Kan vi undgå kræft? Brug af naboproteiner og deres kontakter for at overliste kræft

Kan vi undgå kræft? Brug af naboproteiner og deres kontakter for at overliste kræft Birgitte Brinkmann Olsen & Olaf-Georg Issinger BMB, SDU 1. Alumnedag Lørdag den 12. september 2009 Kl.14.00 U53

Behandling af kræft vs årsager til kræft 1971 President Nixon underskriver War against Cancer 2009 Vi har kæmpet mod kræft Og kræft vandt kampen. Efter at have brugt milliarder på forskning og på årtiers hit-eller-miss behandlinger, er det tid til at overveje krigen mod kræft bekæmpelse og forebyggelse

Årsager: Livsstil, miljø og arvelighed Kræft kan skyldes vores livsstil f.eks. rygning, solbadning, eller overvægt. Faktorer i det miljø vi lever i f.eks. kræftfremkaldende stoffer på arbejdspladsen har også betydning for udviklingen af kræft. Desuden kan man være arveligt disponeret for at udvikle kræft 55 pct. af alle kræfttilfælde skyldes samspil mellem miljø, livsstil og arvelige forhold 30 pct. af alle kræfttilfælde skyldes udelukkende miljøpåvirkninger 10 pct. af alle kræfttilfælde opstår spontant 5 pct. af alle kræfttilfælde skyldes arvelige forhold Kræftens Bekæmpelse: http://www.cancer.dk

Kræftgener (Onkogener) Kræftgener opstår fra helt almindelige gener (proto-onkogener) med vigtige opgaver i cellen. Dog må man konkludere at de fleste af dem koder for proteiner involveret i signaloverførsel. Derfor vil hæmoglobin i de røde blodlegemer aldrig blive til et kræftgen, når det muteres.

Én enkelt stavefejl i ét gen kan have store betydning!!! Kræftgener er afledt fra genetisk almindelige gener (proto-onkogener). DERMED LIGNER DE i de fleste tilfælde meget det oprindelige gen hvorfra de er afledt. DERMED LITNER DE i de fleste tilfælde meget det oprindelige gen hvorfra de er afledt.! Eksempel: Ras protein (involveret i signalering)

Kræft er en genetisk sygdom

Tumorcellevækst! Kræft opstår fordi nogle celler i kroppen begynder at vokse ukontrolleret

Adenom-karcinom-sekvens i tarmen Vi består alle af milliarder af celler, der arbejder sammen efter avancerede og nøje tilrettelagte forhold. Kræftceller adskiller sig fra normale celler ved, at der er en række fejl i cellernes gener. Man antager, at der skal mere end fem genfejl i en celle for, at den kan ændre sig til en kræftcelle.

Nedarvet vs. sporadisk tyktarmkræft!!!! Nedarvede mutationer i APC genet I ca. 1% af patienterne med tyktarmskræft er mutationen nedarvet Alle kropsceller inkl. kimcellerne indholder et muteret APC gen Dermed er sandsynligheden for en anden mutation i tarmcellernes APC gen større og dermed kan initieres ukontrolleret cellevækst i samspil med yderligere mutationer!!!! Sporadiske mutationer i APC genet I ca. 99% af patienterne med tyktarmskræft er mutationen sporadisk Mutationen i APC genet opstår kun I enkelte tarmceller (somatiske celler) Sandsynligheden for at to mutationer i APC genet opstår er mindre end i de tilfælde hvor mutationen var nedarvet.

Polyposis i en patient med FAP (APC er muteret i kim cellerne - nedarvet)

Kan kræft helbredes? Screening Det er mest effektivt at fjerne kræftcellerne, inden de når at sætte sig fast for alvor. Et eksempel på dette er de mange tusinde kvinder, der screenes for livmoderhalskræft og brystkræft. Her finder man kræftcellerne, inden de bliver farlige og kan fjerne dem ved små indgreb med lille risiko for bivirkninger. Operation Da kræft udgår fra én celle, der bliver til en gruppe celler og derefter en knude, er fjernelse af knude og det omkringliggende væv en god og effektiv måde at kurere kræft på. Kemoterapi Bruges til at slå kræftcellerne ihjel. Strålebehandling Knuder, det ikke er muligt at fjerne ved operation, kan ødelægges af stråler. Strålebehandling bruges ofte som tillægsbehandling til operation for at sikre, at alt er væk, eller som behandling hvis knuden ligger dybt i kroppen eller tæt på livsvigtige organer og operation derfor indebærer for stor en risiko

Den klassiske kemoterapi! Især hurtigt-delende celler slås ihjel, såsom tumorceller.! Men også andre, normale hurtigt-delende celler rammes, f.eks.!!!! i knoglemarven i fordøjelsessystemet i hårfollikler Dette fører til: (i) formindskelse af de røde blodlegemer (ii) betændelse i fordøjelsessystemet (iii) hårtab.!!!!!! Melphalan Alkeran Busulfan Myleran Chlorambucil Leukeran Mitomycin Mutamycin Cisplatin Platinol danner crosslinks Bleomycin Blenoxane klipper DNA strenge between GT or GC! De fleste stoffer rammer DNA

