistes, brydes en af barriererne mod udvikling af kræft. Apoptose 53

2 Selvfølgelig skal celler dø Man kan undre sig over, at normale cellers selvmord ikke blev opdaget før. For hver gang en celle bliver til to, skal der principielt forsvinde en i den anden ende. Hvis det ikke var tilfældet, ville fuldt udvoksede mennesker blive ved med at vokse, og kæmperne fra eventyrene ville genopstå. Balancen i vores organer og væv ville forstyrres, og vores krop ville gå i stykker. En af grundene til, at opdagelsen kom så sent, var, at cellens selvmordsproces foregår meget hurtigt. Vi taler om minutter. Og umiddelbart efter selvmordet bliver den døde celle spist af en nabocelle. På den måde forsvinder den nærmest fra jordens overflade, inden man når at blinke. Det som alligevel nåede at springe forskere i øjnene, var den særlige måde, cellen tog sig ud på under selvmordet. Hvordan ser en celles selvmord ud i mikroskopet? DNA'et, som befinder sig i cellekernen, fortættes og bliver derfor synligt som store sorte klumper i kanten af cellekernen (figur 6.2). DNA et bliver også klippet i bittesmå stykker af nogle enzymer, der bliver aktiveret tidligt i selvmordsprocessen. Når alle cellens kromosomer er skåret i bittesmå stykker, kan man godt forstå, at selvmordet er uigenkaldeligt. Den døende celle falder sammen, som en ballon der har mistet pusten. Samtidig med, at DNA et fortættes og klippes i stykker, spaltes cellerkernen op i mindre dele. Cellemembranen får små udposninger, som pludseligt snører sig sammen og får cellen til at dele sig i mindre dele. Disse små dele er kendetegnet ved, at de hele tiden er fuldstændig omgivet af cellemembran, så den døende celle ikke spilder noget af sit indhold ud i det omkringliggende væv. (Her adskiller selvmordet sig fra en anden form for celledød, nemlig nekrose. Nekrose er en unaturlig form for celledød, som for eksempel opstår, hvis celler udsættes for skrappe kemikalier. Det får cellemembranen til at briste og fører hurtigt til cellens død. Men med hullet i cellemembranen afgiver cellen sit indhold til omgivelserne, og blandt andet syre fra cellens lysosymer starter en betændelsesreaktion i omkringliggende væv). Pladsen i den døende celles cytoplasma bliver trang, således at cellens organeller: Mitokondrierne, lysosymerne og det endoplasmatiske reticulum, kommer til at ligge tættere på hinanden. Selvom alt i cellen synes at ændre sig under cellens selvmord, forbliver organellerne af uforklarlige årsager intakte i lang tid. Under cellens selvmord vender cellemembranen vrangen ud. Det vil sige, at det, der normalt er bundet til cellemembranens inderside, pludselig findes på cellens overflade. Den nye overflade er et signal til naboceller eller makrofager om, at de skal fagocytere den døende celle. På den måde bliver al den energi, som var lagret i den nu døde celle, genbrugt af den fagocyterende celle. Alle celler indeholder et sovende dødsprogram Cellers selvmord opstår ikke ved en tilfældighed. Alle celler indeholder nemlig et dødsprogram, som, når det tændes, får cellen til at udslette sig selv. Derfor bliver apoptosen (selvmordet) også kaldt programmeret selvmord. Med programmeret menes, at der i alle celler findes proteiner, som er i stand til at dræbe cellen, når de får besked på det. Dette program er slukket i en normal celle, men tændes i en celle, som er overflødig eller skadet. Figur 6.2. Nummer to celle fra venstre begår selvmord. Det starter med, at DNA et fortættes og bliver synligt (A). Cellen skiller sig fra naboceller og basalmembranen, og cellen falder sammen (B); cellen splittes i små dele (C) og fagocyteres til sidst af naboceller eller makrofag (D). Hvad tænder dødsprogrammet? Historien om det programmerede selvmord ville være nem at forklare, hvis cellen kun havde en "dødsknap" (receptor), som man skulle trykke på for at tænde for programmet. Og hvis "fingeren", som skulle trykke på dødsknappen, kun var en bestemt finger (dødssignal). Men sådan er historien ikke. 54 Bogen om kræft

