5. Celler, der deler sig

Transkript

1 5. Celler, der deler sig Kræft er en cellecyklussygdom Dette kapitel fortæller, hvad restriktionspunktet er hvorfor kræft kaldes en cellecyklussygdom hvorfor genterapi måske bliver fremtidens behandling Lige meget hvilken kræftform man kigger på, har kræftcellerne mistet kontrollen over det, man kalder for cellens cyklus, og udfaldet er altid det samme: Kræftcellerne deler sig ukontrolleret. Ordet cyklus stammer fra græsk og betyder ring. Man bruger ordet til at beskrive ting, som gentager sig igen og igen og foregår på præcis den samme måde. Cellens cyklus er en betegnelse for det forløb, som hver eneste celle skal igennem for at dele sig. Men mens normale celler kan sætte cellens cyklus i stå eller trække sig helt ud af den, kan kræftceller det ikke. Det vil sige, at mens normale celler kan stoppe deres delinger for en stund eller for altid, kan kræftceller ikke. Ved kræftceller er der noget galt. For at vide, hvad der er galt, skal man først vide, hvad der er normalt. Derfor vil den første del af kapitlet kort fortælle, hvordan normale cellers cyklus ser ud. Et ur og fire faser Cellens cyklus består af fem forskellige faser (G 0, G 1, S, G 2 og M). Man kan illustrere de fem faser ved at fremstille cellens cyklus som et ur (figur 5.1). Den første fase starter klokken 12, hvor cellen stadig er én. Men bevæger man sig rundt med uret og gennem alle de fire faser, vil cellen med tiden blive større og større, og til sidst vil den dele sig og blive til to. De to nye celler, som er resultatet af celledelingen, kan så tage rundt med uret endnu en gang og blive til fire eller stoppe midlertidigt i den første fase. Eller trække sig fuldstændig ud af uret og aldrig dele sig mere (G 0 ). De fleste celler i kroppen befinder sig i den fase, hvor cellerne ikke deler sig (G 0 ). Det er kun få celler, som deler sig, og de deler sig kun, hvis de får besked på det. Nye proteiner bestemmer cellens skæbne Cellens deling og dermed cellens cyklus er styret af signaler, som kommer udefra. Så for at forstå, hvordan cellens cyklus sættes i gang eller stoppes, skal man se på, hvad der sker umiddelbart inden. Og det starter på cellens overflade. På cellens overflade modtager cellen med særlige recep- Figur 5.1. Cellens cyklus består af fem faser (G0, G1, S, G2 og M) og et restriktionspunkt. Den fysiske deling af cellen foregår i M-fasen (mitose). Resten af cellecyklus bruges til forberedelse af mitosen. Billedet forestiller en lungecelle fra en salamander (60 gange forstørret), som befinder sig i M-fasen og er derfor meget tæt på at dele sig. Mitosen (M) er også opdelt i forskellige faser, og helt præcist befinder lungecellen sig i metafasen (den eneste fase, hvor kromosomerne er synlige i cellen). Kromosomerne (blå), som blev kopieret i S-fasen, ligger på en linie midt i cellens ækvator (cellekernen er forsvundet på dette tidspunkt) og venter på, at hvert søsterkromatid (det duplikerede kromosom består af to søsterkromatider) bliver trukket fra hinanden af cellens mikrotubuli (grøn). Kromosomer og mikrotubuli er omgivet af et bur af keratin (rød). Keratin er blot en af cellens mange fibre (en del af cystoskelettet). Celler, der deler sig 43

2 torer henholdsvis vækstfaktorer (som er et signal om, at cellen skal dele sig) og antivækstfaktorer (som er et signal om, at cellen ikke skal dele sig) (se kapitel 4). Receptorerne sender derefter de to vidt forskellige signaler ind i cellen gennem en række af særlige proteiner, og signalerne ender i cellekernen. I cellekernen bliver nye proteiner dannet på signalernes kommando. Det er så disse nye proteiner, som afgør, om cellen skal dele sig eller lade være. Udfaldet afhænger af, hvilket signal der er stærkest. Hvis cellen modtager flere vækstfaktorer end antivækstfaktorer, vil de fleste proteiner, der bliver dannet, være dannet på vækstfaktorernes kommando, og cellecyklus sættes i gang. Omvendt, hvis cellen modtager flere antivækstfaktorer end vækstfaktorer, vil de fleste proteiner, der bliver dannet. være dannet på antivækstfaktorernes kommando, og cellecyklus stoppes. Der eksisterer altså en fin balance mellem de proteiner, der sætter cellecyklus i gang, og de proteiner, som bremser den. Denne balance