Cancerbiologin
Precis
denna artikel ger en kort förklaring av cancerbiologin, inklusive dess biologiska och molekylära orsaker. Ett antal komplexa vetenskapliga termer (identifierade i fetstil) förklaras i texten.
Vad är Cancer
Cancer är en abnormitet i en Cells interna regleringsmekanismer som resulterar i okontrollerad tillväxt och reproduktion av cellen. Detta låter enkelt, men det finns förmodligen fler regulatoriska interaktioner som förekommer i en cell än det finns interaktioner mellan människor i New York City under en viss dag.
normala celler utgör vävnader, och när dessa celler förlorar sin förmåga att bete sig som en specificerad, kontrollerad och samordnad enhet (dedifferentiering) leder defekten till oordning bland cellpopulationen. När detta inträffar bildas en tumör. (Mer om detta senare.) Cancer är en term som beskriver ett stort antal proliferationsstörningar. Den specifika störningen kan variera från vävnadstyp till vävnadstyp. En enda tumör kan till och med ha olika populationer av celler inom den med olika processer som har gått fel.
malign kontra godartad
en tumör kan klassificeras som malign eller godartad. I båda fallen finns en onormal aggregering och proliferation av celler. I fallet med en malign tumör uppträder dessa celler mer aggressivt och förvärvar egenskaper av ökad invasivitet. I slutändan kan tumörcellerna till och med få förmågan att bryta sig loss från den mikroskopiska miljön där de härstammar, sprida sig till ett annat område av kroppen (med en helt annan miljö, som normalt inte bidrar till deras tillväxt) och fortsätta sin snabba tillväxt och uppdelning på denna nya plats. Detta kallas metastas. När maligna celler har metastaserat är det svårare att uppnå botemedel.
godartade tumörer har mindre tendens att invadera och är mindre benägna att metastasera. De delar sig på ett okontrollerat sätt, fastän. Beroende på deras plats kan de vara lika livshotande som maligna skador. Ett exempel på detta skulle vara en godartad tumör i hjärnan, som kan växa och uppta utrymme i skallen, vilket leder till ökat tryck på hjärnan.
korrigering av abnormiteter
korrigeringar av de olika cellulära abnormiteterna i tumörceller kan potentiellt förhindra eller vända cellulär proliferation, vilket leder till botning av sjukdom. Det finns många anledningar till varför detta är så svårt, men den primära förklaringen är att vi ännu inte har en tillräcklig förståelse för alla processer som pågår inuti en cell på molekylär nivå. Utan denna kunskap saknar vi förmågan att ”berätta” för cancercellerna att helt enkelt ”bete sig.”I stället måste vi uppnå våra botemedel genom att döda cancercellerna.
ett annat problem är att celler (inklusive icke-cancerösa) naturligt förvärvar mutationer när de reproducerar. Snabbt reproducerande grupper av celler muterar i en ännu högre takt. Celler har vissa” maskiner ” inom sig som hjälper till att korrigera dessa mutationer när de uppstår under reproduktion, men cancerceller förlorar ofta denna förmåga (mer om detta nedan). Slutresultatet är att en enda tumör kan innehålla en heterogen grupp av celler med olika cellulära ”funktioner.”Även om vi förstod mekanismen för proliferativ tendens inom en tumör, är inte alla celler i en viss tumör desamma. Många andra celltyper som är något annorlunda finns i en population av cancerceller, och dessa celler måste också riktas mot våra behandlingsstrategier.
genetisk forskning
det finns många områden av aktuell aktiv intensiv forskning som syftar till att ta itu med dessa problem. En viktig strävan är Human Genome Project (HGP), den nationella samordnade ansträngningen för att karakterisera allt mänskligt genetiskt material som finns i mänskliga celler. HGP: s yttersta mål är att upptäcka alla mer än 80 000 mänskliga gener och göra dem tillgängliga för ytterligare biologiska studier.
några av dessa gener har redan varit inblandade i tumörtillväxt. Onkogener är gener i cellen som, när de är aktiverade, hjälper till att driva cellens uppdelning på ett okontrollerat sätt. På samma sätt finns det några kända tumörsuppressorgener som normalt är aktiva i en cell för att förhindra okontrollerad tillväxt, men som blir defekta eller ”stängs av” i vissa cancerceller.
medan ett antal av dessa gener har identifierats förstås emellertid endast ett litet antal i detalj. Det stora antalet gener, genkoder och DNA-underenheter gör studien av detta problem skrämmande.
bild försedd med tillstånd från Doe Human Genome Project
orsaker till genetiska avvikelser
det finns ett antal potentiella faktorer som orsakar mänskliga genetiska avvikelser. Vi vet nu att vissa förvärvade mutationer kan slå på onkogener eller kan hämma tumörsuppressorgener. Dessa mutationer förekommer i cellens kromosomer (de 46 ”enheterna” eller ”paketen” i en cell som innehåller dess genetiska material) under normal celldelning. Det finns namn på några av dessa typer av kromosomala mutationer, som du kan se i din Vidare läsning, såsom ”kromosomala translokationer”, ”inversioner”, ”deletioner”, ”förstärkningar” eller ”punktmutationer.”(Detaljerna i dessa olika kromosomavvikelser ligger utanför ramen för denna artikel, men det räcker med att säga att dessa avvikelser leder till olika typer av genetisk oordning.)
cellfunktion och skada
medan genetik är nyckeln till att förstå omvandlingen av normala celler till tumörer, måste vi också förstå hur genetiska mutationer påverkar cellfunktionen.
