Morten Tolberg Side 1 27-10-2003. BioB 3.HTX AS 2003-10-20

Morten Tolberg Side 1 27-10-2003 BioB 3.HTX AS 2003-10-20

Morten Tolberg Side 2 27-10-2003 EUC Køge HTX afd. Titelblad Titel: Tema: Projektperiode: Sideantal: Fag: Hvorfor Opstår Kræft? Kræft. Til 31 oktober 2003. 32 Biologi B. Udarbejdet af: Resume: Morten Tolberg Vejledere: Anni Simonsen I lang tid har patienter blevet plaget med en interessant sygdom. Dens navn krabbe, klo hentyder til sygdommens senere faser hvor svulsten vokser længere ind i kroppen fra sin plads i endotelceller, hvor 90% af kræft opstår. Ca. 90 % af de overlevende helbredes med kirurgi. I dette projekt gennemgås hvordan kræften kan opstå trin for trin, samt vil der undervejs være konklusioner på hvordan man kunne bremse lige netop denne udvikling. FORORD Dette projekt er lavet som led i undervisningen i Biologi B på Køge Tekniske Gymnasium (EUC sj. Køge afd.). Jeg er glad for den hjælp jeg har fået både af lærer og til kræftkonferencen i Bella Center, som i øvrigt var en interessant fornøjelse. Udover materialet fra kræftens bekæmpelse, er jeg kommet i besiddelse af en interessant artikel fra Lægemiddelforskning, hvori antisenseteknikken (og hvordan den kan bruges i lægemidler) beskrives. Se bilag.

Morten Tolberg Side 3 27-10-2003 Indholdsfortegnelse FORORD... 2 BAGGRUND... 4 1: OPBYGNING AF DNA.... 6 2: PROTEINSYNTESE... 7 3: CELLEDELING: MITOSE.... 10 4:OVERORDNET: KRÆFT:... 12 5: DE OTTE KRÆFTTRIN... 14 5,1: REPARATIONSMEKANISME... 14 5,2: CELLEDELINGSKONTROL OG TUMORSUPRESSORER... 16 5,3: APOPTOSE... 19 5,4: IMMUNFORSVARET... 21 5,5: ANGIOGENESE... 25 5,6: TELOMERER... 26 5,7: METASTASERING... 29 6: KONKLUSION... 31 7: LITTERATURLISTE... 32 7,1: LISTE OVER FIGURER... 32 7,2: ANDET MATERIALE... 32 8: BILAG... 33

Morten Tolberg Side 4 27-10-2003 BAGGRUND FOR PROJEKT Indeledning I 75 år har Kræftens bekæmpelse prøvet at løse et voksende problem i mange menneskers liv, nemlig kræft. Kræft i sig selv er, ifølge statistik, et gammelmandssyndrom, som figur bi01(nordcan): Statistisk kan man se en eksplosion af nyopdagede tilfælde af i en sen alder, og for denne kræfttype (lungekræft) er det specielt mænd (de øverste kurver) det går ud over. (1973-1997) Fig. Bi01. Men det er nu ikke sådan at kræft er et meget nyt problem, for i f.eks. er der nogle familier der har arvelige anlæg for kræft, og i de seneste hundrede år har man kunne følge deres udvikling. En anden kræfttype, der er på retur, er mavekræft, som på fig. Bi02. Denne udvikling kan skyldes bedre mad: Alder Fig. Bi02 For mænd er situationen stort set den samme.

Morten Tolberg Side 5 27-10-2003 Men der er så sandelig også kræftformer hvor det går den stik modsatte vej, f.eks. hudkræft, som illustreret på fig. Bi03: Alder Fig. Bi03 Der er altså tilfælde af kræfttyper som er på tilbagegang og så er der nogle der er på fremmarch, noget tyder på at visse kræfttyper som f.eks. mave- og hudkræft er et produkt af livsstilen, men rent biologisk vil årsager blive diskuteret i senere afsnit. Behandling af patienter Det må unægtelig være et hård slag for en person at få stillet diagnosen kræft, og dette får måske også nogle til at miste livssynet. Derfor er det vigtigt at patienterne får den psykiske bahandling (eller: palitativ behandling, lindrende behandling. ) lige så hurtigt som den kirurgiske. Ud over at man for at stille diagnosen må tage en masse prøver for at være sikker, så er det faktisk omkring 80-90% af de patienter som helbredes, der er helbredt med kirurgi, altså hvor man har måttet skære i patienten. Kun en 5-8 % helbredes med kemoterapi. Selve bagrrunden for dette projekt er lige netop behandlingen, og hvad der kan gøres ved dette, da man sagtens med kirurgi kan fjerne svulster der sidder på overfladen af patienten et let tilkommeligt sted, men det er meget svært/umuligt at fjerne svulster fra livsnødvendige organer som hjerte, lunger og hjerne. På det punkt vil det være smartere hvis man kunne bekæmpe kræften indefra, altså hvor man simpelthen forhindrer at de normale celler muterer og derved kan blive til kræft.

Morten Tolberg Side 6 27-10-2003 1 : DNAs OPBYGNING Genetisk sygdom Kræft er en genetisk sygdom, altså at den stammer fra gener der bliver syge. Genet (generne) bliver syge af en række mutationer som tilfældigt rammer dem, dvs. kræft opstår når DNA ændres. DNA er en opskrift DNA er vores arvemasse, der indeholder opskriften på os, altså opskriften på alle de proteiner der skal dannes for at kunne opbygge et menneske. Sker der en mutation i et (eller flere) gen(er) vil det være som at ændre farmors opskrift på boller; det bliver ikke det samme, altså der dannes et andet protein i stedet for. Dette kan være det første skridt i retning af kræft. DNA er en lang række af nukleotider der er bundet sammen og har form som en dobbelt α-spiral. ( α angiver hvilken vej DNA-strengene er spundet op, altså højre om ) Nukleotider Hver nukleotid er opbygget af tre ting: En sukker ( Deoxyribose, en femkantet sukker, der er af-iltet ) En fosfor til at holde sammen på molekylet En base, som kan være : Adenin (A) som sætter sig på Thymin (T) eller Cytosin (C) der sætter sig sammen med Guanin (G). Fig 01: DNA: Nukleotid Hver fosfor (gul) holder fast i to sukker (violet) som så sider fast på en base. Adenin på Thymin, Cytosin på Guanin. Nå alle disse nukleotider sættes sammen (hydrogenbindinger) vikles de sammen til en dobbelt spiral, da den ovenover viste nukleotid sætter sig over for en ligende. Denne spiral kommer til at se ud som vist på fig. 02