Personlig kræftbehandling! Et alternativ til kemoterapi:! Målrettet behandling af en patients egen tumor med stoffer der ikke rammer arvematerialet i tumorer og normale celler, men kun ødelagte signalmolekyler

Signaloverførsel/Signalstoffer A) Signaloverførsel (signaltransduktion) er en biologisk betegnelse for den proces, hvor et kemisk eller mekanisk signal (signalstof), fra en celles ydre, forstærkes og omdannes til en aktivitet inde i cellen. B) Signalstoffer påvirker cellerne via særlige modtagermolekyler, receptorer.

Global connections & transport

Medspillere i signaloverførsel A Ordre Ordreopfølgning Kvalitetskontrol Transportoptimering Eksport/ import procedurer Klargøring og håndtering Distribution Returlogistik B Follow up

Signaloverførsel i en celle er meget mere kompleks end alle globale informationsudvekslinger

Målrettede terapier Målrettet angreb mod ændrede signalproteiner i signaloverførslen i tumor celler Normal celler skånes EKSEMPEL Vækstfaktorreceptor = EGFR Kræftsvulst: Ikkesmåcelle lungekræft

EGFR signaloverførsel i tumorceller Ligand EGFR K K EGFR-TK PI3-K py py py STAT3 GRB2 SOS RAS RAF PTEN AKT MEK Proliferation / maturation Gene transcription Cell cycle progression P P DNA Myc JunFos Chemotherapy / radiotherapy resistance Myc Cyclin D1 Cyclin D1 Angiogenesis Metastasis MAPK Survival (anti-apoptosis)

Mutationer i ATP-bindingsstedet TIM (2004) 10, 481-486

Lazarus effekt i ikke-småcelle lungekræft Resultatet af en specifik kinasehæmmer, der rammer EGFR Science (2004), vol.309, 658

Multifunktionelle hæmstoffer! Gefitinib er et hæmstof der er målrettet mod et enkelt signalmolekyle, vækstfaktor-receptoren! Alternativt forsøger man at hæmme væksten og angiogenesen samtidig

Samtidig hæmning af Ras/Raf signaloverførsel og angiogenese

Det kan du selv gøre for at Lad være med at ryge Undgå at blive overvægtig Vær fysisk aktiv hver dag forebygge kræft Flere og flere undersøgelser viser, at fysisk aktivitet forebygger kræft. Det gælder især for kræft i tyktarmen, men der er ogå tegn på, at fysisk aktivitet nedsætter risikoen for kræft i bryst, livmoder og prostata Spis sundt og varieret Begræns dit forbrug af alkohol Undgå overdreven soldyrkning Følg regler om kræftfremkaldende stoffer

Det kan samfundet gøre for at forebygge kræft Indføre strenge regler for kræftfremkaldende stoffer Screening for livmoderhalskræft (LMHK) Kvinder bør tilbydes screening for LMHK fra de er 23-65 år Screening for brystkræft Alle kvinder bør tilbydes mammografiscreening fra de er 50 år. Screening for tarmkræft Såvel mænd som kvinder bør tilbydes screening for tyk- og endetarmkræft fra 50-års-alderen Vaccination Alle bør tilbydes vaccination for leversygdommen Hepatitis HPV vaccination for livmoderhalskræft

Prisen vi betaler for at blive ældre: Jo ældre befolkning, jo flere kræfttilfælde Jo ældre man er, jo højere er risikoen for at udvikle kræft. Alder er med andre ord en risikofaktor, vi ikke har mulighed for at gøre noget ved. Siden 1850 erne har vi levet længere og længere. Det har medført, at en stadig større del af befolkningen når en alder, hvor risikoen for kræft er- og altid har været stor. Langt de fleste kræfttilfælde (ca. 70%) ses nemlig hos mennesker over 50 år. Derfor har kræft en så dominerende plads i sygdomsstatistikkerne. Kræftens Bekæmpelse: http://www.cancer.dk

Slut på præsentationen

Protein kinase CK2, en central medspiller i kræft Biomedicinsk Forskningsgruppe BMB, SDU, Odense Adjunkt Birgitte Brinkmann Olsen, Ph.D

Eukaryote protein kinaser Protein kinaser er tæt forbundet med kræft på grund af deres centrale placering i signalering inde i cellen Eukaryote protein kinaser anses som de vigtigste målproteiner i det 21. århundrede På grund af at protein kinaser er meget lig hinanden i deres katalytiske sites, er der ofte store problemer med selektivitet

CK2 er forhøjet i kræft Normal brystvæv Brysttumor

CK2 kan bruges som prognostisk markør i akut leukemi Store mængder CK2 protein korrelerer med dårlig prognose Kim et al., 2005

