Die Biologie von Krebs

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Dieser Artikel bietet eine kurze Erklärung der Biologie von Krebs, einschließlich seiner biologischen und molekularen Ursachen. Eine Reihe komplexer wissenschaftlicher Begriffe (fett gedruckt) werden im Text erläutert.

Was ist Krebs

Krebs ist eine Anomalie in den internen Regulationsmechanismen einer Zelle, die zu unkontrolliertem Wachstum und Vermehrung der Zelle führt. Das klingt einfach, aber es gibt wahrscheinlich mehr regulatorische Interaktionen innerhalb einer Zelle als Interaktionen zwischen Menschen in New York City an einem bestimmten Tag.Normale Zellen bilden Gewebe, und wenn diese Zellen ihre Fähigkeit verlieren, sich als spezifizierte, kontrollierte und koordinierte Einheit zu verhalten (Dedifferenzierung), führt der Defekt zu Unordnung in der Zellpopulation. Wenn dies geschieht, wird ein Tumor gebildet. (Mehr dazu später.) Krebs ist ein Begriff, der eine Vielzahl von Proliferationsstörungen beschreibt. Die spezifische Störung kann von Gewebetyp zu Gewebetyp variieren. Ein einzelner Tumor kann sogar unterschiedliche Zellpopulationen mit unterschiedlichen Prozessen aufweisen, die schief gelaufen sind.

Bösartig versus gutartig

Ein Tumor kann als bösartig oder gutartig klassifiziert werden. In beiden Fällen kommt es zu einer abnormalen Aggregation und Proliferation von Zellen. Im Falle eines bösartigen Tumors verhalten sich diese Zellen aggressiver und erwerben Eigenschaften erhöhter Invasivität. Letztendlich können die Tumorzellen sogar die Fähigkeit erlangen, sich von der mikroskopischen Umgebung, in der sie entstanden sind, zu lösen, sich in einen anderen Bereich des Körpers auszubreiten (mit einer sehr anderen Umgebung, die normalerweise ihrem Wachstum nicht förderlich ist) und ihr schnelles Wachstum fortzusetzen und Teilung an diesem neuen Ort. Dies wird Metastasierung genannt. Sobald bösartige Zellen metastasiert sind, ist es schwieriger, eine Heilung zu erreichen.

Gutartige Tumoren neigen weniger zum Eindringen und metastasieren seltener. Sie teilen sich jedoch unkontrolliert. Je nach Standort können sie genauso lebensbedrohlich sein wie bösartige Läsionen. Ein Beispiel dafür wäre ein gutartiger Tumor im Gehirn, der wachsen und Platz im Schädel einnehmen kann, was zu einem erhöhten Druck auf das Gehirn führt.

Korrektur von Anomalien

Korrekturen der verschiedenen zellulären Anomalien in Tumorzellen könnten möglicherweise die Zellproliferation verhindern oder rückgängig machen, was zur Heilung von Krankheiten führt. Es gibt zahlreiche Gründe, warum dies so schwierig ist, aber die primäre Erklärung ist, dass wir noch nicht alle Prozesse, die innerhalb einer Zelle auf molekularer Ebene ablaufen, ausreichend verstehen. Ohne dieses Wissen fehlt uns die Fähigkeit, den Krebszellen zu „sagen“, dass sie sich einfach „verhalten“ sollen.“ Stattdessen müssen wir unsere Heilmittel erreichen, indem wir die Krebszellen abtöten.

Ein weiteres Problem ist, dass Zellen (einschließlich nicht krebsartiger Zellen) auf natürliche Weise Mutationen annehmen, wenn sie sich vermehren. Schnell reproduzierende Gruppen von Zellen mutieren mit einer noch höheren Rate. Zellen haben bestimmte „Maschinen“ in sich, die helfen, diese Mutationen zu korrigieren, wenn sie während der Reproduktion auftreten, aber Krebszellen verlieren oft diese Fähigkeit (mehr dazu unten). Das Endergebnis ist, dass ein einzelner Tumor eine heterogene Gruppe von Zellen mit unterschiedlichen zellulären „Merkmalen“enthalten kann.“ Selbst wenn wir den Mechanismus für die proliferative Tendenz innerhalb eines Tumors verstanden haben, sind nicht alle Zellen in einem bestimmten Tumor gleich. Viele andere Zelltypen, die sich geringfügig unterscheiden, existieren in einer Population von Krebszellen, und diese Zellen müssten ebenfalls von unseren Behandlungsstrategien angesprochen werden.

Genetische Forschung

Es gibt viele Bereiche der aktuellen aktiven intensiven Forschung, die darauf abzielen, diese Probleme anzugehen. Ein wichtiges Unterfangen ist das Humangenomprojekt (HGP), die nationale koordinierte Anstrengung zur Charakterisierung des gesamten in menschlichen Zellen enthaltenen humangenetischen Materials. Das ultimative Ziel des HGP ist es, alle mehr als 80.000 menschlichen Gene zu entdecken und sie für weitere biologische Untersuchungen zugänglich zu machen.