Morten Tolberg Side 7 27-10-2003 Fig. 02. DNA i Rumlig udgave. Når der arbejdes med gener her, vises gensekvensen således: 1 2 3 Mellemrummene angiver en sektion i DNA som ikke bruges, for selv om at vi har afsindigt mange gener, er det ikke alle der bruges. 2: Proteinsyntesen Proteinsyntesen er hvordan genet i DNA bliver til et protein, som kan bruges i kroppen. Inde i cellekernen ligger DNA og en masse små RNA-nukleotider. Når processen starter, kommer et enzym, RNA-polymerase, som klipper DNA-strengen op på det sted hvor koden for det protein der skal dannes sidder (Fig 03). Nu sætter RNA-nukleotiderne sig på de åbne pladser (Fig. 04) og danner messenger-rna, m-rna, som kan komme ud gennem porer i cellekernemembranen (Fig. 05). Fig. 03

Morten Tolberg Side 8 27-10-2003 DNA er blevet usnoet og RNA-polymerase har lynet strengen op. Fig. 04 RNA-nukleotider sætter sig på den oplynede del af DNA. Til forskel for DNA er RNA anderledes på følgende måder: Dens sukker er bare ribose, altså ikke ingen deoxylering. I RNA binder basen Adenin (a) sig til RNA-basen Urasil (U). Fig. 05 m-rna kan komme ud gennem cellekernemembranen via. små porer i den.

Morten Tolberg Side 9 27-10-2003 Nu er m-rna kommet ud i cytoplasmaet, og her bevæger det sig hen til et af de mange ribosomer, som er kroppens protein-/enzymfabrikker. t-rna t- RNA findes i cytoplasmaet, og er en lille kløverbladformet ting der har tre nukleotider i den ene ende, og et tilhæftningssted for aminosyrer i den anden ende. Derved koder nukleotiderne tre og tre (tripletter) for alle de aminosyrer der skal bruges. I ribosomet er der plads til m-rna og to t-rna, og her på disse pladser sætter der sig t-rna over for m-rna med den kode der modsvarer de tre første på m-rna (Fig. 06). Fig. 06 Når der nu sidder to t-rna i ribosomet, flytter alt i den sig et hak, og den første t-rna hopper ud, og dens aminosyre hopper op på aminosyre nr. 2 ved en peptidbinding (aminosyrer har en syregruppe i den ene ende, og aminogruppen -NH 2 i den anden ende virker som base.). Nu kommer der et nyt t-rna og sætter sig på plads nr.2, da hopper t-rna på plads 1 ud, og efterlader sine to aminosyrer på den ny t-rnas aminosyre. Se Fig. 07. Sådan fortsætter det indtil en stopkode. Fig 07

Morten Tolberg Side 10 27-10-2003 3: CELLENS DELING M itose Ved den normale celledeling forstår man at der kun dannes en kopi af den delte celle, modsat meiosen, hvor generne blandes lidt. Nedenstående proces sker efter resptriktionspunktet R, (Kapitel 5,2). Sen Interfase: Kromosomer kopier sig selv og hænger sammen i centromeren Profase: Kromatider opspiraliseres så de bliver korte og tykke, og cellekernen opløses. Metafase: Kromatidtrådene orienterer sig i midterplanet og deres centromer forbindes med en tentråde til hver af de to centrioler (pollegeme)

Morten Tolberg Side 11 27-10-2003 Anafase: Centromeren løsnes, og hvert centriol har nu fat i en del af kromatiderne, der nu kan betragtes som selvstændige kromosomer. Se Forsiden. (Lungecelle) Telofase: Der dannes cellekernemembran om de to grupper af kromosomer, og cellen deles lige over. Interfase To datterceller med samme arveanlæg. Nu har man to celler der er ens.

Morten Tolberg Side 12 27-10-2003 4: KRÆFT Mutationer Kroppen består sådan cirka af 5/100 milliard millioner (50.000.000.000.000) celler, som alle faktisk er potentielle kræftceller. Alle kroppens celler er sociale, dvs. de foretager sig ikke noget uden at have fået besked på det, og hvis den endeligt foretager sig noget uden at have fået besked på det, så er det selvmord. Dette sker på grund af cellens sociale liv, for hvis den ikke får at vide hvad den skal gøre, så er den overflødig, og den vil begå selvmord. Kræftceller er anderledes, da den er selvstændig, den har ikke brug for nogle andre for at overleve. Men den normale celles vej til at blive til en kræftcelle ligger i en række mutationer. Disse mutationer kan skyldes mange ting, f.eks. visse kemiske stoffer og stråling, det er specielt de celler der vender ud mod verdenen, altså epitelceller. I omkring 90 % af kræfttilfældene er kræften udsprunget af epitelceller. Fig. 08. Dette kan forklares ved at det er epitelcellerne specielt, der i og på kroppen der deler sig efter den hårde hverdag de nu engang har; overhuden (epidermis) slides konstant og deler sig derfor ofte. Under de mange celledelinger kan der forekomme forandringer, mutationer, som kan være resultat af kemisk påvirkning eller stråling (det er et udbredt modefænomen at lægge sig selv i en cancergrill i en halv times tid, og vores mad er heller ikke for sund). Men det er ikke kun ydre påvirkninger der er skyld i udvikling af kræft, for naturen har altid ændret og forbedret livet på jorden, sådan at det blev bedre udrustet til det miljø organismen lever i (Kroppen prøver at tilvænne sig det foder vi kaster indenbords ), og kræft er en sygdom der opstår når der kommer en uheldig mutationen i et kræftgen, onkogen. Denne mutation kunne lige så godt / der sker også mutationer andre steder i arvemassen, og når det ikke udvikler sig til kræft, så har vi fået en ny egenskab. Skader på DNA kan f.eks. komme fra stråling fra en cancergrill. Enten repareres skaden ellers dør cellen, da det normale DNA-polymerase ikke kan kopiere forbi skaden. Men hvis der nu kommer et alternativt enzym, så vil DNA-strengen blive kopieret alligevel, da det alternative enzym er ligeglad med muteringen. Derved er der kommet en mutation (punktmutation) på cellen.