er forstyrret i kræftcellerne. Om lidt vil I vide hvordan. Hvad er det egentlig, der sættes i gang eller bliver stoppet? Her følger en kort beskrivelse af cellecyklusens fire faser G 1, S, G 2 og M. (Der er fem faser, hvis man medregner hvilefasen G 0 ). G 1 og restriktionspunktet (point of no return) Den første fase er G 1. G et står for gap, som på engelsk betyder hul. Hul, fordi man troede, at cellen ikke foretog sig noget i denne fase, og 1, fordi der senere kommer en "gap fase 2 (G 2 )". Men som man senere fandt ud af, ulmer G 1 -fasen af aktivitet. I denne fase bliver cellen større og forbereder sig på at skulle kopiere sit DNA. Det er også i denne første fase, at cellen endeligt beslutter, om den skal dele sig eller lade være. Sent i G 1 -fasen er der nemlig et punkt, som man kalder restriktionspunktet (R), og som populært kaldes "point of no return". Når cellen forbi dette punkt, vil den være fast besluttet på at gennemføre celledelingen og dermed bevæge sig gennem de sidste tre faser af cellecyklus. Med "fast besluttet" mener man, at cellen vil gennemføre celledelingen, uanset om vækstfaktorer eller antivækstfaktorer binder sig til cellens receptorer. Før restriktionspunktet vil cellen være styret af vækstfaktorer og antivækstfaktorer. Det vil sige, for at bevæge sig fremad i cellecyklus og hen mod restriktionspunktet skal der være vækstfaktorer til stede, og de skal være i overtal i forhold til antivækstfaktorer. Omvendt vil cellen blive bremset før restriktionspunktet, hvis antivækstfaktorerne er til stede og i overtal i forhold til vækstfaktorer. Kræftceller uden restriktionspunkt På den måde kan man se restriktionspunktet som den sidste forhindring (restriktion), før cellen kan kaste sig ud i celledelingen. Denne forhindring eksisterer ikke i kræftceller. Det vil sige, at kræftceller ikke kan bremses i G 1. Fra G 1 til G 0 Men tilbage til G 1 i normale celler. Hvis cellen bliver bremset i G 1 og før restriktionspunktet (mange antivækstfaktorer), vil cellen trække sig ud af cellecyklus og ind i den såkaldte G 0 - fase. Cellen bliver så enten i denne fase permanent (deler sig aldrig mere), eller også hviler den sig. Det vil sige, at hvis cellen senere modtager mange vækstfaktorer, vil den atter træde ind i cellecyklus og bevæge sig imod restriktionspunktet. S, G 2 og M Hvis cellen kommer forbi restriktionspunktet, er der ingen vej tilbage, og cellen fortsætter derfor ufortrødent gennem den sidste del af G 1 og ind i S-fasen. S står for syntese, og det er her, cellen laver en præcis kopi af sit DNA. Hver kopi skal ende i hver sin celle, og dermed opstår to identiske celler. Men så langt er vi ikke nået endnu. For inden M-fasen og efter S-fasen kommer det næste hul, G 2 -fasen, hvor cellen forbereder sig på den endelige forløsning, M-fasen, hvor M står for mitose, hvor cellen deler sig i to celler med lige mange kromosomer. De to nye celler er født ind i G 1 -fasen. Her vil tilstedeværelsen af vækstfaktorer og antivækstfaktorer bestemme, om cellen skal tage rundt med uret endnu en gang og dele sig eller bevæge sig fra G 1 og ind G 0 midlertidigt eller permanent. Checkpoints Selv om restriktionspunktet er cellecyklus' store forhindring, der sørger for, at cellerne ikke uhindret bevæger sig rundt med uret (læs: deler sig hele tiden), har cellen andre måder at stoppe cellen på. For i en så vigtig proces, hvor cellen bl.a. skal kopiere sit DNA og fordele det ligeligt mellem to nye celler, er det vigtigt at tjekke, at alt går rigtigt for sig. Derfor er cellecyklusuret også udstyret med såkaldte checkpoints, hvor cellen kan stoppe, hvis der sker en skade på DNA et. Mens cellen "tager sig en puster", bruger den tiden på at udbedre skaden og når det er gjort fortsætte sin vej rundt med uret. Figur 5.2. Cellens cyklus er udstyret med checkpoints, hvor cellen kan stoppe og reparere eventuelle DNA-skader. Hvis DNA-skaden er uoprettelig, begår cellen selvmord. Bemærk også restriktionspunktet (R), som ligger lige efter et checkpoint. Selvmord Men checkpointet er også udstyret med en anden funktion, der umiddelbart lyder drastisk: Hvis cellen er ude af stand til at reparere DNA-skaden, begår den selvmord. Cellen tænder 44 Bogen om kræft