Einige dieser Gene wurden bereits am Tumorwachstum beteiligt. Onkogene sind Gene in der Zelle, die, sobald sie aktiviert sind, dazu beitragen, die Zellteilung unkontrolliert voranzutreiben. In ähnlicher Weise gibt es einige bekannte Tumorsuppressorgene, die normalerweise in einer Zelle aktiv sind, um unkontrolliertes Wachstum zu verhindern, die jedoch in einigen Krebszellen defekt werden oder „ausgeschaltet“ sind.

Während einige dieser Gene identifiziert wurden, sind jedoch nur wenige tatsächlich im Detail verstanden. Die schiere Anzahl von Genen, Gencodes und DNA-Untereinheiten macht die Untersuchung dieses Problems entmutigend.

Bild mit Genehmigung des DOE Human Genome Project

Ursachen genetischer Anomalien

Es gibt eine Reihe potenzieller Faktoren, die genetische Anomalien beim Menschen verursachen. Wir wissen jetzt, dass einige erworbene Mutationen Onkogene aktivieren oder Tumorsuppressorgene hemmen können. Diese Mutationen treten in den Chromosomen der Zelle (den 46 „Einheiten“ oder „Paketen“ innerhalb einer Zelle, die ihr genetisches Material enthalten) während der normalen Zellteilung auf. Es gibt Namen für einige dieser Arten von chromosomalen Mutationen, die Sie in Ihrer weiteren Lektüre sehen können, wie „chromosomale Translokationen“, „Inversionen“, „Deletionen“, „Amplifikationen“ oder „Punktmutationen“.“ (Die Besonderheiten dieser verschiedenen Chromosomenanomalien gehen über den Rahmen dieses Artikels hinaus, aber es genügt zu sagen, dass diese Anomalien zu verschiedenen Arten von genetischer Unordnung führen.)

Zellfunktion und Schädigung

Während die Genetik der Schlüssel zum Verständnis der Umwandlung normaler Zellen in Tumore ist, müssen wir auch verstehen, wie genetische Mutationen die Zellfunktion beeinflussen.

Um die Zellproliferation zu verstehen, ist es entscheidend, die Rolle des Zellzyklus zu verstehen. Alle Zellen im Körper vermehren sich (wenn auch einige langsamer als andere). Zum Beispiel geht die oberste Schicht Ihrer Haut im Laufe Ihres Lebens kontinuierlich verloren und wird ersetzt. Damit sich eine Zelle reproduzieren kann, muss sie diesen „Zyklus“ von Ereignissen durchlaufen, der die Verdoppelung ihres genetischen Materials und die Erhöhung der zellulären „Maschinerie“ umfasst, so dass jede Zelle, wenn sie sich in zwei Teile teilt, über genügend Grundmaterialien verfügt, um zu überleben und sich zu vermehren.

Der geordnete Ablauf von Ereignissen durch diesen Zellzyklus hängt von bestimmten Zeitmechanismen ab. Onkogene und Tumorsuppressorgene steuern direkt viele Aspekte des Zellzyklus. Wenn diese Gene durch eine Chromosomenanomalie mutiert werden, können sie dazu führen, dass der Zellzyklus unkontrolliert fortgesetzt wird, indem verschiedene Mechanismen ausgeschaltet werden, die normalerweise verhindern, dass sich die Zelle ungeordnet vermehrt.

Differenzierung

Jede Zelle in Ihrem Körper stammt aus einer ursprünglichen Zelle (gebildet, als die Eizelle und das Sperma zusammenkamen). Wenn sich diese Zelle in mehr Zellen vermehrt und einen Fötus bildet, diversifizieren (differenzieren) sie sich in verschiedene Gewebetypen (Muskeln, Knochen, Knorpel, Nerven, Magenschleimhaut usw.). Am Ende besteht der menschliche Körper aus vielleicht Hunderten von Arten von Zellen. Eines der merkwürdigen Dinge (von Wissenschaftlern nicht gut verstanden) ist, dass eine Zelle, sobald sie (zum Beispiel) zu einer Nervenzelle wird, sich nicht in eine Muskelzelle verwandeln kann, obwohl die ursprüngliche Zelle, aus der sie stammt, tatsächlich diese Fähigkeit hatte. Es hat sich differenziert.Differenzierte Zellen haben eine andere Eigenschaft – sie „kleben“ auf genau definierte Weise (in mikroskopische und makroskopische Röhren, Blätter oder Saiten) in Ihrem Körper, um die verschiedenen Gewebe zu bilden. Nachdem Chromosomenanomalien auftreten und Zellen dedifferenziert (oder undifferenziert) werden, können diese Zellen ihre Tendenz verlieren, auf zellulärer Ebene „zusammenzuhalten“. Der wissenschaftliche Begriff dafür ist „Kontaktverlust“.“