Morten Tolberg Side 13 27-10-2003 Det vil sige at den naturlige evolution sikkert kører efter trial and error systemet, hvor der kommer en mutation, og hvis det ikke dur, så opstår der en sygdom og organismen dør. Modsat, hvis mutationen bliver en succes, overlever organismen med en ny egenskab. Men celler bliver ikke til kræftceller bare på grund af en mutation, for det første skal mutationen ramme den kodende del af arvemassen, exons, som kun udgør ca. 1 % af den samle arvemasse. For det andet skal mutationen også ramme de særlige onkogener, som, hvis der rammes, har en ekstra stor sandsynlighed for at føre til kræft. Det er bestemte typer mutationer der er skyld i ændringen af DNA: Fig. 09 Øverst til venstre ses et kort og fiktivt gen, der koder for et specifikt protein. I den første ændring kommer genet til at kode for et andet protein. I den anden mutation, der har ændret c til T, gør at der nu kodes for en alt for kort sekvens, da mutationen laver et stop-punkt midt i nukleinsyresekvensen. I den sidste mutation vil proteinet mangle en aminosyre, dvs. at genet har fået en ny sekvens, og alle de fremtidige gener vil have denne fejl. Derved bliver det et helt andet protein der vil blive dannet. Til højre ses forskellige store mutationer: en deletion, hvor et stykke af genet (1) fjernes. En indsættelse, hvor et fjerde gen indsættes mellem gen 1 og 2. Der er en translokation, hvor en del af genet har sat sig på en helt andet kromosom. Til sidst er der amplifikationen, hvor et gen (2) indsætter sig mange gange, sådan at det bliver forstærket. I de følgende afsnit ser vi nærmere på de barrierer der ligger mellem den raske celler og den fuldmodne kræftsvulst. De barrierer er : Cellernes reparationsmekanisme. Kontrol af celledeling. Tumorsuppressorer Apoptose. Immunsystemet. Angiogenese. Telomere Metastasering

Morten Tolberg Side 14 27-10-2003 5: DE 8 KRÆFTTRIN I disse afsnit vil hvert trin i kræfttrappen beskrives: Fig. 10 5,1: Reparationsmekanisme Den første barriere for muterende celler er kroppens egen reparationsmekanisme, som har til opgave at opstøve fejl i DNA før at cellen deler sig. Man har erfaret at det ikke kun er et enkelt eller få enzymer/proteiner (altså gener der koder for disse) der er involveret i reparationsmekanismen, men det er et stærk specialiseret system hvor hver kun har et ganske lille område de kan reparere. Indtil videre har man fundet bare 7 gener der koder for proteiner der er involveret i DNAreparationsprocessen, og i forbindelse med forskning i nedarvet brystkræft, har man fundet to gener, BRCA1 og BRCA 2, som, hvis de er muteret i den ene allel (se Fig. 11), giver en ekstra høj risiko for brystkræft. Disse to gener (samt et tredje, formoder man) spiller også en rolle i reparationsmekanismen, da de typisk lægger sig i cellekernen hvor DNA er, men det er svært præcist at finde ud af hvilken funktion de har, pga. deres enorme størrelse. (Det (BRCA1) fylder mere end 100.000 basepar og koder for et protein på1863 aminosyrer. Fig. 11 Knudsons two-hit model Normal er der to kromosompar i cellen (en fra hver forælder), begge skal være muteret for at give kræft, men hvis den ene arveligt er skadet, er risikoen for at få kræft større end normalt, da her kun er en der skal mutere.

Morten Tolberg Side 15 27-10-2003 En skade vil blive opdaget som at DNA-strengen knækker, da strengen enten er blevet kortere eller længere af mutation, f.eks er det mismatch hvor baserne ikke passer sammen (se fig. 12). Dette knæk påkalder sig opmærksomhed fra to reparationsproteiner (Fig. 13) der sætter sig sammen til en dimer (kompleks der består af to andre stoffer) som så vil tilkalde andre proteiner der piller det skadede ud, og syntetiserer (producerer) nyt fejlfrit som indsættes. Fig. 12 Fig. 13 Fejlfindning og reparation af DNA. Generne nævnt heri er fundet ved at udnytte viden fra bakteriers og gærcellers reparationsmekanismer. De lysegrønne er dimerer der kan finde frem til og binde sig til tre slags fejl i DNA som vist på tegningen til venstre. I mispair er der indsat en forkert base, som gør at DNA-strengen bøjer. I enkelt og dobbelt insertion, er der indsat for mange baser. Derefter bindes yderligere to proteiner til komplekset (de mørkegrønne), der derefter samles med resten af reparationsproteinerne til reparasomet. Disse tre komplekser kan så reparere en enkelt eller to insertioner, men kun komplekset til venstre (blå ramme) kan udbedre fejl i baseparringen. Som det ses på tegningen går MSH2 og MLH1 igen i alle komplekserne, og det viser sig at det er disse der er muteret i størstedelen af kræften HNPCC. (arvelig kræft i tyktarmen). Hvis man skulle forhindre mutationer i kroppens celler, og derved forhindre kræft, så ville det nok være passende med en stor indsats på lige netop dette område, altså forsøge at kortlægge de mekanismer der fungerer i denne barriere, sådan at man kan bruge denne viden til at forebygge kræft, specielt i familier der har en arvelig tendens til kræft. Her kan man også specialisere forebyggelsen sådan at den er rette mod den specifikke kræft som gør sig gældende i familien. Men nu var det jo sådan at kræften kom da lige netop denne funktion muterede, så en eventuel kur skal altså fungere uden cellens eget system, da dette typisk vil være uden funktion, så kuren skal altså bestå af noget der fungerer ligesom DNA-reparationsmekanismen, men uden at være afhængig af kroppens system. Det kunne f.eks. være de enzymer og proteiner som skal til for at reparere DNA-strengen. Det ville i hvert fald være et godt skridt i retning af at forhindre mutationer.