3 Figur 6.3. Eksempler på, hvordan dødsprogrammet kan tændes på forskellige måder: af dræber-t-celler, mangel på vækstfaktorer, bestråling eller kemoterapi (bestråling og kemoterapi laver uoprettelige skader på cellers DNA, og det får DNA ets vogter, p53-proteinet, til at gøre det af med cellen. Spontane skader på DNA et kan også få cellen til at begå selvmord). Der er nemlig mange forskellige dødsknapper og mange forskellige fingre, som alle kan få cellen til at begå selvmord. Her er eksempler, hvordan dødsprogrammet kan tændes på vidt forskellige måder i normale celler. Samtidig beskrives, hvordan nogle kræftceller kan afvise særlige dødssignaler og på den måde forhindre, at dødsprogrammet bliver sat i gang. DNA ets vogter, p53, tænder dødsprogrammet Hvis en celle får en uoprettelig skade på sit DNA, begår cellen selvmord. Det er tumorsuppressoren p53, populært kaldet DNA ets vogter, som sørger for, at cellen tænder for dødsprogrammet (figur 6.3). DNA-skaden gør det ellers flygtige og ustabile p53-protein stabilt og aktivt. p53 er en transkriptionsfaktor, og i sin aktive form sørger p53 i første omgang for at aktivere gener, som stopper cellens deling (kapitel 5). Men hvis cellen ikke er i stand til at reparere fejlen, mens væksten er stoppet, aktiverer p53 andre gener, som sørger for, at cellen begår selvmord. For at blive i "finger" og "knap"- sproget kan man sige, at skaden på DNA et er fingeren, og p53-proteinet er dødsknappen. p53 lever op til sit tilnavn Med cellens selvmord sørger p53-proteinet for, at kroppen kommer af med en potentielt farlig celle. Cellen er potentielt farlig, fordi DNA-skaden kan have ramt et særligt gen så u- heldigt, at genet er blevet kræftfremkaldende (kapitel 4). Derfor vil p53-proteinet i sådan en situation leve særlig godt op til sit tilnavn tumorsuppressor ved at gøre det af med cellen. DNA ets vogter mister arbejdsevnen Når celler har så smart en måde at gøre det af med DNAskadede celler på, hvorfor får kræftceller så lov til at overleve? En af de mest håndgribelige forklaringer er, at man i over halvdelen af alle kræfttilfælde finder, at p53-genet selv har fået en DNA-skade ("en læge kan også blive syg"). DNA-skaden, mutationen, rammer p53-genet så uheldigt, at når genet oversættes til protein, mangler p53-proteinet den del, som er i stand til at binde DNA og aktivere gener. Det vil sige, at generne, som skal sørge for, at cellen begår selvmord, ikke bliver aktiveret. Det kan være kimen til, at kræft opstår. For herfra vil nye DNA-skader få lov til at bestå. Hvis DNA-skaden rammer et gen, som med en mutation bliver kræftfremkaldende, kan cellen meget vel bevæge sig ud på den glidebane, som ender med at gøre den til en kræftcelle. Dræber-T-celler og dødsreceptorer Signalet om at begå selvmord kan også komme udefra. For eksempel har mange celler såkaldte dødsreceptorer på deres overflade. Når en celle med dødsreceptorer modtager dødsfaktorer fra andre celler, svarer den modtagende celle prompte ved at sætte dødsprogrammet i gang. Dødsfaktorerne flyder ikke bare rundt med blodet og får Apoptose 55

4 vilkårlige celler til at begå selvmord. Dødsfaktorerne produceres i nogle af immunsystemets celler, og disse celler bruger dødsfaktorerne som "våben" til at gøre det af med virusinficerede eller skadede celler (f.eks. spirende kræftceller). Et eksempel er immunsystemets dræberceller, de såkaldt cytotoksiske T-celler, også kaldet dræber-t-celler. Fas-liganden og Fas-receptoren Dræber-T-celler producerer dødsfaktorer, som hedder Fasligander. I modsætning til mange andre signalfaktorer bliver Fas-liganderne ikke afgivet fra cellen, men sidder fast i dræber-t-celles membran (som en receptor med en ydre, en transmembran og en indre del). Når en dræber-t-celle genkender en skadet celle, binder den sig til den. Den tætte kontakt gør, at Fas-liganderne er i stand til at binde sig til den skadede celles Fas-receptorer (dødsreceptorer, som genkender Fas-liganderne se figur 6.3). Det får den skadede celle til at begå selvmord, og inden længe vil den blive fagocyteret enten af naboceller eller mere sandsynligt af makrofager. Makrofager er ligesom dræberceller en del af immunsystemet og sørger for at rydde op. Kræftceller bruger dræber-t-cellens våben Men nogle kræftceller undgår dræber-t-cellerne på en særlig måde. En uheldig mutation har nemlig gjort, at kræftcellen selv kan producere Fas-ligander og har samtidig mistet Fasreceptorerne. Det vil sige, at kræftcellen fra ikke at have Fasligander pludseligt har dem på sin overflade. Når en dræber- T-celle så genkender