Celledeling, celledød og celleskade/ kreftutvikling, onkogener og virus

Question 1

Forklar hvordan cytokrom C kan sies å regulere cellens “liv og død”?

Answer 1

Cytokrom C er en del av elektrontransportkjeden i mitokrondriene og er dermed nødvendig for cellens liv ved å bidra til dannelsen av ATP. Hvis det blir stor mitokondrieskade, vil mye cytokrom C kunne lekke ut i cytosol slik at ikke lenger elektrontransportkjeden fungerer. ATP vil da ikke genereres, og cellen dør ved nekrose. Ved endringer i mitokondriemembranen som følge av et apoptose-signal vil kun små mengder cytokrom C lekke ut i cytosol. Det vil fremdeles være nok cytokrom C til å drive elektrontransportkjeden og ATP vil fremdeles genereres. Imidlertid vil cytokrom C i nærvær av ATP i cytosol aktivere caspasene, og cellen dør ved apoptose.

Question 2

Forklar hvordan mitokondriene kan bidra til apoptose i en normal celle og beskriv hva slags endringer i nivå av bestemte mitokondrieproteiner som ofte observeres i kreftceller.

Answer 2

Et apoptose-signal som skyldes mangel på overlevelsesfaktorer eller endringer i intracellulære forhold i cellen (eks. DNA skade, ROS, høye nivåer av Ca++), vil kunne føre til mitokondrie-avhengig apoptose. Det innebærer blant annet endringer i mitokondriemembranpotensialet og forskyvning i balansen mellom de pro- og anti-apoptotiske medlemmene av Bcl-2 familien, slik at Bax danner porer i ytre mitokondriememban. Dermed vil cytokrom C lekke ut av mitokondriene og (i nærvær av Apaf 1 og ATP) aktivere caspase-kaskadene i cytosol. De aktiverte caspasene vil i sin tur spalte viktige proteiner i cellen, slik at cellen dør. I en kreftceller vil det gjerne være redusert apoptose som følge av at for eksempel nivået av proto-onkogenet Bcl-2 er økt, eller at nivået av tumorsuppressorgenet Bax er redusert. Begge genproduktene finner vi lokalisert i ytre mitokondriemebran.

Question 3

Hvilke(t) av genene for henholdsvis, p53, pRB eller MLH1/MSH2 (DNA mismatch reparasjonsproteiner) kan direkte gi en celle mutatorfenotype hvis det/de muteres?

Answer 3

At cellen får en mutatorfenotype vil si at mutasjonsfrekvensen i den enkelte cellen øker som resultat av mutasjoner i gener som koder for proteiner direkte involvert i DNA reparasjon og/eller kromosomsegregering. Eksempler på slike gener vil være DNA mismatch reparasjonsgenene MLH1 og MSH2. Mutasjoner i genene for p53 eller pRB vil ikke gi det da slike mutasjoner vare indirekte vil føre til økt sjanse for nye mutasjoner.

Question 4

Hva er mekanismen for aktivering av alle reseptor Tyrosinkinaser etter binding av ligand? Hvordan kan aktivering av en reseptor tyrosinkinase, for eksempel insulinreseptoren, frembringe flere forskjellige signaler?

Answer 4

Ved binding av ligand vil reseptoren dimerisere og kryss autofosforyleres. Også andre substrater kan fosforyleres, feks insulin reseptor substrat (IRS-1). De fosforylerte tyrosinene fungerer som bindingssete for proteiner med et SH2 domene. Disse proteinene kan være adaptor proteiner uten egen enzymaktivitet eller proteiner med katalytisk aktivitet som bringer signalet videre. Forskjellige proteiner med SH2 domener bindes til spesifikke fosforylerte seter på reseptoren, noe som gir mulighet for differensiert respons i forskjellige celletyper.

Question 5

Beskriv en signalvei fra en reseptor tyrosinkinase som fører til et proliferaskonssignal i målcellene

Answer 5

En vekstfaktor som feks EGF binder seg til sin reseptor. Dette fører til kryss autofosforylering. På ett av de fosforylerte tyrosinene bindes en adaptor (Grb2) via sitt SH2 domene. Et annet domene binder SOS som er en GDP/GTP utbyttingsfaktor. GDP i Ras proteinet blir derved byttet ut med GTP, noe som fører til aktivering av Ras. Aktivering av Ras medfører at MAP kinase kinase kinase (Raf) blir aktivert. Denne fosforylerer MAP kinase kinase som dermed blir aktivert og fosforylerer og aktiverer MAP kinase (ERK). Aktivert MAP-kinase fosforylerer en rekke substrater i cytoplasma og i kjernen, bl. a. transkripsjonsfaktorer som er nødvendige for å effektuere proliferasjonssignaler. Et proliferasjonssignal vil altså genere en kinase kaskade.

Question 6

Forklar hva som menes med godartet og ondartet svulst.

Answer 6

Godartet svulst: voksende masse av unormale celler som de avgrenset av basalmembranen eller en bindevevskapsel. I en ondartet svulst har cellene begynt å trenge gjennom basalmembranen eller bindevevskapselen, og cellene i svulsten vil ha større grad av atypi.

Question 7

Forklar i korte trekk hvordan en metastase oppstår fra en maling epitelcelle.