Morten Tolberg Side 16 27-10-2003 5,2: Celledelingskontrol og Tumorsuppressorer Alle cellerne i kroppen deler sig, og for at undgå at DNA muterer uhensigtsmæssigt, er cellen udstyret med en slags forhindring, kaldet restriktionspunktet.(derefter deler cellen sig, se:mitose) Cellen futter rundt i en cyklus som vist på fig. 14: Fig. 14. Når cellen ligger og venter på at dele sig, Gap0 (G 0 ), producerer den proteiner og enzymer. Når cellen skal dele sig, hopper den ud i G 1, hvor der lige før restriktionspunktet er checkpoints, for at cellen kan kontrollere sit DNA for skader, og hvis der er skader, repareres de, ellers begår cellen selvmord. Der er et lignede checkpoint i slutningen af G 2, lige før cellen laver mitose. Restriktionspunktet er det sted hvor cellen endeligt bestemmer sig for om den skal dele sig eller ej, og hvis cellen først kommer over dette punkt, så vil cellen dele sig. Det er typisk at R og checkpoints er væk i en kræftcelle, for ellers ville den jo stoppe sin deling. Restriktionspunktet er biologisk set lig retinablastom-proteinet, Rb,(se Fig. 15) og dette protein har den funktion at det blokerer E2F-transkriptionsfaktoren, der har til opgave at få cellen delt. Fig. 15. Rb kan blokeres ved at der tilkommer cellen vækstfaktorer, hvorefter der dannes cyklin D, der ikke normalt findes i cellen. Dette har ingen effekt i sig selv, men i cellen findes der proteinet CDK4, som sammen med cyklin D bliver aktivt (fosfylering af protein, kinase), og kan sende fosfat over på Rb-proteinet, der derved bliver inaktivt og ude af stand til at blokere E2F, som så frit kan danne vækstproteiner som fører til cellens deling. Afgørelsen om hvorvidt cellen skal dele sig eller ej, afhænger af balancen af Rb i forhold til cyklin D / CDK4, hvilket vil sige at så snart der er mere CDK4-kompleks end Rb, så vil bommen være hævet så cellen deler sig og vice versa. Cyklin D er altså et kræftfremkalden gen. Af tumorsupressende gener kan der udover Rb-proteinet nævnes p53, DNA ets vogter. Dets funktion er at forhindre celler med skader at dele sig. Det sker ved at p53 ved skade på DNA bliver aktivt, og sørger for at danne p21-proteiner, som stopper cellens deling. Men hvis nu at det er p53 genet der er skadet, vil DNA kopiere sig uhindret, da der ikke er noget p21 der stopper delingen.

Morten Tolberg Side 17 27-10-2003 Normale celler bestemmer ikke selv om de vil dele sig, men de får besked på det af andre celler ved hjælp af vækstfaktorer, altså proteiner i blodbanen der får cellen til at dele sig. De signalstoffer kan komme på tre måder, som vist på fig. 16: Fig. 16 Endokrin Signalstoffet kommer fra en kirtel der munder ud i blodbanen. Parakrin Signalstoffet kommer fra en eller flere naboceller. Autokrin Cellen udskiller selv signalstof, og aktiverer sig selv. Fig. 17, Signalkæden På fig.17 kan man se hvordan at en vækstfaktor, her PDGF, får cellen til at reagere. Dette sker ved en kæde af fosfyleringer; det ene protein laver fosfyleringer på det andet osv. På tegningen sker det at PDGF får de to PGDF receptorer til at komme så tæt på hinanden, at der sker en stukturændring af boret som går gennem det dobbelt-fosforlipide lag der omkranser cellen. Fosfor kommer da til at sidde sådan at det aktiverer Grbr2, som slæber Sos med sig, der er i stand til at aktivere Ras, som sidder på fedtlaget. Ras findes i en inaktiv og en aktiv udgave. I den inaktive udgave binder den GDP, i den aktive udgave er det GTP der bindes, men den har en kort levetid, da GAP-proteiner hurtigt sørger for at få den omdannet til den inaktive form. Fosfyleringerne fortsætter ned til cellekernen, hvor transkriptionsfaktorer bliver aktiveret, som sørger for at cellen deler sig ved at danne nogle proteiner. Nu kan det, af hensyn til kræft, gå galt flere steder i kæden, men typisk sker det at receptorernes gen er muteret, sådan at de er konstant aktive eller der er dannet så mange receptorer at blot den midste påvirkning aktiverer signalkæden. Det kan også ske at der bliver pladsmangel på overfladen, sådan at receptorerne tvinges sammen og bliver aktive.

Morten Tolberg Side 18 27-10-2003 Før, i den lille blå boks, blev det nævnt at Ras enten var aktiv eller inaktiv, og Ras er en typisk (1/4 af kræfttilfælde) årsag til at cellen går amok med sine delinger. Det sker hvis genet for Ras er muteret, sådan at der dannes en udgave der er konstant aktiv, altså bliver den ved med at sende vækstsignal ned i cellekernen. En måde at forhindre denne alternative Ras i at slå sine folder er at forhindre den i at nå frem til fedtlaget, for det har Ras brug for, da den ellers ikke er moden. Fig.18 Ved at sætte en hæmmer (fig. 18) på Ras, og derved undgå at farnesyl-gruppen kan sætte sig på Ras og gøre den moden. Ras med hæmmer kan ikke komme frem til fedtmembranen og kan derved ikke aktivere cellens deling. Cellen har også en bremse der fungerer ved signalstof/receptorer og en kæde af fosfyleringer med Smad2, Smad3 og Smad4 der danner kompleks og aktiverer p15, som stopper cellens deling.(se fig.19) Men i denne kæde kan der mangle de enkelte Smad-proteiner, ligesom receptor og selve p15-genet kan mangle. Fig. 19 TGF-beta receptorerne modtager TGF- som er en beta, antivækstfaktor.

Morten Tolberg Side 19 27-10-2003 5,3: Apoptose Som før nævnt er alle cellerne i kroppen sociale og foretager sig derved ikke noget uden at have fået besked på det, og hvis den så ikke får nogle vækstfaktorer i et stykke tid, begår den selvmord, da den åbenbart nok ikke er nødvendig. I normalt væv sker der en afbalanceret deling / selvmord, men en mutation i selvmordsgenerne kan bremse cellernes selvmord, f.eks. i en svulst. Fig. 20 Når en celle begår selvmord, går cellen ikke bare til grunde, men alle dens organeller som mitokondrier, ribosomer og det endoplasmatiske reticulum. På fig.20 ses hvordan cellen trin for trin går i opløsning, selv om processen kun tager kort tid. Et øjeblik førend cellen går i opløsning, ser den normal ud, men så fortættes DNA i cellekernen (det klippes i stykker af enzymer, CAD) og bliver synligt (A). Derefter skiller cellen sig fra basalmembranen og slipper de omgivende celler, og falder sammen (B). Cellen vender vrangen ud af sig selv, sådan at organellerne nu befinder sig uden på cellen(c). Dette er et signal til de omkringliggende celler og makrofager skal fagocytere den, altså spise resterne af cellen. Denne mekanisme, selvmordsprogrammet, kan aktiveres på forskellige måder, som vist på fig. 21. Fig. 21 Cellen begår selvmord hvis der kommer en T- dræbercelle hen til cellen og påsætter dødsfaktoren FAS- ligand på cellens FAS-receptorer. Men cellen vil også dø hvis der er opstået uoprettelige skader på DNA, som f.eks. fra stråling eller kemikalier, da dette aktiverer p53, DNA ets vogter. Men cellen vil også begå selvmord selv om den ikke får nogle af delene overhovedet, da den så er overflødig.