3 for et selvmordsprogram, der hurtigt vil få den til at dø (se kapitel 6). På den måde skaffer kroppen sig af med de celler, som har fået uoprettelige skader på deres DNA, og sørger dermed for, at cellerne ikke giver skadet DNA videre til nye celler. Kræftceller uden checkpoints Det er et typisk kendetegn for kræftceller, at de ofte har mistet deres checkpoints. Det vil sige, at de ikke kan stoppe op og gøre DNA-skader gode igen. De kan heller ikke få cellen til at begå selvmord, hvis DNA-skaden er særlig slem. Cellen med det skadede DNA får altså lov til at fortsætte gennem cellecyklus. De to celler, som er det endelige produkt af en tur rundt i cyklus, vil så begge to indeholde skadet DNA. Hvis DNA-skaden har ramt et særligt gen (proto-onkogen eller tumorsuppressor) så uheldigt, at genet er blevet kræftfremkaldende, kan det meget vel være kimen til, at cellen udvikler sig til en kræft. Kræftceller uden restriktionspunkt En celle kan altså ikke uhindret bevæge sig gennem cellecyklus' forskellige faser. Restriktionspunktet er en naturlig barriere, som cellen skal overvinde, for at den kan komme videre i sin cyklus og dele sig. Desværre viser det sig, at næsten uanset hvilken kræftsygdom man ser på, har kræftcellen mistet evnen til at bremse ved restriktionspunktet. For at forstå, hvordan kontrollen i restriktionspunktet mistes i kræftceller, vil vi først fortælle, hvordan kontrollen er i normale celler. Derefter vil vi fortælle, hvad der er galt i kræftceller. Til sidst vil vi fortælle, hvad denne viden kan bruges til i behandlingssammenhæng. Restriktionspunktet = retinablastom-proteinet Billedligt kunne man forestille sig restriktionspunktet som en bom, der spærrer vejen for cellen gennem cellecyklusuret. Hvis vi oversætter det til et biologisk sprog, er bommen retinablastom-proteinet (Rb). Rb-proteinet sørger for, at de proteiner, som skal drive cellen gennem sin deling, ikke bliver dannet. Det gør Rb-proteinet ved at binde sig til transkriptionsfaktoren E2F (figur 5.3, midt). I sin aktive form søger E2F-transkriptionsfaktoren for, at proteinerne, som skal kopiere cellens DNA, bliver dannet. Men med Rb-proteinet bundet til sig kan E2F ikke udføre sin funktion (Rb-proteinet virker som en repressor). Derfor kan cellen ikke bevæge sig ind i S-fasen og fortsætte sin deling. Populært kunne man sige, at bommen holdes nede. Men hvad skal der til for at løfte bommen, så cellen kan bevæge sig forbi restriktionspunktet? Eller omvendt. Hvad skal der til for at holde bommen nede, så cellen bliver holdt tilbage i G 1? Lad os forestille os en celle, som har modtaget et overtal af vækstfaktorer. Det vil sige, at signalet er, at cellen skal dele sig. Men hvordan hæves bommen? Eller sagt med andre ord: Hvordan sættes Rb-proteinet ud af funktion? Cyklin D dannes og binder sig til CDK4 Når en celle modtager vækstfaktorer, bliver proteinet cyklin D dannet på vækstsignalets kommando. Cyklin D findes ikke normalt i cellen, men vækstsignalet får cellekernen til at blive fyldt med cyklin D-proteiner. Cyklin D-proteinet har ikke en funktion alene, men samarbejder med et andet protein, nemlig cyklinafhængig kinase 4 (cyclin dependent kinase 4, CDK4), som hele tiden er til stede i cellen. Denne kinase er i stand til at sætte fosfatgrupper på andre proteiner, men virker kun (som navnet antyder), når cyklin D binder sig til det. Tilsammen danner de to et aktivt proteinkompleks (figur 5.3). Cyklin D/CDK4 hæver bommen, Rb Det aktive proteinkompleks, cyklin D/CDK4, gør nu cellens beslutning om at dele sig uigenkaldelig. Ved at sætte flere og flere fosfatgrupper på Rb-proteinet sørger cyklin D/CDK4- komplekset for, at Rb-proteinet ikke længere kan binde sig til E2F-transkriptionsfaktoren. Efter at være sluppet af med Rbproteinet kan E2F-transkriptionsfaktoren nu binde sig til DNA og aktivere og aflæse de gener, som skal drive cellen forbi restriktionspunktet. Når Rb-proteinet bliver sat ud af funktion, er der ingen vej tilbage. Cellen vil herfra, via E2Ftranskriptionsfaktorerne, være selvforsynende med de proteiner, som skal drive cellen igennem de resterende tre faser af cellecyklus. Ingen signaler udefra kan ændre den beslutning. Figur 5.3. Rb-proteinet binder i sin aktive form til E2F-transkriptionsfaktoren og sørger på den måde for, at E2F ikke er aktiv. Hvis en celle modtager et overtal af vækstfaktorer (signal til at dele sig), vil cyklin D blive dannet. Cyklin D danner et aktivt kompleks sammen med CDK4. Det aktive kompleks sætter flere og flere fosfatgrupper på Rb-proteinet. Denne fosforylering får Rb til at ændre form, så den ikke længere kan binde sig til E2F-transkriptionsfaktoren. Ved at være sluppet af med Rb bliver E2F aktiv og sørger for, at de proteiner, som skal drive cellen gennem sin deling, bliver dannet. Celler, der deler sig 45

