Tumorbiologie 1.b.

Molekularbiologie von Tumor 1.b.
Protoonkogene
Folie 17 Zum Onkogen werden
Der durch den epidermalen Wachstumsfaktor (EGF; epidermal growth factor) vermittelte
Signalweg dient als wichtiges Modell beim Verstehen, wie ein von einem extrazellulären
Wachstumsfaktor getragtes Signal sich zu intrazellulären Signalen umwandelt, welche durch die
Wirkung an die Genexpression die Vermehrung der Zelle stimulieren. Der EGF-Rezeptor (EGFR)
(welcher ein Tyrosinkinase-Rezeptor ist) war der erste entdeckte Wachstumsfaktorrezeptor. Der EGFRRezeptor besteht sich aus einer extrazellulären ligandbindenden Domäne, einer einzelnen
Transmembran-Domäne und einer zytoplasmatischen Tyrosinkinase-Domäne. Der Prozess vom
Empfangen des Signals bis zur Änderung der Genexpression besteht sich aus vielen regulierten
Schritten: Bindung des Wachstumsfaktors zum Rezeptor, Dimerisierung des Rezeptors, die
Autophosphorylierung des Rezeptors (d.h. es phosphoryliert sich selbst), Aktivierung von
intrazellulären Transduzern (zB. Ras), Kaskade von Serin/Threonin Kinasen, Regulierung von
Transkriptionsfaktoren, und letztlich die Änderung der Genexpression.
(1) Wachstumsfaktoren (GF) Die Überexpression von diesen Polypeptid-Wachstumsfaktoren kann
eine G0
G1 Zustandänderung in solchen Zellen hervorrufen, die ursprünglich in der G0 Phase sind.
Dies kann zur unkontrollierten Vermehrung der Zellen führen. (a) Fibroblast-Wachstumsfaktoren
(FGF) bilden eine grosse Familie der Wachstumsfaktoren, welche vorwiegend bei der Wundeheilung
eine Rolle spielen, ihre Überexpression kann aber zu Tumorbildung führen. (b) Aus Blutplättchen
stammende Wachstumsfaktor (PDGF) spielt normalerweise bei der Produktion der extrazellulären
Matrix eine Rolle, ihre Überexpression kann Zellvermehrung durch autokrine Stimulierung
verursachen. Ein Affenretrovirus exprimiert ein Onkogen aus der PDGF-Familie (sis). Weiterhin, PDGF
ist auch ein Komponent der Wundeheilung, seine normale Aufgabe ist die Stimulierung der
Epithelzellen rund um die Wunde, damit sie sich vermehren und die Verletzung reparieren. Seine hohe
Expression kann durch autokrine Stimulation Zellteilung verursachen. Einen frühen Beweis über die
Rolle der Protoonkogene lieferten die v-sis viralen Onkogene. Das Proteinprodukt befindet sich im
Zytoplasma, und erwies sich als eine gestumpfte Version von PDGF. Die Bedeutung der onkogenen
Form könnte die aberrante Lokalisation (zytoplasmatisch anstatt von sekretiert) sein, welche zur
inadequaten (nicht im Folge einer Verletzung) Stimulation des PDGF-Signalweges führt, was
Krebsbildung verursacht.
(2) Wachstumsfaktor-Rezeptoren (GFRs) Die Bindung der Wachstumsfaktoren an ihren
Rezeptoren verursacht Dimerisierung. Mehrere solche GFRs wurden identifiziert, welche auch in der
Abwesenheit von Ligand aktiviert werden können. Viele solche Rezeptoren enthalten ein intrazelluläres
Domän, welches als Tyrosinkinase funktioniert. (a) Epidermale Wachstumsfaktor-Rezeptoren
(EGFRs): Von mindestens drei Mitgliedern der Tyrosinkinase-Rezeptoren (erbB-1, erbB-2, und erbB-3)
stellte sich heraus, dass sie nach einer Mutation in der Abwesenheit von Ligandbindung falsche Signale
in die Zelle übermitteln. erbB-1 (anders als HER2 bekannt; human epidermal growth factor receptor 2)
kann eindeutig mit der Krebsentstehung in Zusammenhang gebracht werden. Das virale (Retrovirus)
erbB Gen aus Hühnchen kodiert ein EGF-Rezeptor, welcher an den beiden Enden kürzer als die
zelluläre Form ist. Dieser gestumpfte Rezeptor funktioniert so, als wäre ständig ein Ligand dazu
gebunden. Die Erhöhung der Quantität von den normalen c-erbB Proteinen durch Genamplifikation
(Vermehrung) ist ein anderer Prozess, welcher zur Karzinogenese, besonders zum Brustkrebs führen
kann. Die Genamplifikation ist das Ergebnis der mehrfachen Verdoppelung von DNA-Sequenzen,
welche durch den Fehler der DNA-Replikation verursacht wird. (b) Das ret Protoonkogen ist ein
anderer Wachstumsfaktorrezeptor (Tyrosinkinase-Rezeptor), welcher durch die Heterodimerisation
(Verknüpfung von unterschiedlichen Molekülen) mit dem Zelloberflächenrezeptor GFR-l-4 das
Signalmolekül GDNF (glial-derived neurotrophic factor) binden kann, welches eine wichtige Rolle in
der Nierenentwicklung und neuronalen Differenzierung spielt. Die papillaren Schilddrüsenkrebszellen
enthalten oft chromosomale Umlagerungen, welche in solchen Fusionsgenen resultieren, derer
Proteinprodukte am Amino-Ende unterschiedliche Peptide haben, und das Karboxyl-Ende ist die
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Boldogkői Zsolt©
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Tyrosinkinase-Domäne des ret Proteins. Dieses Fusionsprotein hat so eine Tyrosinkinase-Aktivität,
welche nicht von der Bindung des Signalmoleküls GDNF abhängig ist.