Morten Tolberg Side 20 27-10-2003 Fig. 21 var den korte forklaring af hvordan cellen begår selvmord, men på Fig.22 er hvad der sker efter påvirkning. Fig. 22 Efter at cellen er blevet påvirket af T-dræbercellen eller ingen vækstfaktorer eller en skade på DNA, sendes der signal til mitokondriet om at den skal frigive cytokrom C, som sidder på mitokondriet. Cytokrom C aktiverer dødsproteteaserne, caspaserne, som så ødelægger cellens skelet, cytoskelettet. Udover ødelæggelsen af skellet i cellen, aktiverer caspaserne CAD ved at spalte den fra sin hæmmer, ICAD. CAD går ind i cellekernen og klipper DNA-strengen i bitte små stykker, hvilket resulterer i at cellen dør. Men kræftceller begår ikke selvmord fordi de selv danner vækstfaktorer, eller dette system er kortsluttet, som beskrevet i kapitlet om celledelingskontrol. Selv om p53 fungerer udmærket og forsøger at aktivere dødsprogrammet, kan det forhindres af Bcl-2 proteinet, som på fig. 23 kan holde cytokrom C tilbage i cellen og undgå at dette overhovedet kommer ud, ved at danne megen Bcl-2. Fig. 23. I en normal celle der begår selvmord dannes der ikke så megen Bcl-2 at det gør noget, men i denne særlige form for lymfekræft er der sket en translokation af Bcl-genet fra kromosom 18 til kromosom 14, som har en høj genaktivitet, altså den er arbejder meget. Derved dannes der meget mere Bcl-2 protein, som sætter sig i mitokondriet og blokerer cytokrom C og derved dødsprocessen. Cellernes selvmord kan også forhindres af proteinet Survivin, som kun findes i celler der deler sig, som f.eks. kræftceller. Survivin har den egenskab at det holder cellen i live ved at blokere caspaserne (se Fig. 22), og derved forbliver cellen intakt. Den sidste forhindring for dødsprogrammet er overlevelsesproteinet Hsp-70, som har en lignede effekt som Survivin, altså den bremser dødsprogrammet.

Morten Tolberg Side 21 27-10-2003 Men Hsp-70 er Jesper Nylandsted Larsen i stand til at fjerne, og det gør han ved at proppe en forkølelsesvirus med et stykke RNA der kan binde sig til Hsp-70 s m-rna, således at den ikke er i stand til at blive oversat i ribosomet, da et stykke af Hsp-70 m-rna-strengen er dobbelt. Denne metode hedder antisense-hæmning og bruges til at hæmme bestemte proteiner i at blive dannet. I Jespers forsøg virkede kuren både i petriskålen og i en hvis udstrækning også i mus, men nogle kræftceller overlevede, måske fordi at de ikke blev inficeret med virus. Det smarte træk i Jespers forsøg var at normale celler ikke behøver noget for at overleve, men i det øjeblik man tager Hsp-70 fra kræftceller, dør de. Dette gør at hvis man gerne vil ind hæmme / stoppe spirende kræftceller, så vil denne teknik være et godt skridt på vejen til at stoppe cellerne, måske kan det ikke gøres af en kur alene, jævnfør Jespers forsøg hvor nogle kræftceller overlever, men i det tilfælde kan man angribe kræften ikke bare ad en vej, men ad flere, hvor man angriber kræftcellen med Rb-styrkende (eller hæmmer cyklin D / CDK4), noget survivinhæmmende, antisense-hsp70 og Bcl-2-hæmmer. Det er nok en god ide hvis man kan holde p53-genet intakt, eller benyttet kunstigt p53. Et godt skridt på vejen ville også være en udersøgelse / forskning i hvilke funktioner mitokondriet har udover at være kakkelovnen som giver energi til cellen, for det viste sig jo at dette dødsprogram var afhængigt af mitokondriets cytokrom C. 5,4: Immunforsvaret Det specifikke immunforsvar: Når en bakterie kommer ind: Bakterien bliver spist af makrofagen, som findeler denne og udstiller et stykke antigen (bakteriens væv) på sin overflade.(fig. 24) Fig. 24 Fig. 25

Morten Tolberg Side 22 27-10-2003 Derefter kommer der en T-hjælpecelle hen til makrofagen, som tager antigenet.(fig. 25) Det er T- hjælpecellens opgave at genkende antigenet, og når det for bakterie-vævstypen er gjort, tilkalder den en B-celle vha. signalstoffer, ligesom makrofagen tilkaldte T-hjælpecellen med signalstoffer. Den B-celle kunne enten være en hukommelsescelle hvis nu immunsystemet inden for en bestemt tid har været udsat for det samme antigen, eller kan det være en anden B-celle som prøver sig frem, indtil at der er et virksomt antistof mod antigenet. Når det er sket sender B-cellen signal til plasmaceller om at producere det virksomme antistof.(fig. 26) Fig. 26 Antistoffet har form som et y, sådan at den kan binde to antigener til et kompleks på en gang. Når en virus kommer ind. Hvis det er en virus i stedet for en bakterie, sker der det samme i starten, nemlig at makrofagen æder og udstiller antigenet på sin overflade, og en T-hjælpecelle tilkaldes. Men her sker der noget andet; T-hjælpecellen tilkalder en T- dræbercelle, som er i stand til at ødelægge celler der fremviser det fremmede antigen på sin overflade, derved dræber den de af kroppens celler der er inficeret.(fig. 27) Fig. 27 Sort streg = fas-ligand som binder sig til fas-receptorer på den syge celles overflade, hvorefter cellen begår selvmord