kræftcellen og vil dræbe den, får den sig en slem overraskelse. For med dræber-t-cellens eget våben i hånden (Fas-liganden) vil kræftcellens Fas-ligander binde sig til Fas-receptorerne på dræber-t-cellens overflade. Det vil få dræber-t-cellen til at begå selvmord. På den måde undgår kræftcellen immunsystemets dræber-t-celler og vil ikke alene overleve angrebet, men også slå sine modstandere ihjel. Figur 6.4. Hvis en kræftcelle bliver genkendt af en dræber-t-celle, vil den tætte kontakt gøre dræber-t-cellen i stand til at dræbe kræftcellen med sine Fasligander (kræftcelle A). Men nogle kræftceller bruger dræber-t-cellens eget våben til at undgå dræber-t-cellerne (kræftcelle B). For i stedet for at have Fasreceptorer på sin overflade har disse kræftceller Fas-ligander (kræftcelle B). Det vil sige, når en dræber-t-celle genkender kræftcellen med øje for at dræbe den, vil Fas-liganderne binde sig til dræber-t-cellens Fas-receptorer, og dræber-t-cellen og ikke kræftcellen vil begå selvmord. 56 Bogen om kræft

5 Overflødige celler begår selvmord Det er ikke kun, når celler er skadede, de begår selvmord. Celler dør også, hvis de er overflødige. Med overflødig mener man, at cellen kan undværes, fordi der er celler nok i forvejen. Nu er det ikke sådan, at der flyder en "overflødighedsfaktor" rundt med blodstrømmen og finder alle de celler, som er overflødige. Nej, billedet skal faktisk vendes om. Hvis cellen ikke modtager et signal, som fortæller, at der er brug for den, begår den selvmord. Hvad er det så for et signal, som cellen kræver for sin overlevelse? I kapitel 4 om onkogener og tumorsuppressorer fortalte vi, at celler er indbyrdes afhængige af hinanden og lytter til hinandens signaler. Hvis en nabocelle for eksempel udsender mange vækstfaktorer, svarer den modtagende celle ved at dele sig. Hvis en nabocelle kun udsender få vækstfaktorer, deler den modtagende celle sig ikke, men bruger det alligevel som et signal om, at der er brug for den. Hvis cellen slet ikke modtager vækstfaktorer fra nabocellerne, er det et signal om, at der ikke er brug for den mere, og så begår den selvmord (figur 6.3). Overflødige kræftceller overlever Kræftceller har nemlig gjort sig uafhængige af andre celler ved at producere egne vækstsignaler. Derfor "tror" kræftcellerne, at der hele tiden er brug for dem, selvom de ikke modtager vækstfaktorer fra de normale naboceller. Det vil sige, at kræftcellerne ikke begår selvmord, fordi de fortæller sig selv, at de er nødvendige. Cellen er stadig dødelig Der er mange forskellige dødsknapper, man kan trykke på for at tænde dødsprogrammet. Så selvom en normal celle mister én dødsknap ved en mutation, er det ikke ensbetydende med, at cellen er udødelig. For det er stadig muligt at trykke på cellens andre knapper. Hvis der bliver trykket på en af de andre dødsknapper, vil den skadede celle alligevel begå selvmord. Det vil for eksempel sige, at en kræftcelle med defekt p53 stadig kan dræbes med dræber-t-cellens Fas-ligander. Hvordan undgår kræftceller selvmordet, når det ikke er nok at miste én dødsknap? Umiddelbart kunne man tro, at alle de andre dødsknapper med nye mutationer også skulle fjernes, før det kunne lade sig gøre at undgå selvmord. Men det tyder faktisk på, at kræftceller gør noget andet. For at forstå det må man først se, hvordan cellernes dødsprogram ser ud. Mitokondrierne dødssignalernes samlingspunkt Når signalet om at dø kommer fra vidt forskellige steder, kunne man godt forestille sig, at hvert dødssignal brugte sit særlige dødsprogram (sine særlige proteiner) til at sætte selvmordet i gang. Men det viser sig, at de fleste dødssignaler meget hurtigt gør brug af det samme dødsprogram. Det er nemlig fælles for de fleste dødssignaler, at de meget hurtigt, efter de er blevet afsendt, påvirker cellens mitokondrier. Figur 6.5. Selvom signalerne om at dø kan komme vidt forskellige steder fra, er det fælles for de fleste dødssignaler, at de meget hurtigt påvirker cellens mitokondrier til at afgive cytokrom c. Herfra gør de forskellige dødssignaler brug af et fælles dødsprogram: Cytokrom c aktiverer dødsproteaserne (caspaserne), som spalter dødssubstraterne (her: ICAD og cytoskelettet) og gør det på den måde endeligt af med cellen. Processen indrammet i stiblet linie nederst på figuren foregår i cellekernen. Apoptose 57