4 Hvis vi stadig forestiller os billedet af Rb-proteinet som en bom, kan man lade cyklind/cdk4-parret være ledvogtere, som sørger for, at bommen hæves, og cellen kan dele sig. Men for at bommen kan hæves helt, skal flere ting være opfyldt. fasen. Blandt disse er p15-proteinet (som dannes på antivækstsignalers kommando, kapitel 4) og p16-proteinet. De kan begge hæmme dannelsen af cyklin D/CDK4-komplekset. p15 eller p16 binder sig direkte til CDK4-proteinet og forhindrer på den måde cyklin D i at kunne binde sig til CDK4 og danne et aktivt proteinkompleks. For at bevare billedet med bommen og ledvogtere kan man så lade p15 eller p16 være ledvogtere, som står på den anden side af bommen. Men i stedet for at løfte bommen som cyklin D/CDK-parret holder ledvogterne p15 eller p16 bommen nede. Figur 5.4. Cyklin D dannes på en vækstfaktors kommando. Hvis vækstfaktoren forsvinder, forsvinder cyklin D også, da proteinet er meget ustabilt, og cellen vil stoppe sin deling. Vækstfaktor skal der til En af de ting, der skal være opfyldt, er, at cellen konstant skal modtage et vækstsignal det vil sige, at vækstfaktorer hele tiden skal binde sig til cellens vækstreceptorer. Hvis vækstfaktorerne og dermed vækstsignalet forsvinder, vil cellen øjeblikkelig holde op med at producere mere cyklin D. Og det, som allerede er blevet produceret, vil hurtigt forsvinde, fordi cyklin D-proteinet er meget ustabilt. Det vil sige, at CDK4 vil miste sin partner og være ude af stand til at sætte fosfatgrupper på Rb-proteinet, og cellen vil dermed fastholdes i G 1. Ledvogterne forsvinder, og bommen vil forblive lukket. Figur 5.5. Tumorsuppressorerne p15 og p16 (her med p16 som eksempel) kan binde sig til CDK4 og på den måde optage pladsen og udkonkurrere cyklin D. Med p16 som partner er CDK4 inaktiv. Rb-proteinet vil ikke modtage fosfatgrupper, og E2F vil forblive inaktiv. Det vil sige, at de proteiner, som skal drive cellen gennem sin deling, ikke bliver dannet, og cellen deler sig ikke. Tumorsuppressorerne, p15 og p16, holder bommen nede En anden ting, der skal være opfyldt, er, at cyklin D og CDK4 skal være i stand til at komme uden om forskellige hæmmende proteiner, som er i stand til at bremse cellen i G 1 - Figur 5.6. Cellens skæbne afgøres i cellekernen. Hvis der er overvægt af vækstfaktorer, vil de mange cyklin D-proteiner sørge for, at cellen deler sig. Omvendt: Hvis der er overvægt af antivækstfaktorer, vil de mange p15-proteiner sørge for, at cellen ikke deler sig. Kampen afgøres i cellekernen Her bliver det klart, hvordan de vækstfaktorer og antivækstfaktorer, som oprindeligt bandt sig til deres receptorer på cellens overflade, ender med at påvirke cellecyklusuret i den ene eller den anden retning. Hvis der er overvægt af vækstfaktorer, vil der være en høj koncentration af cyklin D, og cellen vil dele sig (se figur 5.6). Omvendt, hvis der er overvægt af antivækstfaktorer, er p15-koncentrationen højest, og cellen vil blive i G 1 -fasen. Kræftceller mister kontrollen På den måde er fasen omkring restriktionspunktet meget strengt reguleret, og det er kun, hvis signalerne er til det (mange vækstfaktorer/få antivækstfaktorer), at cellen kan bevæge sig forbi restriktionspunktet. Det er præcis her i restriktionspunktet kræftceller mister kontrollen. Det vil sige, at kræftcellen uhindret kan komme forbi restriktionspunktet og fortsætte ad den vej, som ender med, at cellen deler sig. Den skæbne forplanter sig videre i de to nye celler, og sådan bliver det ved. Populært kunne man sige, at cellens cyklus løber løbsk. 46 Bogen om kræft

