Molekylær biologi af cancer

Beskriv rollen af tumor undertrykkende gener i DNA-reparation og genetiske stabilitet, herunder P16 signalvejen

- DNA-skade (fx eksponering af UV-lys for epithelceller) kan føre til ophobning af p16, et protein der selektivt kan forstyrre cyklin D-CDK4/6 komplekser og derved frigøre den eksisterende pol af p21 - Når P21 akkumuleres i cellen kan det binde sig til cyklin E-CDK2 og derved sikrer vedligeholdelse af G1 arrest - En anden vigtig konsekvens af inhibering af både CDK2 og CDK4/6-kinase komplekser er defosforyleringen af Rb hvormed at der sker en inhibering af E2F og dermed opstår der ikke transkription af S-fase gener

Beskriv Epidermal vækstfaktor (EGF) signallering herunder MAP-kinase-kaskaden

- De aktiverede MAPKK'er (MEK) dual-tyrosin og serin/threonin-kinaser fortsætter med at fosforylerer de mitogenaktiverede (dvs aktiveret af vækstfaktorer) proteinkinaser (MAPK'er) - MAPK'er er en serin-threoninkinaser og den cytoplasmatiske forbindelse mellem RAS på plasmamembranen og gen-ekspressionen - MAPK'er kan komme ind i kernen og påvirke aktiviteten af transkriptionsfaktorer via fosforylering

Beskriv Cyklin-afhængige kinaser

- Det er enzymer, serin-threonin-kinaser - Konstant koncentration gennem hele cyklus - Er kun aktive I kompleks med cyklin (cyclin-cdk-komplekser) - Når cyklinkoncentrationen når tærskelværdien er der tilstrækkeligt med cyklin-cdk-kompleks til at udløse overgangen til næste fase I cellecyklus. - Den cykliske dannelse af cyklin-cdk-komplekser driver cellen gennem cellecyklus - Det er cdk'ers fosforylering af proteiner (fx Rb) der spiller en nøglerolle i reguleringen/aktiveringen af cellecyklus

Beskriv rollen af tumor undertrykkende gener i DNA-reparation og genetiske stabilitet, herunder Humane DNA-mismatch repair gener (caretaker gener)

- Mismatch repair gener fungerer i eliminering af biosyntetiske felj, som opstår under DNA-replikation, i overvågning af DNA-skader og i forbyggelsen af rekombination mellem ikke-identiske sekvenser. - Det bidrager derfor til opretholdelse af genomintegritet.

Beskriv Cykliner

- Proteiner der regulerer aktiviteten af Cdk - Koncentrationen af de enkelte cykliner varierer cyklisk (langsom øgning gennem cyklus)

Beskriv Epidermal vækstfaktor (EGF) signallering, anden vej herunder P13K aktivering

- RAS kan også aktivere Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), en lipid kinase, i stedet for Raf. - Medfører at PI3K fosforylerer PIP2 for at danne second-messengeren PIP3 → rekrutterer serin/threonin kinase PDK-1 og Akt til membranen. Akt fosforyleres og aktiveres af PDK-1 - Akt translokaliseres til kernen hvor det fosforylerer kerne-substrater, herunder transkriptionsfaktorer - Akt er også involveret i anti-apoptose

Beskriv Epidermal vækstfaktor (EGF) signallering herunder Raf aktivering

- RAS-GTP binder og bidrager til aktivering af serin/threonin kinase Raf - Rekruttering af Raf til cellelmembranen er nødvendig for at RAS-GTP kan aktivere det. - Aktiveringen af Raf involverer fjernelsen af en Raf-autoinhiberende mekanisme Raf er både en signaltransducer der bærer signalet væk fra membranen og en kinase, der fosforylerer den mitogen-aktiveret proteinkinase kinase (MAPKK;MEK)

Beskriv gatekeeper genet: RB

- RB (pRB) et pocket protein (sammen med p107 og p130) - Har en 'pocket'-region med A-domæne og et B-domæne - HDAC på B-domænet (via LXCXE) - E2F på A-domænet (via DP) - Moduleres af mitogene signaler der stammer fra det ekstracellulære miljø. Rb er derfor nøglesubstrat for/af cyklinD-cdk4/6 - Kontrol af overgangen mellem G1-fasen til S-fasen via dens interaktion med transkriptionsfaktorerne, E2F og HDAC. Interaktionen mellem disse molekyler reguleres via serin/threonin-fosforylering - En bremse på G1-S-progressionen, ved at hæmme E2F, som en del af CDK-kontrol af transkription

Beskriv tumorsupressions gener, herunder gate keepers

Forhindrer celleproliferation: - Gener som normalt medfører direkte negativ kontrol over celledeling. - Tab af disse gener åbner direkte gaten - Et overvågningssystem der monitorerer genomets integritet og eliminerer celler med genetiske skader via celledelingsstop, senescens og/eller apoptose - Forhindrer vækst af potentielle cancerceller og forhindrer akkumulation af mutationer der direkte fører til øget celleproliferation

Beskriv tumorsupressions gener, herunder care takers

Gener der koder for proteiner som: - Detekterer DNA-skader - Reparerer DNA-skader - Forhindrer DNA-skade (alt i alt: Stabiliserer genomet) - Det kan fx være DNA-repair-enzyme - De er ofte inaktiveret ved mutation eller epigenetisk forandring ved cancerudvikling, hvilket fx ses ved ændring af DNA mismatch repair genes (MMR) - Tab af funktion tillader mutationer at akkumuleres - Mutationer er genetisk recessive - Kan opstå ved deletioner, punktmutation og methylering

Cellecyklus kontrol-mekanismer er ofte defekte i tilfælde af cancer. Forklar hvorfor disse er mål for cancer-udviklende mutationer.