6 Alle veje fører til dødsproteaserne Mitokondrierne har længe været kendt som cellens energifabrikker, fordi de sørger for dannelsen af det energirige molekyle, ATP (adenin-tri-fosfat). Men den seneste tids forskning har også vist, at næsten uanset hvilket dødssignal en celle modtager, åbner mitokondrierne porer i deres membraner og afgiver et særligt protein, nemlig cytokrom c. Cytokrom c aktiverer så en særlig gruppe af proteiner. Disse proteiner består af såkaldte proteaser, som bærer et særligt navn, nemlig caspaser. Proteaser er særlige enzymer, som i aktiv form er i stand til at spalte de proteiner, de kan genkende. Caspaserne bliver også kaldt dødsproteaserne, for når de har udført deres opgave, er cellen så godt som død. Caspaserne kunne billedligt talt være en stor samling af skarpe knive, som i den normale celle ligger i skeder, så de ikke gør nogen skade. Når caspaserne bliver aktive (lige meget hvilken dødsknap, der er blevet trykket på), fjernes skederne, og de skarpe knivblade vil kløve (spalte) andre proteiner, som i sidste ende vil gøre det af med cellen. Proteiner, der bliver spaltet under selvmordet, bliver også kaldt dødssubstrater, fordi deres spaltning er et sikkert tegn på, at cellen vil dø. Caspaser er proteaser. Proteaser er enzymer. Enzymer er proteiner. Men ikke alle proteiner er enzymer, etc.... Dødssubstraterne ofrene for de skarpe knive På nuværende tidspunkt har man opdaget over 100 dødssubstrater. Mange af dødssubstraterne er strukturelle proteiner, som sørger for, at cellen kan have den rumlige form, den nu har. Cellens strukturelle proteiner kaldes samlet for cellens cytoskelet. Hvis man for eksempel forestiller sig en celle som et iglotelt, er det de strukturelle proteiner cytoskelettet teltstængerne, som sørger for, at teltet er rummeligt. Mange af de strukturelle proteiner bliver kløvet af de aktive caspaser, og det får cellen til at falde sammen. Præcis som det ville ske, hvis vi skar igloens teltstænger over. CAD uden ICAD klipper DNA et i små stykker Resten af dødssubstraterne er enten enzymer eller hæmmere af enzymer. Enzymerne kan enten blive aktive eller miste deres funktion, når de spaltes af dødsproteaser. Spaltede hæmmere har kun en skæbne. Det gør dem ude af stand til at hæmme deres enzym. ICAD (fra engelsk: Inhibitor of caspaseactivated DNase) er et godt eksempel på det sidste. ICAD binder sig til CAD (fra engelsk: caspase-activated DNase). Det gør CAD ude af stand til at udføre sin funktion, som er at klippe cellens DNA i små stykker. Men når caspaserne bliver aktive efter et dødssignal, sørger de for at spalte ICAD i to dele, så den ikke længere kan binde sig til CAD. På den måde mister CAD sin hæmmer og bevæger sig herefter ind i cellekernen, hvor den går i gang med at klippe DNA et i stykker. Så er selvmordet uigenkaldeligt. Cellen dør. Dødssubstrater Cytoskelet Enzym Enzymhæmmere Selvmordet og Storebælt De fleste dødssignaler påvirker altså hurtigt cellens mitokondrier til at afgive cytokrom c. Cytokrom c aktiverer cellens caspaser, som spalter dødssubstraterne, og det ender med cellens undergang. Man kan sammenligne dødsignalernes vej gennem cellen med en tur over Storebælt. Bilerne (de forskellige dødssignaler) kører ad forskellige veje (signalveje) for at nå til broen (deres fælles mål). Ved broen får de en billet (cytokrom c) fra kassen (mitokondrien), som så giver bilerne adgang til at køre ad den samme motorvej, hvor dødsproteaserne og dødssubstraterne i skøn forening får cellen til at dø. Overlevelsesproteiner bomme på vejen Indtil nu har vi fokuseret på de proteiner, som modtager dødssignalet og sender det videre. Det er et forenklet billede, fordi der også findes proteiner, som prøver at bremse dødssignalet. Disse proteiner kaldes overlevelsesproteiner. Med Storebæltsbilledet i frisk erindring er overlevelsesproteinerne bomme på vejen, som holder bilerne (dødssignalerne) tilbage. Bcl-2 hæmmer cytokrom c s frigivelse I en normal celle er overlevelsesproteinet Bcl-2 bundet til mitokondriens ydre membran. Her sørger Bcl-2-proteinet for, at cytokrom c ikke bliver frigivet fra mitokondrien. Det vil sige, mens dødssignaler får cytokrom c til at forlade mitokondrien, gør Bcl-2 det modsatte. Man kan sige, at