Morten Tolberg Side 23 27-10-2003 Dette system er lavet sådan at kun et antistof klumper med et antigen, deraf specifikt. Det udvikles i staten af livet, hvor man konfronteres med alle mulige forskellige sygdomme. Det uspecifikke immunforsvar. Det bedste der kan gøres for at undgå at blive syg, er at undgå at noget utøj slipper ind i kroppen. Det er hvad dette immunsystem gør, og med til dette hører huden og alle slimhinder, som f.eks. dem i munden. De aktive stoffer her er det utal af bakterier og enzymer som i f.eks. har i munden, som hjælper med til at æde hvad der kunne komme på huden eller i munden. (Fig 28). Fig. 28 Heri er det nu kun den specifikke del af immunsystemet der har interesse. T-cellen kunne altså finde frem til dårlige celler ved hjælp af receptorer der sidder på cellernes overflade, og som viste hvad cellen var for en. Men kræftceller der undgår immunsystemet har fået en mutation i de gener der frembringer disse udstillingsgafler på overfladen, således at der ikke er nogle, og derved er kræftcellen usynlig for immunsystemet. (Fig. 29, B) Fig. 29 Nu er det en meget nærliggende tanke at immunsystemet jo bare kunne rydde kræftcellerne af vejen, for DNA et er jo muteret så mange gange at det faktisk er fremmed, men så er der jo bare den hage at nogle kræftceller bruger T-dræbercellens eget våben. De har (Fig. 30) selv udviklet FAS-ligand, som sidder på cellens overflade, og når T-cellen kommer hen til den, sætter den sine egne FAS-receptorer på kræftcellens FAS. Dette udløser en øjeblikkelig selvmordreaktion.

Morten Tolberg Side 24 27-10-2003 Fig.30 Kræftcellen snyder T-cellen ved at give en omgang af dens egen medicin. En måde at stoppe kræften på ville være at bruge immunterapi, altså hvor man bruger immunsystemets egne funktioner mod kræftcellerne(fig. 31). En måde er at trække nogle celler ud fra en svulst og bestemme deres antistoffer, sådan at man kan fremstille en svækket kræft i petriskål, som man så bruger til at stimulere T-celler med inden man putter dem ind i kroppen igen. Det vil virke ligesom en vaccination, men forskellen er bare at man skal tage prøver mange steder i svulsten for at kunne bestemme alle antistoffer på kræftcellerne, da en kræftsvulst ikke er ensartet,- den består af mange genetisk forskellige celler, og derfor er man nødt til at stimulere mange grupper af T-celler, og dette arbejde skal gøres inden for en vis tid, da kræftcellerne ændrer sin arvemasse ved mutationer. En anden ide ville være at fremdyrke en slags T- Dræberceller, som er genetisk rendyket ud fra den pågældende patient, men hvor man har fjernet dens FAS-receptorer, sådan at den ikke slås ihjel når den opsporer celler med kræft-specifikke træk, men som har udviklet FAS-ligand. For at kunne styre cellen og stoppe den når der ikke længere er brug for den (kræften er død), skal den være afhængig af et eller andet stimulerende (altså en vækstfaktor), som stoppes med at indtage når der ikke er brug for cellen. Måske ville mange patienter være rigtigt godt hjulpet på vej hvis deres eget immunsystem ikke gik ned, (patienten går i sort når diagnosen stilles) men styrket på en eller anden måde, det kunne for eksempel være en stimulerende vaccine. Fig. 31

Morten Tolberg Side 25 27-10-2003 5,5: Angiogenese Når kræftcellen vokser, har den et stigende behov for at få næring tilført, og dette gør at der er en naturlig stopper for kræftsvulsten, men så sker det naturligvis at der kommer mutationer i kræftcellerne, der skaber blodårer ind i svulsten, hvorefter kræften frit kan vokse videre. Når man kommer meget længere væk end 100 µm(omkring 20 cellelag) væk fra blodårerne, er iltniveauet kritisk. Dette gør at cellerne der er ved at blive kvalt, sender VEGF ud, og som har den effekt at de nærmeste blodårers endotelceller brydes og danner blodårer mod nødkaldet. Men så enkelt fungerer angiogenesen heldigvis ikke, da der på endotelcellerne er et par forhindringer: Den første er at der på endotelcellens overflade er to slags VEGF receptorer, en R-1 og en R-2 model, hvor det kun er hvis VEGF sætter sig på VEGFR-2 modellen at der sendes signal til kernen om angiogenese. Ud over dette problem er der et andet; de dannede blodkar er dårligt konstruerede, dvs. at de lækker og hænger ikke sammen, for det skal der et andet protein, kaldet Ang-1 og Ang-2, der skal sætte sig på Tie-2 receptorerne der sidder på endotelcellens overflade. Ang-1 har den funktion at den styrker endotelcellernes opbygning, altså den styrker karvæggene. Ang-2 har den funktion at den blokerer Tie-2 receptorerne, og giver VEGF fri bane til angiogenese. Dvs. først skal blodbanen ved svulsten opløses, og der skal dannes blodkar til svulsten. Dette kræver at VEGF sætter sig på VEGFR-2, og Ang-2 sætter sig på Tie-2. (Fig. 32, nr.3) Derefter skal de ny blodkar modnes, og det sker kun hvis der er VEGF på VEGFR-2 og Tie-2. (Fig. 32, nr 1) Ang-1 på Hvis der ikke kommer signal ned til cellekernen på endotelcellerne, begår disse selvmord. (Fig. 32, nr 4) Fig. 32