(3) Signaltransduktionsproteine Die nächste Ebene, wo Fehler bei der Steuerung der Zellteilung
auftreten können, sind die intrazellulären Signaltransduktionsproteine.
(a) Ras ist ein häufiges Onkogen, 10-20% der Tumoren enthält ein mutiertes Ras. Ras-Mutationen
befinden sich in einer grossen Anzahl von Tumorarten: Dickdarm, Pancreas, Nebenniere, usw. In einem
inaktiven Zustand bindet Ras GDP. Nach einer Stimulierung bindet Ras GTP anstatt von GDP, und
aktiviert die späteren Komponente des Signalweges. Ras hat eine GTPase Aktivität, so inaktiviert es sich
selbst kurz nach der Aktivierung. Eine Mutation kann diese Inaktivierung einfrieren. Die Mutation kann
nicht nur im Ras-Gen erfolgen, sondern auch in den Genen der GAP-Proteine, welche die GDP
GTP
Verwandlung helfen.
(b) Die nicht-Rezeptor-Tyrosinkinasen bilden eine weitere wichtige Gruppe der Protoonkogene.
Die folgenden Gene können auch zum Onkogen werden: (b1) zytoplasmatische Tyrosinkinase-Gene,
wie zB. src; (b2) Serin/Threonin-Kinasen, wie zB. die RAF und MAPK Gene; und (b3) nukleäre
Kinasen, wie zB. abl.
- Die Hemmung der c-SRC Kinase ist durch die Phosphorylierung der Tyrosin Aminosäure in der SH2
Domäne (Tyr530 = 530. Aminosäure) gesichert, dadurch, dass es die Raumstruktur des Proteins
verändert. Im Fall der Dickdarmtumoren kann das onkogene src mit dem Verlust eines
Peptidabschnittes charakterisiert werden, welcher Tyr530 in sich trägt, deshalb das aberrante Protein
ist nicht fähig inaktiviert zu werden, es ist also dauernd in einem eingeschalteten (aktiven) Zustand.
Hierher gehört auch das abl (im Philadelphia-Chromosom betroffenes Gen: abnormal kurzes
Chromosom 22). FOLIE 18 In den Tumorzellen der an CML (chronic myeloid leukemia) leidenden
Patienten bringt eine Chromosomtranslokation das sich am Chromosom 9 befindende abl Gen in die
Nähe des sich am Chromosom 22 befindenden bcr Gens. Als Ergebnis entsteht ein Fusionsprotein
(BCR/ABL), welches eine Rolle bei der Entstehung von bestimmten Leukämien spielt.
(4) Transkriptionsfaktoren Der ultimative Zielpunkt der Onkogene ist die Regulierung der
Transkription. Viele Onkogene sind selbst Transkriptionsfaktoren. Diese Faktoren werden
normalerweise in niedrigen Mengen produziert, ihre Expression steigt nur an, wenn sie Signale aus der
Umgebung empfangen.
(a) c-myc Die Transkriptionsfaktoren, mitverstanden auch das Protoonkogen myc, erfüllen eine
integrierende Rolle, was die auf unterschiedlichen Signalwegen einkommenden, Zellteilung
beeinflussenden Signale betrifft. Die Aktivierung des c-myc Onkogens bedeutet die übermä ige oder
konstitutive (kontinuierliche) Funktion des Gens. Die Translokation von myc (am Chromosom 8.) in so
eine genomische Region, wo ein starker Promotor liegt (zB. in die Nähe der Immunglobulin-Gene am
Chromosom 14.) führt zur übermä igen Expression von c-myc. So eine onkogenische Aktivierung des cmyc Gens ist im Fall des Burkitt-Lymphoms zu beobachten. Dieses Gen ist ein häufiger Zielpunkt der
Integration von Viren und von chromosomalen Umordnungen.
(b) Das c-Fos Protoonkogen bildet Heterodimer mit c-Jun (ein anderes Protoonkogen), so entsteht der
AP1 (activator protein-1) Faktor, welcher eine Rolle bei der Stimulierung der Transkription von Genen
spielt, die in unterschiedlichen Prozessen teilnehmen. AP1 kann auf unterschiedlichen Wegen aktiviert
werden. Normalerweise, die c-fos mRNA ist kurzlebig, also ihre Reaktion auf die Mitogene ist nur
vorübergehend. Deletion des 3’-Endes vom c-fos führt zum Verlust der für die mRNA-Instabilität
verantwortlichen Sequenz (ATTTATTT). Die Mutation resultiert also in eine langlebige mRNA und
mehrere Transkriptionsfaktormoleküle, welches mit einer höheren Expression der durch AP1
regulierten Gene verbunden ist. Ein anderer Mechanismus im Fall von c-fos zum Onkogen zu werden ist
die Mutation des auf Serum reagierenden Elementes vom Promotor, was dazu führt, dass das c-fos Gen
auch in der Abwesenheit der Serummitogene aktiv wird.
(5) Zellzyklusregulatoren
(a) Zyklin D spielt bei der G1 S Übergang eine Rolle
(b) CDK4 Dieser Regulator ist das am häufigsten veränderte Gen in dieser Klasse
(c) CDK-Inhibitoren: p16, p21, p27
(6) miRNA-s eine neue Gruppe der Onkogene (einige sind Tumorsuppressoren)
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