overlevelsesproteinet Bcl-2 og dødssignalerne modarbejder hinanden, og kampen drejer sig om cytokrom c. Skal cytokrom c blive i mitokondrien og cellen overleve, eller skal cytokrom c frigives og cellen dø? Hvem vinder? I en normal celle, som ikke har modtaget et dødssignal, vinder Bcl-2. Bcl-2-proteinet kan uden modstand holde cytokrom c tilbage i mitokondrien (figur 6.6). Hvis cellen modtager et dødssignal, som er vedholdende (det vil sige, at dødssignalet ikke lige pludselig forsvinder, for eksempel ved at en dræbercelle forlader den skadede celle, før dødssignalet for alvor er sat i gang), vil dødssignalet med tiden overvinde Bcl-2-proteinets modstand. Derfor vil cytokrom c til sidst forlade mitokondrien, og cellen dør. Balance mellem liv og død Kampen mellem dødssignalerne og Bcl-2 fortæller også, hvorfor overlevelsesproteiner er vigtige. Overlevelsesproteinerne medvirker til at regulere cellers selvmord nøje, så cel- 58 Bogen om kræft

7 og dem, som prøver at bremse det (overlevelsesproteiner). Denne balance er ødelagt i kræftceller, og resultatet er altid det samme: Cellen overlever. Vi skrev, at en celle, som med én mutation har mistet en dødsknap, ikke er udødelig. For selvom cellen mister en dødsknap, forbliver dødsprogrammet intakt, og cellen vil dø, hvis der bliver trykket på andre dødsknapper. I Storebæltsanalogien svarer det til, at biler fra andre indfaldsveje stadig kan køre over broen, selvom en af tilkørselsvejene er lukket. Figur 6.6. Balance mellem liv og død. Overlevelsesproteiner her med Bcl-2 som eksempel sørger for, at celler ikke dør ved den mindste påvirkning fra dødsfaktorer (cytokrom c bliver i mitokondrien vægten til højre). Men er dødsfaktorerne mange, vil de overvinde modstanden fra Bcl-2. Vægten vil tippe til dødsfaktorernes fordel, og cellen begår selvmord (cytokrom c forlader mitokondrien vægten til venstre). lerne ikke dør, bare de ser skyggen af en dødsfaktor. Det vil sige, at der eksisterer en fin balance mellem de proteiner, som sørger for at sende dødssignalet videre (dødsproteiner), Kræftceller bremser dødssignaler Hvordan kan det være, at kræftceller overlever, lige meget hvor dødssignalerne kommer fra? Kræftceller kan bremse dødssignaler, som allerede er sat i gang. Så i stedet for at sætte ind der, hvor dødssignalet starter, sætter kræftcellerne ind der, hvor alle dødssignaler mødes, og bruger en fælles signalkæde (fra mitokondrien over caspaserne til dødssubstraterne). Med "sætte ind" mener man, at kræftcellerne laver særlige overlevelsesproteiner, som dødssignalerne ikke kan komme uden om. I billedet med tilkørselsvejene og Storebæltsbroen svarer det til, at stopbommen (som standser en bil på sin vej fremad) ikke sættes på en indfaldsvej, men derimod ved eller på selve broen. På den måde sørger man for, at uanset hvilken indfaldsvej bilerne kommer fra, vil de ikke nå over broen. Men kræftceller har flere måder at gøre det på. I det følgende beskriver vi, hvordan tre overlevelsesproteiner på hver sin måde sørger for, at kræftceller overlever. Det første eksempel er Bcl-2-proteinet. Fra lidt til meget overlevelsesprotein Mens Bcl-2-proteinet i en normal celle ikke kan modstå et vedvarende dødssignal, bruger mange kræftceller lige netop Figur 6.7. Normalt producerer lymfocytter en passende mængde Bcl-2-protein, som ender i cellens mitokondrier. Men i en særlig form for lymfekræft har en translokation flyttet Bcl-2-genet over på et andet kromosom (fra kromosom 18 til kromosom 14) med høj genaktivitet. Den nye placering og nabogenernes høje aktivitet smitter af på Bcl-2-genet og medfører, at cellen producerer alt for meget Bcl-2 protein, som også ender i mitokondrien. Apoptose 59

