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Zellzykluskontroll e und Tumorentstehung Katja Arndt, 29.11.2005
Zellzykluskontrolle und
TumorentstehungKatja Arndt, 29.11.2005
K. Arndt, 11/2005
Eukaryotischer Zellzyklus
G1 = gap (mind. 9-12 h)ZellwachstumEntscheidung:
ZellteilungG0 PhaseDifferenzierung
S = DNA Synthese(7-10 h) Verdopplung der46 Chromosomen
Mitose und Cytokinese:Trennung der ChromatidenTeilung der Zelle
Apoptose (Zelltod)
G2 = gap (ca. 4 h) Wachstum, Kontrolle und Korrektur
zwei Schwester-Chromatide
K. Arndt, 11/2005
Kontrollstellen im Zellzyklus
Apoptose (Zelltod)
G1-Restriktionspunkt
G2-Restriktions-punkt
M-Restriktionspunkt
DNA repliziert?Umgebung günstig?
Alle Chromosomen an Spindel
angeheftet?
Umgebung günstig?
Verfügbarkeit von Substraten für
Protein und DNA Synthese?
zwei Schwester-Chromatide
K. Arndt, 11/2005
Regulation durch Cycline und Cyclin-abhängige Kinasen
Cyclin-dependent Kinase (CDK):
• hoch konserviert.
• phosphorylieren Proteine.
• Aktivierung durch Cycline und Dephosphorylierung.
• Deaktivierung durch CDK-Inhibitoren und Phosphorylierung.
K. Arndt, 11/2005
Regulation des Zellzyklus
Wachstumsfaktoren
RbE2F
z.B. Plättchen-Wachstumsfaktor PDGF,Epidermaler Wachstumsfaktor EGF,Fibroblasten Wachstumsfaktor FGF,Insulinähnliche Wachstumsfaktoren IGF-I, IGF-II
Rb: Retinoblastomprotein; "Ruhebringer“
TumorsuppressorE2F:Transkriptionsfaktoren
K. Arndt, 11/2005
Regulation des Zellzyklus
Wachstumsfaktoren
E2F
Zerfall KernlaminaReorganisation Cytoskelett
RbE2F
P
P
RbP
Cyclin A
CDK2
Cyclin A
CDK1
Cyclin B
CDK1
DNA Synthese
UbiquitinylierungDegradation
Wachstumsfaktor unabhängig !
Stimulation Inhibition stimuliert Zellzyklus inhibiert Zellzyklus
K. Arndt, 11/2005
Inhibitoren von Cyclin-CDKs
CIP: CDK Inhibitor-Protein• P21 wichtig für Reaktion auf DNA Schäden
• P27 hemmt G1-Cyclin/CDKs und reguliert damit G0 G1 Übergang– Immunmediator Interleukin-2 P27 Zellteilung von
Leukozyten– Immunmediator TGF-β P27 Stopp von
Virusvermehrung– Kontaktinhibitoren P27 Wachstumshinderung
INK4: Inhibitor der CDK4• P16 Tumorsuppressor• Viele Tumore zeigen zwei mutierte P16 Allele
K. Arndt, 11/2005
P21,P27
Regulation des Zellzyklus
Wachstumsfaktoren
E2F
Zerfall KernlaminaReorganisation Cytoskelett
RbE2F
Cyclin A
CDK2
Cyclin A
CDK1
INK4
CIP
Cyclin B
CDK1
P16
DNA Synthese
UbiquitinylierungDegradation
Stimulation Inhibition
P
P
RbP
stimuliert Zellzyklus inhibiert Zellzyklus
K. Arndt, 11/2005
DNA Schaden
P53 Tumorsuppressor, "Wächter des Genoms"• DNA Schaden bewirkt P53 vermittelten
– Zellzyklus-Arrest: G1-S- und S-G2-Übergang (P21)
– Einleitung der Apoptose (Zelltod)• Steuerung von P53 durch Konzentrationsänderung und
Phosphorylierung.P21 G1-Arrest
aktiv p53
G2-ArrestCyclin B
CDK1
P21
P16
CIP
CIP Cyclin
CDK Seneszenz
INKApoptose
K. Arndt, 11/2005
P21,P27
Regulation des Zellzyklus
Wachstumsfaktoren
E2F
Zerfall KernlaminaReorganisation Cytoskelett
RbE2F
Cyclin A
CDK2
Cyclin A
CDK1
INK4
CIP
Cyclin B
CDK1
p53
DNA Schäden P16
DNA Synthese
UbiquitinylierungDegradation
ApoptoseP
P
RbP
Stimulation Inhibition stimuliert Zellzyklus inhibiert Zellzyklus
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Tumorsuppressor Gene — Proto-Onkogene
Tumorsuppressor Gene
= alle Gene, die das Zellwachstum NEGATIV beeinflussen
• z.B. Rb, p53, P16 (INK)
Proto-Oncogene
= alle Gene, die das Zellwachstum POSITIV beeinflussen.