Gener, der koder for cellecyklusregulatorer, er hyppigt muteret i humane tumorer, dette fører til: - Afvigende regulering af cellecyklussen - Uplanlagt proliferation - Carcinogenese Defekter kan ses i form af: - Mutationer i CDK gener - Mutationer i cykliner - Defekt ved G2-checkpoint - Defekt ved M-checkpoint

Opstil eksempler på mutationer i gener som kan lede til cancer og forklar hvorfor mange af disse gener er relateret til signal-transduktionsveje Mutation i ATM (caretaker)

Mutation i ATM (caretaker) - Her vil cellecyklus fortsætter til trods for at cellens DNA er beskadiget

Opstil eksempler på mutationer i gener som kan lede til cancer og forklar hvorfor mange af disse gener er relateret til signal-transduktionsveje Mutation i BRCA1 (caretaker)

Mutation i BRAC1 (caretaker): - Beskadiget DNA repareres ikke korrekt - Øger risikoen for især brystkræft. - BRAC1 og BRAC2 er brystkræftfølsomhedsproteiner

Opstil eksempler på mutationer i gener som kan lede til cancer og forklar hvorfor mange af disse gener er relateret til signal-transduktionsveje Mutation i P53 (gatekeeper)

Mutation i P53: - Over 75% af alle p53 mutationer er missense-mutationer lokaliseret i det DNA-bindende domæne - Hvis TP53-genet er ødelagt i børnealderen kan medføre Li-Fraumeni syndrom (autosomal dominant sygdom), hvilket bevirker at cancer fremkommer i en tidelig alder, udvikling af multiple primære tumorer gennem hele livet. - Den manglende funktion af p53 kan også opstå ved mutation i chk2-genet, idet stresssignalet ikke transmitteres til p53 via fosforylation som i normale celler. - Overekspression af MDM2 proteinet kan nedregulere p53 hvilket medfører at p53 forbliver inaktiveret 'p53 inactivated' fænotypen, kan lede til tumor-dannelse.

Opstil eksempler på mutationer i gener som kan lede til cancer og forklar hvorfor mange af disse gener er relateret til signal-transduktionsveje Mutation i PTEN (gatekeeper)

Mutation i PTEN: - PTEN er ofte muterede i mange cancerformer. - Hvis der optræder tab af PTEN's inhibitoriske defosforylerende aktivitet i den muterede PTEN resulterer dette i: → Konstant aktivitet af P13-kinase pathway → Aktivering af protein kinase Akt og mTOR → Nettoresultat bliver inhibition af apoptose og induktion af celleproliferation, hvilket favoriserer onkogenese

Beskriv protoonkogener, onkogener og de mutationer der kan forekomme i protoonkogener

Protoonkogener: - Normale gener, der koder for proteiner i den regulatoriske pathways i celledeling og som medierer cellevækst og differentiering (vækstfaktor, receptor, intracellulære signal transducere (G-protein, kinaser), transkriptionsfaktorer) Onkogener: - Mutation i protoonkogenerne → onkogener (kræftgremkaldende gener). - Proteinet produceres i større mængder (kvalitativ ændring) og har øget aktivitet (kvantitativ ændring) - pathways 'on' - Dominerende måde til at indlede tumordannelse - Ukontrolleret hyperaktivitet og proliferation (stimulerer celledeling eller hæmmer apoptose) - Der er identificeres over 100 onkogener Mutationer i protoonkogener kan opstå ved (dannelse af onkogener): - Punkt-mutationer og deletioner: Ændring i funktion og/eller struktur. Overekspression - Gen-dublikation (Gen-amplifikation): Øget aktivitet - Kromsom-translokation: Ændring i kontrol af ekspression - (Insertionsmutagenese, hvilket skyldes viral integration: Ændring i kontrol af ekspression) - Dominant: mutationer i den ene allel i genet for at udvikle cancer - Enkelte mutationer føre sjældent til cancer - Cancer stammer fra kumulative serier af mutationer

Hvilke gate-keeper gener findes der?

RB P53 APC PTEN TGF-beta

Benævn de to hovedtyper af muterede gener der medfører carcinogenese

Tumorsupressor gener: - Gate keepers - Care takers Genetiske ændringer i protoonkogener → onkogener

Beskriv Epidermal vækstfaktor (EGF) signallering herunder vækstfaktor binding og receptordimersering

Vækstfaktor binding: - Binding af EGF til dets receptor, EGFR (tyrosin-kinase receptor) Receptordimersering: - Processen hvor to EGFR-monomerer interagerer og danner en dimer. - Der sker konformationsændringer i receptoren der udløser et ekstracellulært receptordimerserings-domæne. Dette letter bindingen til et lignende domæne i en anden EGF-bundet receptor monomer, hvorved en receptor-dimer dannes.

Hvilke 4 typer proteiner er involveret i transduktionen af et vækstfaktorsignal?

· Vækstfaktorer · Vækstfaktorreceptorer · Intracellulære signal-transducere · Nuklære transkriptionsfaktorer som fremkalder den mitogene effekt gennem regulation af genekspression

Beskriv Epidermal vækstfaktor (EGF) signallering herunder regulering af transkriptionsfaktorer

- AP1-transkriptionsfaktoren (dannet af jun og fos-gener) aktiveres/opreguleres af MAPK-kaskaden. - AP1 bindes herefter til DNA og regulerer ekspressionen af gener involveret i vækst, differentiering og død. AP1 inducerer cellecyklus progression ved at binde og aktiverer cyklin D-genet - Myc familien af transkriptionsfaktorer (Myc, Max, Mad, Mxi) aktiveres/opreguleres af MAPK. - Myc er et protein der fremmer proliferation ved at regulere ekspressionen af specifikke målgener. Disse mål-gener inkluderer: N-RAS, p53

Beskriv Epidermal vækstfaktor (EGF) signallering herunder translokation af specifikke proteiner til membranen

- Aktivering af tyrosin-kinasens (receptorens) katalytiske kinasedomæne faciliterer yderligere fosforylation. - Der ses nu højere affinitetsbindingssteder for proteiner der indeholder SrC-homolog 2 (SH2)-domæner og SrC-homolog 3 (SH3)-domæner. - Grb2 er en intracellulært signaltransducer der indeholder SH2- og SH3-domæner. Grb2 genkender den fosforylerede EGF-receptor via dets SH2-domæner og faciliterer rekruttering af specifikke proteiner, SOS, til membranen via dets SH3-domæner.