Morten Tolberg Side 26 27-10-2003 Denne viden om angiogenese kan så bruges til at hæmme kræftsvulster ved at man har fundet ud af at endotelcellerne i blodårerne ikke bliver immune af en behandling (angiostatin) som kræftcellerne vil blive. Derved kan man altså gang på gang slå en opblomstret koloni af kræftceller ned, og hvis man anvender noget cellegift ved siden af, altså f.eks. den kur som beskrevet i den orange delkonklusions.boks under sidste kapitel, ville man måske være så heldig at man bliver i stand til at kværke kræftcellerne helt. At anvende angiostatin mod blodårerne og derved kvæle kræften, er muligvis en bedre løsning til at fjerne fremskredne kræftsvulster hos patienter, specielt ved tilfælde hvor svulsten sidder et sted hvor man ikke kan komme til at fjerne den kirurgisk, som f.eks. ved kræft i lunger/hjerne/lever og andre livsvigtige organer. Fig. 33 5,6: Telomerer Normale celler deler sig kun et vist antal gange før de går på pension, og derved stopper sin deling. Kræftceller kan derimod blive ved med at dele sig. Fig. 34 Årsagen til at normale celler stopper sin deling, ligger i enden af kromosomerne. Her findes telomere, som er en lang gentagelse af sekvensen TTAGGG (cirka et par tusind gange).(fig.34) Når cellen deler sig, kommer DNA-polymerase og åbner strengen som kopieres, men enzymet kan ikke kopiere hele telomerhalen med, og efterlader sig et lille stykke på en 50-100 nukleotider. Se fig. 35:

Morten Tolberg Side 27 27-10-2003 Fig. 35 En forklaring på hvorfor DNA ikke kopieres helt til enden: DNA består af to strenge, der hver skal kopieres ved celledeling. Her bliver den øverste (ledende) streng kopieret af DNA-polymerase δ, der kan kopiere helt til enden. Men den anden side af strengen ( manglende del) bliver kopieret med DNApolymerase α, som ikke kan starte kopieringen selv, med er nødt til at have en RNA- primer til at holde strengen, mens at der kopieres. Lidt lige som et videobånd: Der er nødt til at være et stykke af båndet som sidder fast på spolerne, for at maskinen kan aflæse film en. Da RNA-primeren fjernes efter brug, er der altså et stykke af DNA-strengen, nærmere betegnet telomer-enden, der mangler, fordi at dette stykke ikke kunne kopieres da der sad en RNAprimer der. Når den normale celle får slidt sine telomere ned, kommer den til et punkt, kaldet Hayflick-grænsen, hvor DNA-vogteren p53 med p21 og p16 går ind og stopper cellens deling. (Fig. 36, samt kapitel om celledelingskontrol med cirklen). Hen imod grænsen stiger mængden af vogterne, og lige så snart cellen får af vide at den ikke skal dele sig, stopper den for altid. Hvis den derimod fortsætter med at kopiere, som følge af at der ikke er nogen af vogterne til stede, vil telomerene blive så svage, at de ikke længere kan forhindre de klistrede kromosomer i at klistre sammen, og da vil cellen dø (krisen). Fig. 36

Morten Tolberg Side 28 27-10-2003 At kræftceller kan fortsætte forbi grænsen og alligevel overleve, fandt man svaret på i Tretrahymena. Da dens DNA meget ligner vores, måtte den have det samme problem, men den har et udviklet et træk som kræftceller der passerer telomer-katastrofen også har: Telomerase. (Fig 37): Fig. 37 Telomerase er et enzym der er i stand til at gøre telemeren på kromosomerne længere. Det kan den gøre uden hjælp, da den selv (1) indeholder en omvendt skabelon til telomer- dvs. at når nukleotiddelene der flyder rundt inde i cellek ernen sætter sig på RNA- gentagelsen, skabelonen i telomerase, dannes der den fantasiløse gentagelse af TTAGGG.(2) Når nu den ene streng er blevet genskabt, følger den anden med og bliver genskabt ved at RNA- primeren sætter sig på enden af det nyskabte telomer, hvorefter DNA-polymerasen δ lukker hullet, der er mellen RNA-primeren og enden på kromosomstrengen. Kræftcellerne bliver først reddet i sidste øjeblik, faktisk lige på det tidspunkt hvor krisen tager livet af mange celler, men kræftcellerne overlever lige med en smule uorden, hvilket er et særkende for kræft. Hos kønsceller er der også telomerase, men der bliver telomererne repareret straks efter delingen.(fig. 38) Fig. 38

Morten Tolberg Side 29 27-10-2003 Telomerasen ligger i et gen ligesom alle andre proteiner og enzymer, og i normale celler ligger genet og slumrer, men genopleves pludselig ved en mutation, f.eks i en hæmmer eller ligende. Det må næsten være kræftcellens endeligt, hvis man finder ud af hvad og hvordan telomerasen aktiveres og hæmmes. F.eks. kunne man indføre et defekt telomerase-gen. (se fig. 39).(Er gjort) Fig. 39 Virus (rød sekskant) indsætter en defekt udgave af telomerase-genet, og når kræftcellen så prøver at producere telomerase, danner den kun en defekt udgave, som bare optager pladsen for den rigtige telomerase. Snart vil cellen genopleve krisen og dø. Her gælder det bare om at virussen kun skal ramme kræftceller, for ellers går det galt. Det tager selvfølgelig også lige sin tid før at telomerasen på kræftcellerne er slidt helt ned, og derfor et stykke tid før behandligen virker. 5,7: Metastase Der mangler kun et trin før at kræften kan kaldes en fuldmoden kræftknude; prikken over i et er simpelthen at kræftcellerne vrister sig ud af deres leje, og bliver i stand til at kolonisere andre steder i kroppen. Cellerne er bundet til hinanden ved hjælp af cadherin som vist på fig.40: Fig. 40 Cellerne hænger sammen med E-cadherin, der sidder som et netværk på cellernes overflade, men uden modhageren β-catenin og forankningen α-catenin som sidder fast i cytoskelettet, ville E-cadherin bare blive trukket fra hinanden uden modstand.