5 p53 DNA'ets vogter Hvordan kan det være, at kræftceller, som har fået fatale DNA-skader, får lov til at overleve, dele sig og give DNAskaden videre til nye celler? Svaret skal måske hentes i den mest udsatte tumorsuppressor af dem alle, nemlig p53-proteinet, som har mistet sin funktion i over 50 pct. af alle kræfttilfælde. p53-proteinet går også under navnet "DNA ets vogter", fordi den spiller en central rolle i cellecyklusens checkpoints. p53-proteinet sørger nemlig for, at celler med DNA-skader stopper deres deling, og hvis DNA-skaden er uoprettelig, så begår cellen selvmord. Men i de kræfttilfælde, hvor p53-proteiner har mistet deres funktion, får DNA-skader lov til "at overleve", og det kan være fatalt for cellen. Rammer DNA-skaden et gen, som med en mutation bliver kræftfremkaldende (proto-onkogener som f.eks. cyklin D eller Ras eller tumorsuppressor-gener som f.eks. Rb eller p16) vil cellen ud over at overleve også opnå en evne til at dele sig ukontrolleret. Og det kan være kimen til, at kræft opstår. En af p53 s hjælpere: p21 I en normal celle er p53-proteinet ustabilt (let nedbrydeligt) og findes kun i en meget lille mængde. Men hvis cellen får en DNA-skade, bliver proteinet hurtigt stabilt, samtidig med at det bliver aktivt. Første opgave for p53 er at stoppe cellen på sin vej fremad, så DNA-reparerende enzymer (se kapitel 12) kan få tid til at gøre DNA-skaden god igen. Det løser den ved at binde sig til promotoren (som styrer genets aflæsning) på genet p21 og sørger for, at proteinet bliver dannet (p53 er en transkriptionsfaktor). Dette protein er en CDK-hæmmer og er ligesom p15 og p16 i stand til hæmme cyklin D/CDK4-komplekset. Det vil sige, selvom cellen er på vej fremad i cellecyklusen, og cyklin D/CDK4-komplekset er i gang med at inaktivere Rb-proteinet (læs: hæve bommen), sørger p21-proteinet for, at celledelingen bliver sat i stå (holder bommen nede). På den måde får cellen ro til at reparere DNA-skaden, og p21-proteinet sørger på den måde for, at skadet DNA ikke bliver kopieret og givet videre til nye celler. Figur 5.7. Hvis en celle får en lille skade på sit DNA (for eksempel ved bestråling), vil p53-proteinet blive aktivt. Det fører til dannelse af p21-proteiner, som sørger for, at cellen stopper sin deling midlertidigt. På den måde får cellen tid til at reparere DNA-skaden. I kræftceller, hvor p53-proteinet har mistet sin funktion, vil cellen ikke få tid til at reparere nye DNA-skader, og det ender med, at skadet DNA bliver givet videre til nye celler. Celler, der deler sig 47

6 Er skaden uoprettelig? Selvmord! Hvis DNA-skaderne er så omfattende, at cellerne ikke kan reparere dem, sørger p53-proteinet for, at cellen gør brug af den sidste udvej: selvmord. På den måde er der ikke nogen chance for, at det skadede DNA går i arv til nye celler. Også i dette tilfælde sørger p53 for, at særlige gener bliver aflæst og omsat til proteiner, og det er disse proteiner, som sørger for, at cellen begår selvmord. Måden, det sker på, bliver behandlet separat i kapitel 6 "Apoptose når celler begår selvmord". Figur 5.8. Hvis en celle får uoprettelige DNA-skader (for eksempel ved hård bestråling), sørger p53-proteinet for, at dødsproteiner bliver dannet, og det får cellen til at begå selvmord. I kræftceller, hvor p53-proteinet har mistet sin funktion, vil cellen overleve med uoprettelige DNA-skader. Er der ikke det ene, så er der det andet galt Men hvad er det, der går galt i kræftcellerne omkring restriktionspunktet? Der er ikke tale om en bestemt fejl, som går igen i alle kræftformer. Men slutresultatet er altid det samme: Rb-proteinet mister sin funktion og er derfor ude af stand til at bremse cellerne i G 1. Det viser sig nemlig, at enten er Rb-proteinet selv defekt, eller også er det et af de proteiner, som ændrer Rb-proteinets fosfatstatus (mange fosfater Rb inaktiv, få fosfater Rb aktiv), der er defekte. Det sidste kan ske på to måder: Enten har et protein (f.eks. cyklin D eller CDK4), som sætter Rb-proteinet ud af funktion, fået en defekt, som hele tiden gør proteinet i stand til at sætte fosfatgrupper på Rb-proteinet, selvom cellen ikke har fået signal til det. Eller også har et protein (CDKhæmmere f.eks. p15 og p16), som "beskytter" Rb-proteinet, mistet sin funktion og gør derved cellen ude af stand til at stoppe påsætningen af fosfatgrupper på Rb-proteinet. I