Beskriv Epidermal vækstfaktor (EGF) signallering herunder RAS aktivering

- Alle tyrosin-kinase receptorer aktiverer RAS = 'star/major player' - RAS (intracellulær signaltransducer, G-protein) regulerer cellevækst pga. deres position i signaltransduktionsvejen. - N-RAS, H-RAS og K-RAS er tre medlemmer af RAS-familien som alle er GTP-bindende proteiner. - Når de er bundet til GDP er de inaktive og når de er bundet til GTP er de aktive. - Neklotid-exchange faktorer, som fx SOS, katalyserer ændringen af GDP til GTP, hvilket resulterer i RAS-aktivering. - SOS blev som tidligere nævnt rekrutteret til cellemembranen af SH3-domænet hvor RAS er placeret. - RAS undergår forskellige modifikationer der er nødvendige for at lokalisere RAS til cellemembranen

Beskriv de trin det kræver, for at få signalet udenfor cellen ind i kernen hvor genekspressionen reguleres

- Binding af vækstfaktor til receptoren - Receptordimerisering - Autofosforylering - Aktivering af intracellulære transducere (fx RAS) - Kaskade af serin/threoninkinaser - Regulering af transkriptionsfaktorer for genekspression

Forklar vigtigheden af "checkpoints" for at kontrollere cellecyklus.

- Check-points bestemmer om cellen deler sig - Biokemiske "pathways" der senser og inducerer et cellulært respons til DNA-ødelæggelse - Vigtige i opretholdelse af genomets integritet - Fungerer som DNA-skade-sensorer, signal transducere eller effektorer - Her opbremses cellecyklus og cellecykluskontrolsystemet modtager forskellige feedback-informationer. - Forstyrrelse af kontrolpunktfunktionen fører til genomisk og kromosomal ustabilitet hvilket leder til mutationer der kan inducere karcinogenese - G0/G1- kontrolpunktet: er der behov for flere celler? (vækstfaktor signalering, mitogener) - G1/S-kontrolpunktet (G1-checkpoint): modtager informationer om, hvorvidt de ydre betingelser (fx næring) og signaler (fx vækstfaktorer) er gunstige for deling. Er cellen stor nok? Er DNA klar til replikation? (ingen DNA-skade) - G2/M-kontrolpunktet (G2-checkpoint): modtager informationer om, hvorvidt alt kernens DNA (genomet) er blevet korrekt replikeret én og kun én gang. Er miljøet stadig gunstig? Hvis ikke blokeres det videre forløb i cyklus. - M/G1-kontrolpunktet (M-checkpoint): er kromosomter korrekt justeret langs spindlen?

Beskriv kontrol af "checkpoints"

- Checkpoints modtager eksterne og interne signaler, hvorved det bestemmes om cyklus skal passere et checkpoint eller ikke. Eksterne signaler: Mitogener (vækstfaktorer), signalmolekyler der stimulerer til celledeling - eksempler: - PDGF: produceres af blodplader, vigtig i sårhelingsprocessen - EGF & FGF: stimulerer proliferation af mange celletyper, binder sig til RTK-receptoren, aktiverer Ras (G-protein) Involverer også: - Receptorer - Signal transduktions proteiner (kinaser, G-protein osv.) - DNA-bindende proteiner, herunder transkriptionsfaktorer Interne signaler: - Kvalitetskontrol fx via p53 ved DNA-skade

Cellecyklus regulering via cyklin afhængig kinase - kontrolsystemet gennem hele cellecyklussen, herunder G2 fasen (G2 checkpoint)

- Cyklin A-Cdk2 aktiverer Cdc25 (type B og C) som aktiverer cyklin B/A-Cdk1 (cdc25 fjerner de inhibitoriske fosfatgrupper på Thr14 og Tyr15) - Cyklin B/A-Cdk inhibitor (Wee1) deaktiveres og det resulterer i en positiv feedback loop hvor der sker en stigning i cyklin B/A ekspression og Cdk1 aktivering. - Komplekset cyklin B/A-Cdk1 (mitosepromoverende faktor, MPF) er vigtig - bringer cyklus forbi G2/M-kontrolpunktet og videre i mitosefase - Aktiveringen af MPF er betinget af feedbackinformationer om at DNA-replikationen er komplet

Hvad er cykliner og cyklin afhængig kinaser (CDK) medvirkende til?