8 Bcl-2 til at sikre deres overlevelse. Det fandt man bl.a. ud af ved at studere en særlig type lymfekræft. I denne sygdom har man observeret en bestemt mutation, som går igen fra kræftpatient til kræftpatient. Mutationen består i, at en del fra et kromosom har sat sig over på et andet kromosom (en såkaldt translokation). Man har fundet ud af, at translokationen placerer Bcl-2-genet på en ny plads i et nyt kromosom (fra kromosom 18 til kromosom 14). På den nye plads får Bcl-2-genet nye gener som naboer. Disse gener har en høj genaktivitet det vil sige, at de bliver aflæst hele tiden. Denne livlige aktivitet smitter af på Bcl-2-genet og medfører, at genet fra at producere en passende mængde Bcl-2- protein på sin nye plads pludseligt producerer alt for meget Bcl-2-protein. Man siger, at Bcl-2-proteinet er overudtrykt. Dødssignaler bremses ved mitokondrien Det unaturligt store antal af Bcl-2-proteiner i mitokondriens membran får en uheldig konsekvens. For næsten uanset hvilket dødssignal kræftcellerne modtager, vil den forøgede mængde af Bcl-2-proteiner forhindre cytokrom c i at forlade mitokondrien. Bcl-2 spiller central rolle Efter man opdagede, at der var en forøget mængde Bcl-2- protein i lymfekræft, har man også undersøgt niveauet af Bcl-2-protein i andre kræftformer. Det viser sig, at 50 pct. af alle kræftformer indeholder en forøget mængde Bcl-2-protein. Det kunne derfor godt tyde på, at Bcl-2 spiller en central rolle i at sikre kræftcellernes overlevelse. Bcl-2 og kræftbehandling Strålebehandling og kemoterapi giver kraftige skader på cellers DNA. Sådanne skader opfatter cellen som et signal til at dø og begår selvmord. Men ligesom andre dødssignaler føres signalet igennem mitokondrien og er afhængig af frigivelse af cytokrom c. Derfor må man regne med, at en høj mængde af Bcl-2 hæmmer disse behandlinger. Laboratorieforsøg med kræftceller det vil sige kræftceller uden for kroppen understøtter dette. Her ser man nemlig, at kræftceller med en stor mængde Bcl-2-protein beskytter cellerne mod strålerne i strålebehandling og mange af kemikalierne i kemoterapi. Derfor er det overraskende, at kun få kræftformer med en forhøjet mængde Bcl-2-protein såsom leukæmi, lymfekræft og prostatakræft også er sværere at behandle (de har en dårlig prognose) med stråler eller kemo. For mange kræftformer viser det sig at være lige omvendt: At en stor mængde Bcl-2-protein ofte er et tegn på, at patienten vil leve længere, og i visse tilfælde giver det også en bedre behandling. Det viser, at det, man finder ud af i laboratoriet, og det, som sker i det virkelige liv, ikke altid stemmer overens. Samtidig viser det også, at det er farligt at fokusere på et enkelt protein som Bcl-2, når man prøver at forudsige udfaldet af en behandling. Særlige overlevelsesproteiner: Survivin og Hsp70 Historien om Bcl-2-proteinet er en historie om, hvordan forskellige mængder af et protein kan forskubbe en ellers fin balance og få fatale følger. Men der er også eksempler på overlevelsesproteiner, som fortrinsvis findes i kræftceller og i mindre grad i normale celler. Proteinet Survivin og proteinet Hsp70 er begge eksempler på sådanne. Begge proteiner er interessante, og specielt i behandlingssammenhæng håber man at kunne bruge den nye viden om disse overlevelsesproteiner til at genskabe kræftcellers evne til at begå selvmord (figur 6.9). Figur 6.8. Den unaturligt store mængde Bcl-2-protein i de kræftramte lymfocytter får en uheldig konsekvens. For uanset hvor stærkt og vedholdende et dødssignal er, vil det ikke få balancen til at tippe til dødsfaktorernes fordel, og cellen overlever. Uden frigivelse af cytokrom c vil caspaserne ikke blive aktive og dødssubstraterne ikke spaltet. Det vil sige, at dødssignalerne bliver bremset ved mitokondrien, og cellen overlever. Survivin bremser aktive caspaser Proteinet Survivin findes kun i celler, der deler sig. Derfor er Survivin kun til stede i et fåtal af kroppens normale celler og i kræftceller. Alle de kræftsvulster uanset kræftform man hidtil har undersøgt, indeholder dette protein. Tilstedeværelsen af Survivin får en uheldig konsekvens, fordi det gør kræftcellerne i stand til at overleve mange forskellige dødssignaler (derfor navnet: Survivin afledt af det engelske ord survive = overleve). Survivin kan bremse dødssignaler, der allerede er sat i gang. Men mens Bcl-2 virker på 60 Bogen om kræft