begge tilfælde vil Rb-proteinet miste sin funktion, og cellen vil uhindret fortsætte ad den vej, som fører til cellens deling. På den måde kvalificerer generne, som koder for Rb-proteinet, eller de proteiner, som bestemmer Rb-proteinets fosfatstatus, sig ved at være enten proto-onkogener eller tumorsuppressorer i normale celler. Fejl i et af generne er skæbnesvangert, fordi cellen så deler sig ukontrolleret. Analyser af de forskellige kræftformer taler deres tydelige sprog. Hvis der ikke er det ene galt, så er der det andet. Brystkræft og cyklin D Brystkræftceller producerer for eksempel ofte en meget stor mængde af cyklin D, og det selvom kræftcellerne ikke har 48 Bogen om kræft

7 modtaget vækstfaktorer. Cyklin D-genet (proto-onkogenet) har fået en mutation, som gør cellen ude af stand til at undertrykke dannelsen af cyklin D-proteinet. Det vil sige, at der hele tiden vil være cyklin D til stede i cellekernen. Cyklin D-proteinerne binder sig til CDK4-proteinerne, og i fællesskab sætter de Rb-proteinet ud af funktion. Populært kunne man sige, at cyklin D/CDK4-parret hæver bommen, selvom de ikke har fået signal (vækstsignal) til det (figur 5.9). Det vil sige, at brystkræftcellerne kan dele sig ukontrolleret. Modermærkekræft og p16 I mange tilfælde af modermærkekræft (melanom) er det imidlertid ikke proteinerne, som driver cellen fremad, det er galt med. Derimod ligger fejlene i proteinerne, som forsøger at bremse den. Modermærkekræftcellerne har simpelthen mistet p16-genet, hvilket betyder, at kræftcellen ikke kan danne p16-proteinet. På den måde mangler p16-proteinet, som er den naturlige modvægt til de signaler, som tvinger cellen fremad (ledvogterne, som skal holde bommen nede, mangler (figur 5.9, kræftcelle B)). Resultatet er det samme: Kræftcellen mister kontrollen med restriktionspunktet, og cellen kan dele sig ukontrolleret. Nethindekræft og Rb Og så kan det være galt med det protein, vi hele tiden taler om, Rb. Rb var det første gen, man identificerede som et tumorsuppressor-gen. Det var i forbindelse med retinablastom, en sjælden, ofte arvelig kræftsygdom i nethinden. Man så, at børn, der led af denne sygdom, altid havde tabt Rb-genet. Når genet og dermed Rb-proteinet mangler, kan cellerne uhindret bevæge sig forbi restriktionspunktet (bommen mangler) og på den måde dele sig ukontrolleret. Det er imidlertid ikke kun i forbindelse med denne sjældne kræftsygdom, man ser, at Rb-genet enten forsvinder eller får en mutation, som ødelægger proteinets funktion (bommen mangler eller er knækket (figur 5.9, kræftcelle C)). Tab af Rb s funktion ser man også i forbindelse med blære-, lunge- og livmoderhalskræft. En del af alle kræftcellers livshistorie Det tyder altså på, at lige meget hvilken kræftform man undersøger, bliver Rb-proteinet sat ud af funktion på den ene eller den anden måde. Det fortæller, at den manglende kontrol af restriktionspunktet er en del af livshistorien i mange, hvis ikke alle, kræftceller. Figur 5.9. Restriktionspunktet kan billedligt fremstilles som en bom, der spærrer for cellens videre vej igennem cyklus. Bommen, Rb-proteinet, kontrolleres af to ledvogtere, hvor den ene ledvogter, proteinparret cyklin D/CDK4, forsøger at hæve bommen, mens den anden ledvogter, p16-proteinet, holder bommen nede. I kræftceller er denne kontrol af restriktionspunktet gået tabt på den ene eller den anden måde. Nogle kræftceller producerer alt for meget cyklin D. Det vil sige, at cyklin D/CDK4-ledvogterne vil være i klart overtal, og p16-ledvogteren kan derfor ikke modstå, at bommen hæves (kræftcelle A). Andre kræftceller mangler p16-ledvogteren. Det vil sige, at cyklin D/CDK4-ledvogteren kan hæve bommen uden den mindste modstand (kræftcelle B). Til sidst er det selve Rb-bommen, det kan være galt med, hvor bommen simpelthen mangler. I alle tilfælde vil kræftcellerne uhindret kunne bevæge sig forbi restriktionspunktet og på den måde dele sig ukontrolleret. Celler, der deler sig 49