- Cyklin og cyklin afhængig kinase (CDK) er medvirkende til at kontrollere at cellecyklussen sker I den rigtige orden

Beskriv cellecyklussen, herunder hvornår kromosomer er synlige

- En proces bestående af fire trin som cellen gennemgår når den skal dele sig til to datterceller - G1, S og G2 fasen kaldes tilsammen interfasen og her er kromosomerne ikke synlige - Den samlede længde for cellecyklussen er 16 timer (15 timer for interfase, 1 time for mitose) men kan variere fra celletype til celletype - G1: Gap 1 (interfase): Kromosomer ikke synlige. Det tidsrum der følger efter mitose. Ingen synlige ændringer, men stigning i celleindhold (organeller, proteiner osv.) inklusive replikationsmaskineri (RNA) - S: Syntese (interfase): Kromosomer ikke synlige. Replikation af DNA forekommer, hvilket resulterer i, at kromosmer bliver to søster-kromatider fastgjort ved centromer - G2: Gap 2 (interfase): Kromosomer ikke synlige. Den fase der kommer efter S-fasen og adskiller S-fasen fra mitose. Ingen synlige ændringer, men forberedelse til delingsprocessen (kontrol af at DNA er korrekt dublikeret) og yderligere vækst - M: Mitose: Kromosomer synlige. Segregering af kromosomer efterfulgt af opdeling, for at producere to datter celler med hver et kromosomsæt der er identisk med modercellen - G0: Kromosomer ikke synlige. Fase for celler der ikke går gennem cellecyklussen (de er standset i G1, trådt ud af cellecyklusen, er nu i G0). Cellerne kan være i stand til at vende tilbage til cellecyklussen og dele sig eller de kan være i stand til ikke at gøre dette. (post-mitose fx neuroner eller myocytter). Dette er stadiet for de fleste celler i voksne mennesker

Beskriv caretaker genet: MLH1 (mutL homolog1):

- Et DNA-mismatch repair gen - Involveret i reparation af DNA-missmatch - Blev identificeret som et locus der ofte er muteret i arvelig non-polyposis tyktarmskræft (HNPCC). Mutation i DNA-mismatch repair gener medfører mikrosatellit-instabilitet. - Det er en human homolog af E. Coli DNA-mismatch repair gener mutL

Beskriv gatekeeper genet: APC

- Et tumor supressor gen der koder for APC-proteinet som er en negativ regulator af cellecyklus - Kontrollerer beta-katenin koncentrationer og interagere med E-cadering som er involveret i celle-adhæsion - Mutationer i genet kan resultere i colorektal cancer

Beskriv G2 kontrolpunktets overvågning af DNA replikering ved defekt DNA-replikering (DNA-skade)

- I G2-fasen vil DNA-skade aktivere ATM/ATR som dernæst fosforylerer og aktivere Chk2/1 - Chk2/1 inhibere cdc25b/c, hvorfor cdc25b/c ikke er i stand til at fjerne de inhibitoriske fosfatgrupper på Thr14 og Tyr15 og aktivere cdk'er (cdk 1)

Beskriv gatekeeper genet: P53

- Kaldes 'the guardian of the genome' → forhindrer at genomets integritet bliver skadet af genotoksiske og onkogene signaler - Beskytter mod reaktive oxygene species (ROS) som under cellemetabolisme kan reagere med DNA. - P53 opregulerer gener hvis produkter har antioxidantfunktioner → beskytter mod mutationer og forhindrer af cancer Upstream: Opreguleres af 'onkogent stress' - herunder: - Overaktivitet af onkoproteiner som Ras eller transkriptionsfaktorerne Myc og E2F - Stråling-, lægemiddel- eller carcinogen DNA-skade - Udtømning af nukleotiddepoter til DNA/RNA-syntese - Hypoxi eller hypoglykæmi Downstream: Følgende optræder som svar på ovenstående stress-signaler: - Forbigående eller permanent cellecyklusstop - DNA-reparation - Apoptose - Hæmning af angiogenese Ved milde DNA-skader: cellecyklus arest via aktivering af P21 (CDK-inhibitor p21), der inhiberer cyklin E-Cdk2, cyklin D-Cdk4/6 (og cdk 1)) og medierer DNA-reparation (via PCNA), cellecyklus genoptages. Ved alvorlige DNA-skader: disse kan ikke repareres. Irreversibel cellecyklusarrest kaldet senescence eller apoptose af den beskadigede celle hvor p53 senere aktiverer proteinerne Bax og Bak hvilket danner porer i mitokondriemembranen som fører til firgivelse af cytokrom C til cytoplasmaet og herefter apoptose

Beskriv gatekeeper genet: TGF-beta

- Kan inhiberer eller fremme celleproliferation - afhænger af celletypen - Dens receptor er en Serin threonin kinase receptor - TGF-beta binder til to typer af receptorer: Receptor 1 og receptor 11 - Efter binding til receptor 11 fosforyleres receptor 1 som igen fosforylerer SMADS (signal transducer), der translokaliseres til kernen - Når SMADS er inde i kernen inhiberes celleproliferation via p16 (cyklin D-cdk 4/6) og p21 (cyklin E-Cdk2, cyklin D-Cdk4/6 (og cdk 1)) inhibition af cdk'er

Beskriv gatekeeper genet: PTEN

- Koder for en fosfatase - det kan både agerer som en protein-fosfatase og en lipid-fosfatase - Normalt ville P13K-Akt signal-vejen hæmme cellestop og død (hvilket bevirker celledeling) men PTEN fungerer ved at hæmme P13-Akt signalvejen ved at omdanne (defosforylerer) PIP3 til PIP2

Beskriv care-taker genet: BRCA1

- Koder for et nukleær fosfoprotein - Kombineres med andre tumorundertrykkere, DNA-skade-sensorer og signaltransducere til dannelse af et stort multi-underenhedsproteinkompleks kendt som det BRCA1-associerede genomovervågningskompleks (BASC) - BRCA1 associeres med RNA-polymerase II og gennem det C-terminale domæne interagerer det også med histonacetylase-komplekser - Proteinet spiller en rolle i transkription, DNA-reparation af dobbelt strengs brud og rekombination - Mutation i genet er ansvarlig for 40% af nedarvet brystcancer og mere end 80% af nedarvet bryst og ovariecancer