9 dødssignalernes samlingspunkt, mitokondrien, og før caspaserne er sat i gang, virker Survivin, efter caspaserne er sat i gang. Survivin-proteinet gør caspaserne ude af stand til at kløve deres dødssubstrater, som ellers skulle gøre det endeligt af med cellen. Hsp70 den sidste bom på broen Historien om Hsp70-proteinet ligner langt hen ad vejen den om Survivin. I normale celler dannes Hsp70-proteinet under cellestress. F.eks. dannes de, når man har høj feber, og deres funktion er her at sørge for, at de normale celler overlever febertilstanden. I mange kræftceller findes Hsp70-proteinet hele tiden. Hsp70-proteinet kan ligesom Bcl-2 og Survivin stoppe dødssignaler, som allerede er sat i gang. Men mens Bcl-2 virker der, hvor dødssignalerne samles, og Survivin hæmmer de aktive caspaser, før de kløver dødssubstraterne, virker Hsp- 70-proteinet endnu senere (længere nede i signalkæden). Det viser sig nemlig, at kræftceller med Hsp70-protein kan modstå et dødssignal, som er nået så langt, at det har sat gang i caspaserne og har indledt kløvningen af særlige dødssubstrater. Det kom som en stor overraskelse for mange forskere, at Hsp70 virker så sent i signalkæden. I lang tid har det været bredt accepteret i forskerkredse, at det er SLUT med cellen, når caspaserne er i gang, og kløvningen af dødssubstraterne indledes. Som amerikanere kalder det: Point of no return (ingen vej tilbage). Men det viser sig at være forkert, for kræftceller med Hsp70 overlever "point of no return"! Figur 6.9. Kræftceller med Survivin overlever dødssignaler, som er sat i gang, og uanset hvor de kommer fra. Det sker ved at hæmme aktive caspaser. Ung dansk forsker får kræftceller til at dø Mange kræftforskere har længe leget med tanken om at kunne genskabe kræftcellernes evne til at begå selvmord, hvis man kunne fjerne overlevelsesproteinerne Survivin eller Hsp70 fra kræftcellerne. For så ville der jo ikke være noget, der kunne bremse dødssignalerne, og så ville kræftcellerne dø. Det er faktisk lykkedes i Marja Jäätteläs apotosegruppe for den unge danske forsker, Jesper Nylandsted Larsen på Kræftens Bekæmpelse. De kan fjerne Hsp70 fra kræftceller i laboratoriet. Jesper får kræftceller til at dø Jesper Nylandsted Larsen kan fjerne Hsp70-proteinet fra kræftceller i kultur og i mus. Det ser ud til at have store konsekvenser: Kræftcellerne dør. For at hæmme dannelsen af Hsp70-proteinet i kræftceller har jeg anvendt en teknik, som sørger for, at det messenger RNA (mrna), som er resultatet af Hsp70- genets aflæsning (transkription), ikke bliver oversat (translateret) til protein. Metoden kaldes antisense-hæmning og er en udbredt måde at forhindre dannelsen af specifikke proteiner i celler. Det er foregået ved at introducere en fremmed DNA-sekvens i kræftceller. DNA-sekvensen koder for et stykke RNA, der kan binde til det mrna, som koder for Hsp70-proteinet. På den måde bliver en del af Hsp70-mRNA-molekylet dobbeltstrenget (mrnamolekyler er modsat DNA enkeltstrenget), og det gør Apoptose 61

10 ribosomerne ude af stand til at oversætte (translatere) mrna et til protein. Det vil sige, at Hsp70-proteinet ikke bliver dannet. Rent praktisk er det foregået ved, at jeg har pakket en almindelig forkølelsesvirus med det fremmede DNA. Jeg har udnyttet virusens evne til at blive optaget i cellen og på den måde introducere sit DNA med den fremmede DNA-sekvens i kræftcellerne (i kultur). På den måde er det lykkedes at hæmme dannelsen af Hsp70-proteinet. Jeg troede, at kræftcellerne ville være ekstra følsomme over for kemoterapi eller strålebehandling umiddelbart efter introduktionen af virus i kræftcellerne. Men til min store overraskelse behøvede jeg ikke at udsætte cellerne for nye behandlinger for at komme af med dem. Kræftcellerne døde af sig selv. Hvis jeg foretog den samme behandling på normale celler, skete der ikke noget. De normale celler overlevede behandlingen. Gentagne forsøg med det samme resultat (kræftcellerne dør og de normale celler overlever) opmuntrede mig til at prøve behandlingen på mus for at se, om man kunne opnå det samme resultat i levende organismer. Jeg sprøjtede kræftcellerne ind under huden på mus, og de blev til kræftsvulster i løbet af 4-7 dage. Herefter sprøjtede jeg virusen med det fremmede DNA direkte ind i kræftsvulsten flere steder og flere gange. På andre mus (kontrolmus) gennemførte jeg den samme behandling dog med en virus, som ikke indeholdt det fremmede DNA. Resultatet var overbevisende. Mens kontrolmusenes kræftsvulster blev større og større, blev kræftsvulsterne mindre og mindre på de mus, som havde modtaget den rigtige behandling. Men behandlingen gør det dog ikke af med hele kræftsvulsten, og det vil sige, at det ikke er alle kræftcellerne, som bliver ramt. Det skyldes formentligt, at det ikke er alle kræftcellerne, som bliver inficeret med vores helbredende virus. Men resultatet fortæller, at jeg er på rette vej, og det måske kan blive en af fremtidens behandlinger eller i hvert fald et godt supplement til den eksisterende. Figur Fremtidens behandling? Ved at hæmme syntesen af Hsp70- proteinet får Jesper kræftceller til at dø i laboratoriet og i mus. 62 Bogen om kræft