Apoptose

Apoptose, bezeichnet als programmierter Zelltod, ist ein weiteres kompliziertes Stück des Zellzyklus. Apoptose ist eine ausgeprägte Form des Todes, die ein programmiertes Ereignis ist und als Reaktion auf bestimmte Reize auftritt. Apoptose ist für die normale Gewebeentwicklung unerlässlich. Darüber hinaus ermöglicht dieses System Zellen, sich nach dem Nachweis von DNA-Schäden selbst zu zerstören, anstatt Mutationen zu verewigen, die für den gesamten Organismus tödlich sein könnten.Die Entscheidung der Zelle, zu wachsen und den DNA-Schaden zu reparieren oder Apoptose zu induzieren, ist nicht verstanden, kann aber mit dem Grad der DNA-Schädigung zusammenhängen. Das p53-Gen ist ein wichtiger Teilnehmer an diesem Prozess. Der Verlust der p53-Funktion kann sowohl zu einer unangemessenen Progression durch den Zellzyklus nach DNA-Schäden als auch zum Überleben einer Zelle führen, die sonst gestorben wäre. Da p53 im Zentrum der Zellzyklusstabilität und Apoptose steht, ist es nicht verwunderlich, dass es das am häufigsten mutierte Gen bei menschlichen Krebserkrankungen ist, das Defekte in mehr als 50% aller Tumoren aufweist.

Das pRb-Gen spielt auch eine wichtige Rolle, um zu verhindern, dass der Zellzyklus unkontrolliert weitergeht. (Es stellt einen sogenannten „Checkpoint“ im Zellzyklus bereit und verhindert, dass eine Zelle weiter radelt, es sei denn, bestimmte strenge Kriterien wurden erfüllt. Wenn das pRb-Gen mutiert ist, könnte die Zelle diesen wichtigen Schritt verlieren, der die Zellreproduktion steuert. Dies wiederum würde zu einer verstärkten Zellproliferation führen, wodurch die maligne Transformation der Zelle verstärkt würde.

Zusammenfassung

Zellen können bösartig werden, wenn die für die Apoptose verantwortlichen Gene mutiert sind. Die mutierten Gene liefern:

1. Weniger als übliche Hemmung der Zellzyklusprogression (Tumorsuppressorgene),
2. Verstärkter Antrieb durch den Zellzyklus (Onkogene)
3. Erhöhte Anti-Apoptose-Signale; und/ oder
4. Verringerte Pro-Apoptose-Signale

Da wir ein besseres Verständnis des Zelltods erlangen, können Methoden entwickelt werden, die Apoptotis für den klinischen Gewinn ausnutzen. Diese Methoden können die selektive Aktivierung der Apoptose in Tumorzellen und nicht in normalem Gewebe beinhalten; Korrektur der apoptotischen Defekte in Krebszellen durch irgendeine Wiederherstellung des p53-Gens; oder die Verhinderung der Apoptose in normalen Geweben mit Mitteln, die normale Gewebe vor Schäden durch Strahlung (Strahlenschutz) und Chemotherapie (Chemoschutz) schützen, so dass höhere Strahlendosen an Tumorzellen abgegeben werden können, ohne normales menschliches Gewebe zu beeinträchtigen.

Fazit

Es gibt Hunderte von bekannten Faktoren, die an der Ursache von Krebs beteiligt sind, und Hunderte weitere, die noch zweifelhaft oder unbekannt sind. Viele werden derzeit untersucht oder waren zuvor involviert, werden aber jetzt als Hauptfaktoren abgetan (z. B. Nähe zu elektrischen Hochspannungsleitungen). Bevor mit Hilfe der Molekulargenetik Heilmittel gefunden werden können, müssen wir die vollständige Interaktion der Zelle und ihrer Umgebung verstehen.

Es ist unwahrscheinlich, dass jemals eine einzige Ursache für Krebs identifiziert wird. Gemeinsame Mechanismen, die zur Entwicklung aller Krebsarten führen, können und existieren. Die Identifizierung und Prävention dieser abnormalen Prozesse ist wahrscheinlich der wahrscheinlichste Weg, um die Krebsraten zu senken. Sobald sich jedoch ein Krebs bildet, müssen viele verschiedene Strategien angewendet werden, um diese zellulären Prozesse zu unterbrechen und die abnormalen Zellen zu entfernen und zu deaktivieren. Diese Strategien unterscheiden sich notwendigerweise in Abhängigkeit von Tumortypen, Standorten und anderen Tumor- und Wirtsfaktoren.