Cellecyklus regulering via cyklin afhængig kinase - kontrolsystemet gennem hele cellecyklussen, herunder G1 fasen (G1-checkpoint)

- Rb-proteinet fungerer som en molekylær forbindelse for G1-S faseovergang. - Tidligt i fasen ses Rb, der binder til og inhiberer E2F (via DP på A-domænet) og HDAC (via LXCXE på B-domænet), hvilket forhindrer cyklus i at passere G1/S-kontrolpunktet - Vækstfaktorer (mitogener) aktiverer cyklin D-Cdk 4/6-komplekset hvilket fosforylerer Rb (monofosforylering) på C-terminalen. Dette bevirker en frigørelse af HDAC og ekspression af cyklin E. - Sent i G1-fasen bevirker cyklin E-Cdk2 at hele Rb-molekylet forsforyleres (hyperforsorylering) hvilket bevirker at der sker en fuld inaktivering af Rb, hvorved E2F dissocierer fra pRb og E2F bliver aktivt af cyklin E-Cdk2. - Sammen med E2F sker der også en ekspression af dets targets-genes: Cyklin A, Thymidylat syntase og dihydrofolat reduktase (vigtige for S-fasen) Cyklin D-Cdk4/6 medføre at cellen gennemfører resten af cellecyklus uden mitogener. Den tillader via stimuli fra mitogener progression gennem restriktionspruktet og progression gennem G1. Cyklin E-Cdk2 bringer cyklus forbi G1/S kontrolpunktet og videre til S-fasen via aktivering af E2F

Beskriv Epidermal vækstfaktor (EGF) signallering herunder autofosforylering

- Receptordimerseringen gør det muligt for kinasedomænet i den ene receptor af dimeren at fosforylerer den anden receptor af dimeren - der sker autofosforylering på det cytoplasmatiske domæne i receptorerne - Resulteerer i konformationsændringer hvilket giver ATP adgang til det katalytiske kinasedomæne på receptoren

Cellecyklus regulering via cyklin afhængig kinase - kontrolsystemet gennem hele cellecyklussen, herunder S fasen

- Tidligt i S-fasen er der stadig cyklin E-Cdk2 tilbage herefter aktiveres cyclin A-Cdk2 og igangsætter replikation af DNA

Beskriv tumor supressions gener og de mutationer der kan forekomme i heri

- Tumorsupressor gener koder for proteiner der spiller en rolle i inhibering af vækst og tumordannelse - negativ kontrol over celledeling (bremser) - Er der mutationer i tumorundertrykkende gener er cellerne ikke i stand til at fungere normalt. - Der er identificeres mindst 15 tumor supresssor gener Mutationer i tumorsupressionsgener opstår ved: - Kromosom-deletion - Punkt-mutation - Methylation - Recessiv: Det kræver at der er mutationer i begge alleler i genet for at udvikle cancer. - Prædisponerede individer arver typisk en muteret tumorundertrykkende allel og kan erhverve en anden somatisk mutation over tid (Knudsen's two.hit hypothesis)

Beskriv rollen af p53 i relation til opdagelse og respons på DNA-skade (lette DNA-skader)

- Under normale forhold er p53 et meget ustabilt protein, findes i lav koncentration og dens DNA-bindingsevne er meget lav - Det lave niveau af p53 skyldes at MDM2, en ubiquitin ligase (enzym), hæfter ubiquitin til proteinet og dermed signalerer at proteinet skal undergå proteolyse i proteasomet. - MDM2 binder også selv til p53 og inhiberer p53 N-terminal transaktiveringsdomæne og transporterer proteinet ud i cytoplasma væk fra nukleær DNA. - ATM, stimuleres af DNA double-strand breaks, fosforylerer og aktiverer chk2 som sammen med ATM forsforylerer p53 hvilket interferer med p53 binding til MDM2 - DNA-skade medfører ligeledes opregulering af pArf14 som er en specifik hæmmer af Mdm2 → fører til akkumulering af et stabilt og transkriptionelt aktivt p53 protein i cellekernen - P53 aktiverer og opregulerer CDK-inhibitor p21 som hæmmer cyklin E-cdk2, cyklin D-cdk4/6 og cdk 1 og leder til blokering af G1/S-transition (og G2/M-transition) - P21 binder også til PCNA (prolierating cell nuclear antigen) - et protein hvis rolle er DNA syntese og DNA-reparation. P21 inhiberer PCNA's rolle i DNA-replikation men ikke i DNA-reparation. Opnår cellen reparation med intakt genstatus vil den overleve - En vigtig konsekvens af inhibering af både CDK2 og CDK4/6-kinase komplekser er defosforyleringen af Rb hvormed at der sker en inhibering af E2F og dermed opstår der ikke transkription af S-fase gener

Beskriv egenskaber ved cancer

- Ureguleret celle proliferation - Manglende beskyttelsesmekanismer (fx apoptose) - Genetisk ustabil - Bliver mindre differentieret - Invasiv (flugt fra primær væv) - Metatistisk (koloniserer til andre steder)

Beskriv rollen af p53 i relation til opdagelse og respons på DNA-skade (alvorlige DNA-skader)

- Ved alvorlige DNA-skader inducerer p53 irreversibel cellecyklus arrest, kaldes senescence eller apoptose af den beskadigede celle via transkripering af proteinerne Bax og Bak (proapoptotiske medlemmer af Bcl-2 familien) samt via transkripering af gener der koder for dødsreceptorer. - PUMA linker p53s funktioner - Bax og Bak danner porer i mitokondriemembranen som fører til firgivelse af cytokrom C til cytoplasmaet og herefter apoptose

Beskriv rollen af tumor undertrykkende gener i DNA-reparation og genetiske stabilitet, herunder ATM/ATR-signalvejen