• z.B. Ras, Cyclin D, CDK4
In Tumoren ist meistens eine der Komponenten des P16 – CyclinD/CDK4 - Rb Weges verändert.
K. Arndt, 11/2005
Tumorsuppressor Gene — Proto-Onkogene
Proto-oncogen:eine Mutation ist ausreichend.
Tumor-suppressorgen:zwei Mutation sind nötig.
K. Arndt, 11/2005
Retinoblastom Protein
• erbliche Vorbelastung:– Träger haben ein gesundes Allel
und ein mutiertes Allel.– durch Defekt des gesunden
Allels wird kein funktionales Rb Protein hergestellt.
– tritt in der Regel bei Sinneszellen der Netzhaut auf: Retinoblastom.
• Rb in mehr als 60% aller beim Menschen auftretenden Tumoren deletiert oder inaktiviert.
• Rb Protein normalerweise in hoher, konstanter Konzentration in Zellen
normales Rb Gen Mutation am Rb locus
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Entwicklung eines Darmtumors
Tumor = unkontrolliertes Wachstum gutartiges (benignes) oder bösartiges (malignes)
Wachstum
K. Arndt, 11/2005
Erworbene Fähigkeiten bösartiger Tumore
Rb, TGF-β, CDK4
• Tumorzellen synthetisieren Wachstumsfaktoren
• Wachstumsfaktor-Rezeptoren immer aktiv
p53
Rb, p53, P16 (INK4), Ras
p53
Hanahan & Weinberg (2000). Cell 100, 57-70.
K. Arndt, 11/2005
Tumortherapie
• Chirurgische Entfernung des Tumors• Strahlentherapie• Chemotherapie
– DNA Schäden: z.B. Alkylantien, Platinanaloga, Antibiotika– Mitosehemmer (pflanzliche Alkaloide)– Anti-Metabolite (z.B. Purin-, Pyrimidinanaloga)
• Antikörper• Kinasehemmer• "Oncolytische Viren":
z.B. Papillomavirus;großes T antigen von SV40
"Onkolytische Viren": vermehren sich nur in Zellen mit defektem Rb bzw. p53
K. Arndt, 11/2005
Zusammenfassung
• Zellkontrollpunkte: G1, G2, M
• Kontrolle über Cycline und Cyclin-abh. Kinasen (CDK)• weitere Kontrolle über CDK-Inhibitoren (CIP, INK)
• Rb und p53 wirken als Tumorsuppressor und sind in den meisten Tumoren verändert (beide Allele).
• Proto-Oncogene können durch Mutation oder veränderte Regulation zu Oncogenen werden (ein Allel).
• Zur Entstehung maligner Tumore sind mehrere Ereignisse erforderlich, die eine autonome Vermehrung bewirken.
• Chemotherapeutika greifen an verschiedenen Stellen im Zellzyklus ein.
K. Arndt, 11/2005
Literatur
Bücher:• Löffler & Petrides: Biochemie & Pathobiochemie, Springer
Verlag, 7. Auflage, 2003.• Horn, et al.: Biochemie des Menschen, Thieme Verlag, 3.
Auflage, 2005.• Alberts et al.: Molekularbiologie der Zelle, Wiley-VCH, 4.
Auflage, 2003. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books)• Lodish et al.: Molecular Cell Biology, W.H. Freeman & Co, 5.
Auflage, 2004. (http://bcs.whfreeman.com/lodish5e/)• Campbell & Reece: Biology, Benjamin-Cummings, 7.
Auflage, 2004.
Artikel:• Insight "Cell Division and Cancer" (2004). in Nature
432:7015, 293-338.• Hanahan & Weinberg (2000). Cell 100, 57-70.
Vorlesung:http://www.molbiotech.uni-freiburg.de/ka/lehre/dat/
Zellzyklus_Tumor.ppt