Kræftceller er afhængige af CK2! CK2 er aldrig fundet muteret i kræft dvs. ikke et onkogen! Derimod virker det som om CK2 fremmer kræft ved at skabe gode betingelser for tumorvækst! Dvs høj CK2 aktivitet vil give tumoren en række fordele Støtter blodkardannelse Øger effekten af onkogener Stabiliserer andre kinaser involveret i kræft Forhøjet CK2 Støtter multiresistens Genererer abnorme pro-overlevelse og anti-død signaler Modvirker kemoterapi

Målrettet kræftbehandling Fremtiden vil byde på flere målrettede behandlinger af kræft, dvs behandling der specifikt rammer ét målprotein Her kunne CK2 være attraktiv, idet kræftceller er afhængige af CK2 og at man ved at sænke CK2 kan modvirke kræftcellers fordel Ovennævnte gælder generelt for kræft og et hæmstof mod CK2 kunne derved ramme flere typer tumorer

Protein kinase CK2 en masterregulator CK2 deltager ikke i den gængse lodrette signalering fra cellens indre til ydre CK2 spiller istedet en lateral rolle og påvirker mange lodrette signaleringsveje

Når CK2 hæmmes dør cellerne 35 M059K cells Control CK2 % Dead Cells 30 25 20 15 10 5 0 Control CK2

Etablerede CK2 hæmstoffer DMAT TBB Apigenin Emodin CH 3

Vores strategi Søge efter et nyt effektivt og specifikt CK2 hæmstof Vi valgte at blandt andet at screene naturstoffer, fordi at naturen gennem århundreder har været brugt medicinsk - eksempelvis traditionel kinesisk medicin 74% af anti-kræft medicin på markedet er naturstoffer eller stoffer afledt deraf

Naturstoffer fra NIH Ekstraheret fra: 50,000 planter fra Afrika og Madagaskar, Central- og Sydamerika samt Sydøstasien 10,000 hvirvelløse havdyr og alger fra havet fra det Indiske ocean og Stillehavet Naturstofbiblioteket består af 235 stoffer

High-throughput in vitro screening! Laves i 96-brønds format

Resorufin Brazilwood (brasiliansk palisander) Harpiks fra eks. Galbanum planten Vi testede derefter effekten af Resorufin i sammenligning med det etablerede CK2 hæmstof Emodin

Emodin CH 3 Aloe Vera Rabarber

De humane protein kinaser Testede kinaser (gult)

Resorufin hæmmer kun CK2; emodin hæmmer 10 andre kinaser Kinaser hæmmet af resorufin (rød) Kinaser hæmmet af emodin (rød og grøn)

Resorufin og emodin ændrer cellernes morfologi og hæmmer cellevækst Kontrol Resorufin Emodin PC-3 (prostatakræft celler) DU-145 (prostatakræft celler)

Resorufin hæmmer også CK2 inde i celler CK2"/" CK2" CK2# #-actin - + - - + - - + - Resorufin - - + - - + - - + Emodin PC-3 DU-145 LNCaP

Kombinationsbehandling Ofte vil en kombinationsbehandling være en mere effektiv kræftbehandling end monoterapi. Pointen med kombinationsbehandling er blandt andet at man kan sænke dosis af begge stoffer i forhold til hvis de gives alene og på den måde mindske bivirkninger Desuden vil det ofte være mere effektivt at ramme cellen på flere punkter

Resorufin og emodin øger effektiviteten af det kemoterapeutiske stof doxorubicin Kontrol Resorufin Emodin - Doxorubicin + Doxorubicin -PARP -! - + - + - + + + + + -Cleaved PARP -#-actin Resorufin Emodin Doxorubicin

Konklusioner Af de etablerede CK2 hæmmere er Resorufin den mest selektive Både Resorufin og Emodin hæmmer CK2 aktivitet inde i celler, men emodin er mere uspecifik og hæmmer også andre kinaser Resorufin er så specifik mod CK2, hvilket gør stoffet til et meget lovende molekyle der kan arbejdes videre med

Perspektiver At øge potensen af Resorufin uden at selektiviteten forsvinder Co-krystallisere Resorufin med CK2 så man kan undersøge bindingsmåde Teste Resorufin i mus; dvs inducere kræfttumorer i mus og derefter se om Resorufin er i stand til at mindske tumorernes størrelse

Perspektiver At øge potensen af Resorufin uden at selektiviteten forsvinder Co-krystallisere Resorufin med CK2 så man kan undersøge bindingsmåde Teste Resorufin i mus; dvs inducere kræfttumorer i mus og derefter se om Resorufin er i stand til at mindske tumorernes størrelse

Der er stadig lang vej.

Medicinalindustrien har også fået øjnene op for CK2! Et amerikansk firma (Cylene) har udviklet et CK2 hæmstof i tabletform som er i Fase 1 kliniske forsøg lige nu.! Testes på patienter med fremskreden kræft! Formålet med Fase 1 forsøgene er at finde den optimale dosis der så kan benyttes i Fase 2.

Biomedicinsk Forskningsgruppe, BMB, SDU