ATM/ATR aktiveres ved DNA-ødelæggelse i G1-fasen inden G1-S kontrolpunktet. 3 måder 1. Uafhængig af p53 (den hurtige reaktion) - ATM (et tumorundertrykkende gen) aktiveres af DNA double-strand breaks → fosforylerer og aktiverer Chk2 (ATR-Chk1) - Chk2 fosforylerer cdc25a således der sker proteolyse (cdc25a inaktiveres/inhiberes) - Cdc25a er nu ikke i stand til at fjerne de inhibitoriske fosfatgrupper fra CDK2 - der sker en konstant fosforylering af cdk 2 på Tyr15 og Thr14 (cdk 2 forbliver inaktiv) (Cdk 4/6 er også inaktiv) - Inhibition af cyklin-D-CDK4/6's og cyklin-E-CDK2's aktivitet leder til blokering af G1/S-transition 2. Afhængig af p53 og vedligeholdelse af G1 arrest - Under normale forhold er p53 et meget ustabilt protein, findes i lave koncentrationer og dens DNA-bindingsevne er meget lav. - Det lave niveau af p53 skyldes at MDM2, en ubiquitin ligase (enzym), hæfter ubiquitin til proteinet og dermed signalerer at proteinet skal undergå proteolyse i proteasomet - MDM2 binder også selv til p53 og inhiberer p53 transaktiveringsdomæne og transporterer proteinet ud i cytoplasma væk fra nukleær DNA. - ATM, stimuleres af DNA double-strand breaks, fosforylerer og aktiverer chk2 som sammen med ATM forsforylerer p53 hvilket interferer med p53 binding til MDM2 - P53 aktiverer P21 CDK-inhibitorer som hæmmer cyklin E-Cdk2, cyklin D-Cdk4/6 (og cdk 1) og leder til blokering af G1/S-transition (og G2/M-transition) - P21 binder til PCNA (prolierating cell nuclear antigen, medierer DNA syntese og DNA-reparation). P21 inhiberer PCNA's rolle i DNA-replikation men ikke i DNA-reparation. - En vigtig konsekvens af inhibering af både CDK2 og CDK4/6-kinase komplekser er defosforyleringen af Rb hvormed at der sker en inhibering af E2F og dermed opstår der ikke transkription af S-fase gener 3. inhibition af Mdm2: - DNA-skader kan opregulere pArf14 (protein) som er en specifik hæmmer af Mdm2 - Dette fører til akkumulering af et stabilt og transkriptionelt aktivt p53 protein i cellekernen

Beskriv mutationer generelt i henhold til cancerceller

Cancer er en sygdom af genomet på cellulært niveau: - Størstedelen er somatiske - DNA'et af en somatisk celle er beskadiget. - Ikke arvelige, men kan gives videre til datterceller efter celledeling - En enkelt mutation vil ikke overkomme den fejl-sikre mekanisme - Mutationerne kan opstå sekventielt over år eller årtier - Miljø og andre faktorer kan øge sandsynligheden af mutationer - Cancer-fænotypen er kompleks og er ikke kun delingsforstyrrelse

Hvorledes muliggør cellecyklussen en afgørelse af om en celle deler sig, differentierer eller gennemgår programmeret celle død (apoptose), herunder Cykliner og CDK'er (cyklin-afhængige kinaser)

Cykliner og CDK (Cyclin-dependent kinases): - Inde i G1-fasen har vi "point of no return"/"All or nothing switch" - Det er mitogeners aktivering af cyklin D-genet (i sammenspil med cdk4/6) der tillader progession gennem dette restriction point og progression gennem G1 - Når celler er kommet forbi dette punkt, kan cellecyklussen forløbe uden tilstedeværelsen af mitogener, hvor styringen og reguleringen i stedet styres af cykliner og deres tilhørende CDK. - Et aktivt cellecyklus program forudsætter tilstedeværelsen af forskellige CDK'er. - Cyklin-CDK-komplekser udøver deres effekt ved fosforylering af target-proteiner (fx RB), hvilket har betydning for reguleringen af proteinerne samt aktiveringen af replikationsprocessen (formidler cellecyklus progression)

Cellecyklus regulering via cyklin afhængig kinase - kontrolsystemet gennem hele cellecyklussen, herunder M fasen

En signallerende kaskade der sikrer korrekt kromosomal segregering under mitose og at der produceres 2 genetisk identiske nuclei - Check-point proteiner rekrutteres ved unattached kromatider - inhiberer anafasepromoverende kompleks (APC/C). Når kromatider er korrekt hæftet til spindlen stopper inhibition af APC/C og aktiveres: - APC/C ubiquitinylerer alle cykliner og fremkalder deres nedbrydning I proteasomer - APC/C nedbryder secrutin - aktiverer proteasen separase: spalter protein-sammenhængen mellem søsterkromatider (de sepereres under anafasen) - Cyklin B/A-Cdk1 aktiverer andre kinaser, aurorakinaser, serin/threonin kinaser der fosforylerer proteiner (fx Histon H3): - Aurorakinase A: Begyndelsen af mitose. Rolle i centrosomets modning - Aurorakinase B: Sent i mitosen. Rolle i bipolar spindel tilknytning til kromosomale centromerer, spindel checkpoint og overvågning af kromosom segregering - Aurorakinase C: Sent i mitosen, lokaliseres til spindelpolerne

Hvorledes muliggør cellecyklussen en afgørelse af om en celle deler sig, differentierer eller gennemgår programmeret celle død (apoptose), herunder mitogener

Mitogener: - Et protein (aktiverende vækstfaktor), der inducerer at en celle begynder at dele sig. - Celledelingsprogrammet aktiveres først når cellen modtager signaler fra omgivelserne via opløselige eksterne mitogene vækstfaktorer eller via forankring til den ekstracellulære matrix - Mitogener spiller en stor rolle i check-pointet fra G0-G1. Hvis der er behov for flere celler, så kan vækstfaktorer signalerer til mitogener, hvorved celledelingen induceres