8 For eksempel skrev vi, at den overvejende defekt i lungekræft var, at cellen havde tabt Rb-genet. Nye forskningsresultater har imidlertid vist, at det "kun" er 85 pct. af de kræftsvulster, man har studeret, som mangler Rb-genet. Ved at analysere de resterende 15 pct., som altså har en helt almindelig udgave af Rb-genet, har man fundet ud af, at kræftcellerne enten har mistet p16-genet (10 pct.), eller også indeholdt de en unaturligt høj og konstant mængde cyklin D- protein. Her ser man, at mutationer i tre forskellige gener giver præcis den samme sygdom, hvor kræftcellerne mister kontrollen over restriktionspunktet. Det understreger, at forudsætningen for, at en normal lungecelle kan udvikle sig til en lungekræftcelle, er, at Rb-proteinet er sat ud af funktion. Overfodring af cellens cyklus Det er dog ikke kun mutationer i de gener, som umiddelbart udgør restriktionspunktet (Rb, cyklin D, CDK4, p15 eller p16), der kan få celler til at miste kontrollen over cellens cyklus. Fejl i de signalkæder, som normalt "fodrer" cellens cyklus med oplysninger, kan også få cellens cyklus til at løbe løbsk. F.eks. vil en hyperaktiv udgave af Ras-proteinet (produkt af onkogen) (se kapitel 4, side 32), som konstant udsender et vækstsignal, fortælle cellens cyklus, at det skal bevæge sig fremad og forbi restriktionspunktet ved at sætte Rb-proteinet ud af funktion. Omvendt vil et antivækstsignal, som bliver bremset på sin vej fra cytoplasmaet ind mod cellekernen på grund af en defekt tumorsuppressor, ikke nå frem til cellens cyklus og på den måde være ude af stand til at bremse cellens deling. Et uundgåeligt trin på vejen Uanset hvilken kræftform man kigger på, ser det ud til, at kræftcellerne har mistet kontrollen over cellens cyklus på den ene eller den anden måde. Denne kendsgerning har fået flere og flere forskere til at kalde kræft for en cellecyklussygdom. Det skal ikke forstås sådan, at en normal celle helt sikkert bliver til en kræftcelle, hvis den mister kontrollen over cellens cyklus. Ved at kalde kræft en cellecyklus-sygdom mener man, at mangel på kontrol af cellens cyklus vil være et u- undgåeligt trin på den lange vej, som omdanner en normal celle til en kræftcelle. Men der skal flere trin og dermed ændringer til, før cellen kan udvikle sig til en fuldmoden kræftcelle. For eksempel skal cellen ud over at dele sig ukontrolleret undgå kroppens dødssignaler (kapitel 6), sørge for at få dannet nye blodårer til det stigende antal kræftceller (kapitel 9) og være i stand til at bevæge sig væk fra den oprindelige kræftsvulst til andre steder i kroppen (metastasering, kapitel 8). Tre eksempler på andre trin, som cellen også skal bestige for at blive til en kræftcelle. Kræft er en flertrinsproces. Den manglende kontrol af cellens cyklus er et af trinene. Genterapi fremtidens behandling? Det er lykkedes Jiri Barteks forskerhold fra Kræftens Bekæmpelse at "reparere" to tumorsuppressor-gener, p16 og p53, og derved har de fået kræftcellerne til at dø. Deres historie er også en historie om en behandlingsform, som man sætter stor lid til i fremtiden, nemlig genterapi. Lad os gå tilbage i tiden. Kræftforskerne fik en god ide: Hvad nu, hvis man i et laboratorieforsøg gav kræftceller fra patienter et normalt og velfungerende tumorsuppressorgen tilbage ("geninstallere bremsen"). Ville det bremse kræftcellernes ukontrollable delinger og få kræftcellerne til at dø? For at finde ud af det valgte forskerne to tumorsuppressor-gener, p16 og p53, som oftest er sat ud af funktion i forbindelse med kræft. p53 var også interessant, fordi det kan få celler til at begå selvmord. Bruger virus som transportmiddel I første omgang drejede det sig om at få transporteret tumorsuppressor-generne ind i cellerne for at erstatte de skadede p16- og p53-gener. Til det formål brugte de en allerede udviklet metode, hvor man pakker det ønskede gen ind i en almindelig forkølelsesvirus' arvemateriale. Herefter udnytter man virusens evne til at blive optaget i (inficere) cellerne. På den måde får man virusens DNA samt det ønskede gen ind i cellen. Sådan førte forskerne "raske" p16- og p53-gener ind i kræftcellerne, og det lykkedes at få den ind i næsten alle celler i kulturen. Kræftceller uden for kroppen stopper og dør Til deres glæde så forskerne, at kræftcellerne holdt op med at dele sig, når de modtog p16-genet, og nogle få af dem døde faktisk af behandlingen. Desværre havde behandlingen med p53 ikke den store effekt på kræftcellerne, som nærmest uberørt fortsatte med at dele sig. Forskerne vurderede, at de få kræftceller, som døde af behandlingen med p16-genet, kunne være et tegn på, at cellerne var blevet mere følsomme. Måske manglede de bare den sidste påvirkning, som kunne få alle kræftcellerne til at dø. Her blev tanken med at bruge p53-genfødt. Hvis man kombinerede de to behandlinger, kunne det være, at de to tumorsuppressorer i samarbejde ville gøre p53 i stand til at gøre det af med kræftcellen. Ganske rigtigt. Alle kræftcellerne døde af kombinationsbehandlingen. 50 Bogen om kræft