Morten Tolberg Side 30 27-10-2003 For at kræften skal kunne metastasere, skal den altså have nedbrudt forankningen, altså cytoskelettet skal slippe α-cateninen. Men det er ikke nok at den bare løsrevet, men den skal også kunne flytte sig, og for at kunne dette (kræver stadig foskning) skal den have udskiftet/aktiveret en række gener, som gør cellen i stand til at kunne bevæge sig ligesom encellede dyr. Basalt kan metastaseringen opdeles i følgende faser: Løsrivelse. Mobilitet. Passere karvæggen til blodbanen. Overleve selvmord/immunsystem i blodbanen. Målsøgning, den skal ramme lige netop det sted den er bestemt til. Igen passere karvæg til nyt væv. Tilpasning til de nye omgivelser. For at den mobile celle kan komme ud i blodbanen, skal der være et hul i karvæggen af kollagen. Uden for cellerne ligger inaktive udgaver af MMP samt deres hæmmer, TIMP. MMP erne er både inaktive og der er en hæmmer, og dette er for at undgå at de pludselig finder på at nedbryde kollagenen der indespærrer cellerne. Lavinen, der aktiverer MMP erne og får den til at gennemhulle kollagenen starter med at en inaktiv version af µ-pa (Pro-µ-Pa) ligger mellem cellerne og venter på at blive aktiveret, hvilket sker f.eks. ved at kræftsvulsten kalder på mere blod, angiogenesen starter, og aktive proteaser aktiverer Pro-µ-Pa. Derved er lavinen (Fig. 41) startet. Fig. 41 Plasmin, der er det sidste i rækken, er både i stand til at aktivere mere Pro-µ-Pa, og den kan nedbryde kollagen. Men vigtigst kan den aktivere MMP erne samt nedbryde MMP ernes hæmmer, TIMP. - En rigtig skidt fyr Nu kan MMP erne altså slippe metastase-cellen ud i blodbanen, og hvis den endelig overlever selvmord og immunsystem, skal den finde sig et passende sted at slå sig ned. Man mener at cellen gør det ved at der er såkaldte integriner på overfladen af cellen, som simpelthen hæfter sig til et bestemt sted som er mål for målsøgningen. Integriner har følgende egenskaber: Forhindrer cellens selvmord. Hjælper cellen med at flytte sig. Den binder proteaser på overfalden af cellen, som nedbryder det omgivende væv. Binder sig til receptorer som findes ved målet for målsøgningen. Når cellen skal ind i vævet, nedbryder proteaserne på overfladen cellevæggen, og dermed frigøres der vækstfaktorer som altså starter cellens kolonisering.

Morten Tolberg Side 31 27-10-2003 Koloniseringen, altså den egentlige metastasering bunder måske (for brystkræft) i at kræftcellerne er afhængige af nogle vækstfaktorer som frigøres når osteoclasterne nedbryder knoglevævet. Kræftceller kan, når de er i knoglevævet, udskille hormonet PTH-rP, som stimulerer osteoclasterne, som derved vil nedbryde mere knogle.. I andre kræftformer er det andre enheder der udnyttes, f.eks. ved prostatakræft, hvor det er noget som osteoblasterne (der opbygget knogler) udskiller som kræftcellerne er afhængige af. Da metastaseringsevnen stiger med tiden og derved alderen, kan cellerne til sidst blive uafhængige af kroppen, og derfor er det vigtigt at blive behandlet så hurtigt som muligt, for selvom at stoffet marimastat kan binde sig til zink-ionen i MMP erne og hæmme metastaseringen, så er det (efter min overbevisning) vigtigt at få bremset kræften førend at den når at metastasere. 6: KONKLUSION Hvis man skal have en rimelig chance mod kræften, må man angribe den adskillige steder fra, f.eks. med en kombinationskur, hvor man først forhindrer kræften i at metastasere, f.eks. med marimastat. Derefter kan man f.eks. angribe store kolonier uden kirurgi ved hjælp af anti-angiogenese stoffer. Førend man gjorde det havde man udtaget mange kræftceller og analyseret deres overfladeproteiner, som man så stimulerede T-celler med, som så blev sendt ind i kroppen for at rydde op. En anden mulighed er at fjerne de proteiner som f.eks. er defekte ved at lave et antisense-nummer med dem. På samme måde som Jesper Nylandsteds forsøg med Hsp-70-proteinet, ville specielt arvelige sygdomme (herunder: kræft) kunne hæmmes med antisense-medicin, som kun virker specifikt, altså behandlingen rammer ikke alle celler i kroppen som f.eks. kemoterapi gør. Man vil altså kunne tilrette kuren, behandlingen efter lige den sygdom som den pågældende patient har. Det er da med en langt mere elegant måde at kunne angribe lige netop de syge væv, i stedet for at skyde gråspurve med kanoner. Det kræver naturligvis stadig en del forskning, bla. er det nødvendigt at øge cellernes optagelsesevne af medicinen, for ellers kræver det toxiske koncentrationer af stoffet. Antisensemedicinen har svært ved at komme igennem det fedtlag som omkranser cellen. Se vedlagt bilag: Lægemiddelforskning. Men det ville naturligvis være bedre at kunne stoppe tidlige mutationer ved at styrke kroppens eget reparationssystem, hvilket vil kræve en omfattende kortlægning af disse funktioner. Dette system kunne nemlig hele tiden sørge for at der ikke kommer nogle mutationer. Det kan også komme på banen at finde en måde at stimulere immunsystemet på, sådan at det vil slå virkeligt hurtigt og hårdt ned på mutant-celler. Langt hen ad vejen vil vi dog være godt hjulpet hvis vi undgik usunde levevaner som rygning, alkohol i store mængder og for megen mættet fedt, samt undgå cancergrille og solbagning, og af hensyn til kræft i tarmen, ville det hjælpe meget hvis vi undgik at spise så meget mere protein, altså langt ud over de anbefalede 10 %. Og når vi nu er ved ernæring, ville kroppen fungere noget bedre, altså hvis vi holder os til de 60 % sukker / stivelse, maks. 30 % fedt, og så de 10 % protein.

Morten Tolberg Side 32 27-10-2003 7: Litteraturliste 7,1: Liste Over Figurer: Forside: Fra Bogen om kræft., Dr. Conly L. Rieder, Wadsworth Center, Albany, New York Grafer på indholdsfortegnelse, Bi01, Bi02 og Bi03 kommer fra NORDCAN. Figurer 08 til og med 23 kommer fra sine respektive kapitler fra Bogen om Kræft. (Birgitte Lerche, Lerche s Tegnestue) Figurer 29 til og med 41 kommer fra sine respektive kapitler fra Bogen om Kræft. (Birgitte Lerche, Lerche s Tegnestue) undtagen venstre del af Fig. 34: (34: Professor Peter Lansdorp, BC Cancer Research Centre, University of BC Vancouver, Canada) 7,2: Andet materiale: Bogen om kræft, Kræftens Bekæmpelse. (Erhvervsskolernes Forlag 2001) ISBN: 87-7881-274-7. Artikel fra Lægemiddelforskning : Antisense-medicin en vej til bedre lægemidler. (Lise Smith, Jerzy W. Jaroszewski, Klaus Bahl Andersen og Lars Hovgaard.)

Morten Tolberg Side 33 27-10-2003 8: BILAG

Morten Tolberg Side 34 27-10-2003