Opstil eksempler på mutationer i gener som kan lede til cancer og forklar hvorfor mange af disse gener er relateret til signal-transduktionsveje Mutation i Rb (gate keeper)

Mutation i Rb: - Rb er muteret i de fleste cancertyper - Onkogene proteiner kan binde sig til og inaktivere pRB → E2F er tilstede til at aktivere transkription uanset tilstedeværelse eller fravær af et vækstsignal → Tumor initiering - Rb-genet er kontroleret af G1-CDK'er (herunder CDK4/6 og CDK2) - Hvis begge alleler i dette gen (RB-genet) er muteret tidligt i livet vil proteinet inaktiveres hvilket resulterer i udvilling af Retinoblastoma cancer, tumorer i begge øjne, påvirker primært børn Typer af mutationer: - Deletioner - Frameshift - Nonsense mutationer -Missense mutationer i pocket domænet

Opstil eksempler på mutationer i gener som kan lede til cancer og forklar hvorfor mange af disse gener er relateret til signal-transduktionsveje Mutation i human DNA mismatch repair gener (MMR) (care taker):

Mutation i human DNA mismatch repair gener (MMR): - Mutation i MMR-genet kan det føre til kræft. - Kim-celle mutationer i MMR-generne ligger til grund for den arvelige kræftform: Non-polyposis colon cancer (HNPCC) syndrom (D: hereditær non-polypøs kolorectal cancer). - skyldes ændringer i MSH2-, MLH1-, PMS2- og MSH6 mismatch repair generne - Tumorceller med defekt af MMR udviser en reduceret følsomhed overfor den cytotoksiske DNA-beskadende midler såsom alkyleringsmidler, herunder cisplatin (alkylerings-lignende midler). - Dette er af klinisk relevans, idet mange MMR-mangelfulde tumorceller således har en vækstfordel

Opstil eksempler på mutationer i gener som kan lede til cancer og forklar hvorfor mange af disse gener er relateret til signal-transduktionsveje Mutationer i genet for p16 ink4a

Mutationer i genet for p16 ink4a: - Deletion af genet der koder for inhibitoren p16 ink4a, resulterer i øget incidens af spontane og carcinogen-inducerede cancere

Beskriv decision making by p53

P21 genet = afgørende punkt i p53 decision making processen: - P53 og Miz-1 er nødvendig for aktiveringen af p21-genet - Myc (som er opreguleret ved onkogent stress) binder til Miz-1 og inhiberer transkription af p21, hvilket blokerer p21's blokering af apoptose - P53 ekspressionen er ikke ændret og genet er frit til at inducere apoptose - Højt onkogent stress (meget Myc): Myc binder til Miz-1 hvilket fremmer apoptose - Lavt onkogent stress (mindre Myc): Myc binder ikke til Miz-1, hvorfor p53 og Miz-1 kan binde til og aktivere p21 som hæmmer apoptose, fremmer cellecyklus arrest og DNA-reparation ASPP = også vigtig i p53-decisionmaking: - ASPP (apoptose stimulerende proteiner af p53) kan binde til p53, hvorved p53 aktivere gener involveret i apoptose og ikke cellecyklus arrest

Beskriv fosforylering af RB

Rb ved fravær af vækstfaktorer - Rb er i et hypofosforyleret stadie, dvs. har ikke mange fosfataser knyttet - Rb binder både til HDAC (via LXCXE på b-domænet) og E2F (via DP på A-domænet). - E2F-bindingen blokerer transaktiveringsdomæne og forhindrer E2F fra at interagere med de generelle transkriptionsfaktorer (fx TATA-bindende protein) - Komplekset af Rb, HDAC og E2F regulerer transkription og dermed cellecyklus-progression: Gener som cyklin E, cyklin A og cdk 2, hvis produkt er nødvendig for progression gennem cellecyklus, er undertrykt Rb ved tilstedeværelse af vækstfaktorer: - Cyklin D-CDK 4 aktiveres, hvilket bevirker at Cyklin D-CDK 4 monofosforylerer Rb på én fosforyleringsside, C-terminalen (carboxy-terminalen). - Dette forårsager at HDAC bundet til Rb frigøres og at der sker en ekspression af cyklin E. - Frigørelse af HDAC faciliterer fosforyleringen af A/B-regionen på Rb af cyklin E-CDK 2. - Når Rb er hyperforforyleret på alle fosforyleringssider af Cyklin E-CDK 2 bevirker dette at Rb inaktiveres og E2F-DP dissocierer fra Rb. - E2F er nu aktivt og en øget ekspression af genet optræder samt af dets målgener: Cyklin A, thymidylatsyntase og dihydrofolat reduktase, der er vigtige for S-fasen.