9 Målrettet behandling I et parallelt forsøg udførtes de samme behandlinger på normale celler. Behandlingen med p16 fik cellerne til at holde op med at dele sig ligesom i kræftcellerne. Behandlingen med p53 havde derimod ikke nogen effekt på cellerne, som fortsatte med at dele sig. Men kombinationen af p16 og p53 havde ikke den samme virkning som i kræftcellerne. De normale celler overlevede denne kombination. Det var tegn på, at behandlingen kun var rettet mod kræftcellerne. Behandlingen virker Med disse gode resultater i bagagen var vejen banet for at prøve behandlingen på mus. For at lade situationen hos mus ligne den, man ser hos en kræftpatient, prøvede forskerne at gennemføre behandlingen på allerede eksisterende kræftsvulster. De sprøjtede de humane kræftceller fra de ovennævnte laboratorieforsøg ind i mus. Kræftcellerne blev til kræftsvulster i løbet af 15 dage. Herefter sprøjtede man virus med p16, p53 eller kombinationen af p16 og p53 og som kontrol virus uden tumorsuppressor direkte ind i kræftsvulsten. Behandlingen med p16 hæmmede kræftsvulstens vækst en smule, mens behandlingen med p53 kun hæmmede væksten marginalt. Kombinationen af p16 og p53 blokerede derimod fuldstændigt kræftsvulstens vækst. Efter 12 dage var kræftsvulsten hos en af musene (de brugte fem mus for hver type behandling) fuldstændig forsvundet. Menneskeforsøg Efter mange vellykkede forsøg på mus er man i Tyskland gået i gang med et forsøg på mennesker. Man tilbyder tyktarmskræftpatienter med meget fremskreden kræftsygdom at deltage i forsøgene. Det er en forudsætning, at patienterne har kræftsvulster, som vil reagere på behandlingen det vil sige kræftsvulster, hvor p16-genet og p53- genet er defekt. Denne kliniske afprøvning starter i Hannover i Ikke alle kræftceller bliver ramt Men, der er et men. Problemet er, at man ikke er i stand til at tilføre genet (eller generne) til alle kræftcellerne i en kræftsvulst. Det vil med andre ord sige, at det kun er en del af kræftcellerne, som vil blive ramt af behandlingen. Det betyder, at de overlevende kræftceller kan fortsætte med at dele sig, og så er man lige vidt. Man forsinker udviklingen af sygdommen, men man kommer altså ikke af med den. Derfor arbejder man intenst på at udvikle et transportmiddel, som effektivt kan bringe de "helbredende" gener ind i alle kræftcellerne. Både i museforsøgene og i de igangværende menneskeforsøg bruger man en forkølelsesvirus som transportmiddel. De leverer generne ind i cellerne, men altså ikke tilstrækkelig effektivt. I museforsøgene så man et stykke tid efter behandlingen, at de tilbageværende kræftceller begyndte at dele sig på ny, og kræftsvulsten begyndte at vokse igen. Figur Kræftceller (uden for kroppen) dør af kombinationsbehandlingen med p16- og p53-gener, mens normale celler overlever behandlingen. De celler, der er større, er tegnet sådan af pladshensyn. Celler, der deler sig 51

10 Naboeffekten For at blive helbredt skal alle eller næsten alle kræftcellerne modtage de helbredende gener. Ny forskning har nemlig vist, at selvom ikke alle kræftcellerne modtager generne, kan man alligevel godt komme af med hele kræftsvulsten på grund af den såkaldte naboeffekt. Af stadig ukendte årsager er døende celler i stand til at "smitte" deres naboer, som også dør, selvom de ikke har modtaget genet. Samtidig mener man, at immunsystemet bliver tiltrukket, når mange celler dør pludseligt på samme sted. På den måde "genopdager" immunsystemet kræftsvulsten og hjælper til med at fjerne kræftcellerne. Figur Behandlingen virker i mus. Kombinationen af p16- og p53-genet blokerer fuldstændig kræftsvulstens vækst. Hos én af musene (ud af fem) forsvandt kræftsvulsten fuldstændig. 52 Bogen om kræft