11 Kræftceller dør spontant Forskerne kan nu også fjerne Survivin-proteiner fra kræftceller ved at bruge en strategi, der minder om den strategi, der blev brugt til at fjerne Hsp70-proteiner. Det gav det samme opmuntrende resultat. Kræftcellerne døde spontant. I begge tilfælde tyder det altså på, at dødsprogrammet hele tiden er tændt i kræftcellerne, men at enten Survivinproteiner eller Hsp70-proteiner sørger for, at dødssignalet ikke når til vejs ende. Men hvis man fjerner enten Survivineller Hsp70-proteinerne, kan allerede aktive caspaser atter spalte dødssubstraterne, og det vil ende med kræftcellernes død. Normale celler dør ikke Samtidig med disse forsøg så forskerne også, at normale celler var fuldstændig uberørt af behandlingen. Det skyldes, at de fleste normale celler hverken indeholder Hsp70-protein eller Survivin-protein, og de vil derfor heller ikke få fjernet noget under behandlingen. De kan fortsætte deres liv, som om intet var hændt. Nutidens og fremtidens behandling Disse forsøg kan være kimen til det, som i fremtiden kan vise sig at være den ideelle kræftbehandling. Netop ved at være rettet specifikt mod kræftceller vil en sådan behandling adskille sig fra de traditionelle behandlinger, man bruger i dag. I dag består de etablerede kræftbehandlinger af kirurgi, stråler og kemo. Ved udviklingen af kemoterapi og strålebehandling vidste man i princippet ikke, hvad der skete i svulsten. Man så, at den blev mindre, og derfor fortsatte man behandlingen. I dag ved vi, at stråler og kemi får kræftcellerne til at begå selvmord. Med vores nye viden om cellers selvmord forklarer det også, at den nuværende behandling ikke er den mest effektive måde at dræbe kræftcellerne på, for kræftcellerne bliver ofte modstandsdygtige under behandlingen. En anden af de store ulemper ved den nuværende behandling er også, at det ikke kun er kræftcellerne, men også normale celler, som angribes og dør under behandlingen. Det er de normale cellers død, som giver de kraftige bivirkninger, og som ofte gør, at man må stoppe behandlingen, før man har fået ram på alle kræftcellerne. En petriskål er ikke en kræftpatient Hvis Hsp70 eller Survivin skal kunne blive nøglen til fremtidens bivirkningsfri behandling, er det nødvendigt, at man på den ene eller anden måde bliver i stand til at fjerne enten Hsp70 eller Survivin fra patienters kræftceller. Det er nemlig én sag at behandle kræftceller, når de ligger lige foran én i en petriskål. Det er en helt anden sag, når kræftcellerne gemmer sig inde i patienten. Det er netop det, som viser sig at være akilleshælen i mange nye behandlinger: Man har svært ved at levere medicinen der, hvor den skal virke. Mens den virus, som forskerne bruger som transportmiddel, er effektiv til at levere medicinen til alle kræftceller uden for kroppen, ser det altså anderledes ud i kroppen. Selvom virus bliver sprøjtet ind i kroppen lokalt og ofte direkte ind i kræftsvulsten, er virus stadig afhængig af, at blodstrømmen fører den de rigtige steder hen. Samtidig vil kroppens immunsystem gøre alt for at gøre det af med virusen, og det letter heller ikke virusens vej til kræftcellerne. Men hvis man finder det rette transportmiddel, som kan ramme alle kræftcellerne (og det arbejdes der intenst på over hele verden), vil man stå med en behandling, som måske kan virke alene eller være et godt og tiltrængt supplement til eksisterende behandlingsformer, hvor man så venter at kunne reducere strålingsdosis eller mængden af kemoterapi. Målrettet selvmord Forsøgene med Hsp70 og Survivin er stadig i en meget tidlig fase. Den intensive forskning i cellers selvmord har givet så meget viden og åbnet forskernes øjne for en helt anden side af kræftcellernes liv (og død). Og selvom kuren mod kræft ikke er lige rundt om hjørnet, giver den nye viden alligevel håb om, at man mere målrettet end nogensinde kan gøre det af med kræftcellerne og dermed sygdommen. Apoptose 63

12