Beskriv mekanismer til cdk-regulering

Regulering af cdk-aktiviteten er afgørende for en nøjagtig celle-reproduktion. Der er 4 mekanismer hvorved cdk reguleres: 1. Hvis Cdk associeres med cyklin → aktivering af Cdk. - Tillader binding af protein til cdk og korrekt justering af ATP 2. Hvis Cdk associeres med inhibitorer (p16 og p21) → inaktivering af Cdk. - P16 binder til cdk4/6 og interferer med bindingen af cdk4/6 til cyklin D → inhiberer cdk 4/6 - P21 interagerer med cykliner og deres tilknyttede cdk'er (primært cdk2 og cyklin E) og blokerer det ATP-bindende sted og deaktiverer dermed kinase-aktiviteten → inhiberer cdk 2 3. Inhibitorisk fosforylering af Thr14 og Tyr15 på Cdk af Wee1 kinase → inaktivering af Cdk - Interfere med ATP-bindingsstedet på cdk 4. Fjernelse af den inhibitoriske fosforylering af cdc fosfatase (på Thr14, Tyr15) og aktiverende fosforylering af cdk-aktiverende kinaser (CAK) på Thr161 → aktivering af Cdk

Beskriv de 6 kendetegn (hallmarks) ved cancer

Self sufficiency in growth signals/Growth signal autonomy (Selvforsyning med vækstsignaler): - Cancer behøver ikke eksterne signaler (vækstfaktorer) for at formere sig - Gen: Erhvervet mutation i vækstfaktor pathways. TGF og EGF (vækstfaktorer som cancerceller selv er i stand til at producere) Insensitivity to antigrowth signals/Evasion of growth inhibitory signals (Ikke-følsom overfor antivækst signaler) - Cancerceller er resistente overfor vækst-forebyggende signaler fra naboceller - Gen: Erhveret mutation eller gendæmpning interferer med de inhibitoriske pathways. Tumor supressionsgener fx p16 og p14ARF som normalt reagerer overfor onkogent stress og opregulerer p53, hvilket standser cyklus i G1. Evasion of apoptosis (Undgåelse af apoptose) - Normale celler fjernes ved apoptose, ofte i respons til DNA-skade. Cancerceller unddrager apoptotiske signaler - Gen: p53 vil under normale forhold føre til apoptose hvis ikke DNA kan repareres Limitless replicative potential/unlimited replicative potential (Ubegrænset replikations-potentiale) - Normale celler har en tællende enhed der sikrer at cellen kan undergå et antal af celleduplikationer inden den undergår apoptose. Denne tællende enhed findes i form af at kromosomenderne, telomeret, der afkortes efter hver DNA-replikation. - Gen: Telomerase enzymet medfører at cancercellernes telomer ikke forkortes efter hver celledeling som det ellers ses ved normale celler. Cancerceller oplever således ikke senescens eller celledød. Denne mekanisme optræder også i kimceller. Deaktivering af pRb og p53 giver ligeledes cellerne mulighed for fordobling Tissue invasion and metastasis (Vævsinvasion og metastase) - Bevægelse af cancerceller til andre dele af kroppen. - Gen: Matrixmetalloproteaser (MMP) er involveret i angiogenese, invasion og metastae (metastasefemmende gener). EMT medfører tab af de intercellulære kontakter mellem epithelceller og bidrager til invasion. Karcinomcellernes EMT-egenskaber og primærtumorens sekretion af VEGF er medvirkende til at danne et miljø i metastaseorganet som kan befodre vækst af cancerceller og dermed danne metastase i det sekundære organ. Sustaines angiogenesis (Opretholder angiogenese) - Cancerceller inducerer angiogenese, vækst af nye blodkar, som er nødvendigt for tumor-overlevelse og udvidelse - Gen: Matrixmetalloproteaser (MMP) er involveret i angiogenese. Onkogene proteiner og tab af tumorsupressorer bidrager til modificeringen af det angiogene switch. Onkogene proteiner fx receptortyrosinkinaser (fx EGFR), intracellulære tyrosinkinaser (fx Src), intracelullære transducere (fx Ras) og transkriptionsfaktorer (fx Fos, Jun) opregulerer VEGF som fremmer angiogenesen. Mutationerne i p53 (tumorsupressor) resulterer i reduktion af angiogene inhibitorer

Giv eksempler på onkogener

Vækstfaktorer - overdreven produktion fx PDGF (er normalt aktiv under sårheling). - Denne mekanisme kaldes en autokrin mekanisme. Vækstfaktor-receptorer - konstitutivt (always 'on') aktiveret fx erbB som er en afkortet form af epidermal væksfaktorreceptor. - Den muterede receptor udløser celledeing i fravær af EGF. Der optræder hypersensitivitet overfor normale mængder af vækstfaktor signallering. G-proteiner (intracellulære signaltransducere) - konstitutivt (always 'on') aktiverer fx Ras, selv i fravær af fravær af vækstfaktorer - Mutationen medfører at GTP ikke hydrolyseres hvorfor RAS forbliver i et aktivt stadie Kinaser (intracellulære signaltransducere) - konstitutivt aktiveret fx abl - Abl fusionerer med bcr hvorefter BCR-ABL findes i cytoplasma hvor det aktivere en nukleær kinase og har adgang til substrater der kan interferer med de normale signaltransduktions veje i cellen. Filadelfia kromsomet som er årsag til kronisk myeloid leukæmi indeholder den fusionerede BCR-ABL DNA-bundne proteiner (transkriptionsfaktorer) - ureguleret stimulation af transkription fx myc, AP-1, E2F Vira: - Fx HPV-virus der leder til p53 destruktion

Hvorledes muliggør cellecyklussen en afgørelse af om en celle deler sig, differentierer eller gennemgår programmeret celle død (apoptose), herunder p53

p53: - Blokere bindingen mellem p53 og MDM2 vha. ATM og ATR (begge phosphokinaser) = højt niveau af p53. Ved milde DNA-skader: - p53 induceer cellecyklus arrest via aktivering af p21 (CDK-inhibitor p21), der inhiberer cyklin E-Cdk2, cyklin D-Cdk4/6 (og cdk 1) og faciliterer DNA-reparation (via PCNA), hvorefter cellecyklus genoptages. Ved alvorlige DNA-skader: - p53 inducerer irreversibel cellecyklusarrest kaldet senescence - p53 inducerer apoptose af den beskadigede celle - Aktiverer proteinerne Bax og Bak - danner porer i mitokondriemembranen - Frigivelse af cytokrom C til cytoplasmaet og herefter apoptose