för att förstå cellproliferation är det viktigt att förstå cellcykelns Roll. Alla celler i kroppen reproducerar (även om vissa långsammare än andra). Till exempel är det översta lagret av din hud kontinuerligt förlorat och ersatt genom din livstid. För att en cell ska reproducera sig själv måste den passera genom denna ”cykel” av händelser, som inkluderar att fördubbla sitt genetiska material och öka mängderna av cellulära ”maskiner”, så att när cellen delar sig i två har varje cell tillräckligt med basmaterial för att överleva och reproducera.
den ordnade utvecklingen av händelser genom denna cellcykel är beroende av specifika tidsmekanismer. Onkogener och tumörsuppressorgener kontrollerar direkt många aspekter av cellcykeln. När dessa gener blir muterade genom en kromosomavvikelse kan de få cellcykeln att fortsätta på ett okontrollerat sätt genom att stänga av olika mekanismer som normalt förhindrar att cellen replikerar på ett oordnat sätt.
differentiering
varje cell i din kropp härrör från en originalcell (bildad när ägget och spermierna kom ihop). Eftersom denna cell reproducerar sig i fler celler och bildar ett foster, diversifierar de (differentierar) till olika vävnadstyper (muskel, ben, brosk, nerv, magefoder och så vidare). I slutändan består människokroppen av kanske hundratals typer av celler. En av de nyfikna sakerna (inte väl förstådda av forskare) är att när en cell blir en nervcell (till exempel) kan den inte förändras till en muskelcell, även om den ursprungliga cellen från vilken den härledde faktiskt hade den förmågan. Det har differentierat.
differentierade celler har en annan egenskap-de ”håller ihop” på väldefinierade sätt (i mikroskopiska och makroskopiska rör, lakan eller strängar) i kroppen för att bilda de olika vävnaderna. Efter kromosomavvikelser inträffar och celler blir dedifferentierade (eller odifferentierade), kan dessa celler förlora sin tendens att ”hålla ihop” på cellulär nivå. Den vetenskapliga termen för detta är en ”förlust i kontakthämning.”
apoptos
apoptos, kallad programmerad celldöd, är en annan invecklad del av cellcykeln. Apoptos är en distinkt form av död som är en programmerad händelse och inträffar som svar på vissa stimuli. Apoptos är avgörande för normal vävnadsutveckling. Dessutom tillåter detta system celler att självförstöra efter detektering av DNA-skador snarare än att fortsätta mutationer som kan vara dödliga för hela organismen.
cellens beslut att växa och reparera DNA-skadan eller att inducera apoptos förstås inte, men kan vara relaterat till graden av DNA-skada. P53-genen är en viktig deltagare i denna process. Förlusten av p53-funktion kan resultera i både olämplig progression genom cellcykeln efter DNA-skada och överlevnad av en cell som annars kan ha dött. Eftersom p53 är kärnan i cellcykelstabilitet och apoptos är det inte förvånande att det är den vanligaste muterade genen i humana cancerformer, innefattande defekter i mer än 50% av alla tumörer.
pRb-genen spelar också en viktig roll för att förhindra att cellcykeln fortsätter på ett okontrollerat sätt. (Det ger en så kallad ”checkpoint” i cellcykeln och förhindrar att en cell cyklar vidare om inte vissa stränga kriterier har uppfyllts.) När pRb-genen muteras kan cellen förlora detta viktiga steg som styr cellreproduktion. Detta skulle i sin tur leda till förbättrad cellproliferation, vilket förbättrar malign transformation av cellen.
sammanfattning
celler kan bli maligna när generna som är ansvariga för apoptos blir muterade. De muterade generna ger:
- mindre än vanligt hämning av cellcykelprogression (tumörsuppressorgener),
- förbättrad körning genom cellcykeln (onkogener)
- ökade Anti-apoptossignaler; och/eller
- minskade Pro-apoptossignaler
När vi får en bättre förståelse för celldöd kan metoder som utnyttjar apoptotis för klinisk vinst utvecklas. Dessa metoder kan innebära selektiv aktivering av apoptos i tumörceller och inte i normal vävnad; korrigering av de apoptotiska defekterna i cancerceller genom att på något sätt återställa p53-genen; eller förhindra apoptos i normala vävnader med medel som skyddar normala vävnader från skador genom strålning (radioprotektion) och kemoterapi (kemoprotektion) så att högre doser av strålning kan levereras till tumörceller utan att påverka normala mänskliga vävnader.
slutsats
det finns hundratals kända faktorer som är inblandade i orsaken till cancer, och hundratals fler som fortfarande är tvivelaktiga eller okända. Många är under utredning, eller har varit inblandade tidigare men avfärdas nu som viktiga faktorer (närhet till elektriska kraftledningar, till exempel). Innan botemedel kan hittas genom molekylär genetik, måste vi förstå den fullständiga interaktionen mellan cellen och dess omgivning.
det är osannolikt att en enda orsak till cancer någonsin kommer att identifieras. Gemensamma mekanismer som leder till utveckling av alla cancerformer kan och existerar. Identifiering och förebyggande av dessa onormala processer är förmodligen det mest troliga sättet vi kommer att kunna minska cancerfrekvensen. När en cancer bildas måste emellertid många olika strategier användas för att avbryta dessa cellulära processer och ta bort och inaktivera de onormala cellerna. Dessa strategier, av nödvändighet, kommer att variera beroende på tumörtyper, platser och andra tumör-och värdfaktorer.