Answer 7

En metastase er det samme som en sekundærtumor, og det er svulster som har spredt seg fra den opprinnelige tumoren. For at en celle (eks en celle i epitelvevet) skal metastasere må den først løsne fra sitt opprinnelige vev. Deretter må cellen krysse basalmembranen, kunne bevege seg i det underliggende bindevevet, så kunne krysse endothelcellene som omgir blod- eller lymfekreft, difor så å kunne oppholde seg i blod/lymfe, på ny trenge gjennom endotelcellene som omgir blod/lymfeårer, og endelig kunne etablere seg med celledeling i et nytt vev.

Question 8

Definer begrepene proto-onkogen, onkogen og tumor-suppressorgen, og gi eksempler på disse.

Answer 8

Proto-onkogen: et normalt gen som ved mutasjon kan gi kreft hvis mutasjonen fører til økt aktivitet eller nivå av genproduktet.onkogenet er det tilsvarende muterte genet. Tumor-suppeessorgen: gen som kan gi kreft hvis det muteres slik at det blir redusert nivå eller aktivitet på genproduktet. Både det normale og det muterte genet kalles tumor-supressorgen. Onkogener vil gjerne være gener som øker celledeling og/eller hemmer apoptose. Font hvis man også nevner gener som kan øke metastasering. Eks: myc, bcl-2, ras, CDK4, cyclin D, kollagenase. Tumorsupressorgener er gener som gjerne hemmer celledeling og/eller øker apoptose.

Question 9

Hva er karsinogen? Hvordan virker de to hovedtypene av karsinogener.

Answer 9

Et karsinogen er et kreftfremkallende stoff, og det skilles mellom mutagener og tumor promotere. Mutagener gir kreft ved direkte å gi mutasjoner i cellens gener (eks UV lys, radioaktiv stråling eller polyaromatiske hydrokarboner), mens tumor promotere gir kreft ve då øke celledeling og/eller hemme apoptose, noe som i sin tu indirekte vil kunne øke sjansen for mutasjoner i cellen og dermed gi kreft.

Question 10

Hvilke morfologiske hovedkriterier bruker patologen for å skille mellom en benign og en maling svulst?

Answer 10

1. Celler fra en maling svulst bryter gjennom basalmembranen eller eventuelt en bindevevskapsel eller sees i områder av vev hvor den type celler ikke finnes normalt. (Feks epitelceller i muskellaget i tarmen eller epitelceller i en lymfeknute).
2. I tillegg vil patologene se etter grad av celleatypi (som først og fremst skyldes forstyrret differensiering) for å skille mellom benigne og maligne svulster.

Question 11

Gi et eksempel på et protein i spesialiserte cellekontakter som er et tumorsuppressor protein.

Answer 11

E-Cadherin er et tumorsuppressorprotein hvis normale funksjon er å holde epitelcellene sammen i desmosomene. Ved mutasjon (delesjon av genet som koder for proteinet) vil ikke E-cadherin dannes, og cellene i epitelcellelaget holdes ikke lenger så fast sammen. Dette vil danne grunnlag for at cellen kan løsne fra epitelcellelaget og trenge gjennom basalmembranen.

Question 12

Hvordan vil du anta at en veksthemmer (ligand som ved binding til sin reseptor hemmer celledeling) påvirker cellesyklusmaskineriet som regulerer R punktet i G1?

Answer 12

En veksthemmer vil redusere nivået av cykliner, redusere nivået av- eller hemme “riktig” fosforylering av CDKer, øke nivået av CKIer. Alle disse endringene vil resultere i hemmet aktivering av CDKene, noe som igjen reduserer fosforyleringen av pRB. pRB vil da ikke kunne frigjøre E2F, PG S-fase-gener vil ikke bli transkribert. Dermed vil ikke cellen passere R-punktet i G1, og cellene forblir i G1.

Question 13

Beskriv en signaloverføringsvei som kan føre til økt celleproliferasjon.

Answer 13

Et mitogent vekstsignal aktiverer en reseptor Tyrosin kinase ved at reseptoren dimeriserer og man får auto kryssfosforylering på utvalgte tyrosinersidekjeder. De fosforylerte tyrosinene er bindingsseter for proteiner som inneholder et SH2 domene, og adaptorproteinet Grb2. Dette proteinet binder og aktiverer det Ras-aktiverende proteinet SOS som bytter ut GDP og GTP i Ras. Derved aktiveres Ras som i sin tur aktiverer en MAPkinase kinase kinase (Raf). Denne kinasen aktiverer ved fosforylering MAP kinase kinase (MEK) som fosforylerer og aktiverer MAP kinase (Erk). Aktivert MAP kinase fosforylerer og aktiverer transkripsjonsfaktorer, noe som fører til generering av nye genproduktet hvoriblandt nye TFer og Cyclind D kan nevnes.

Question 14

Gi minst to eksempelet på proteiner i signaloverføringsveier som ved mutasjoner kan gi opphav til økt celleproliferasjon.

Answer 14

Mutasjoner i ras genet (punktmutasjon) og i genet for EGF reseptor (delesjon av ekstracellulære domene) som er nærliggende å tenke på. Begge disse mutasjonene gir proliferasjonssignal uten at ligand er til stede.

Question 15

Et vev kan endre størrelse grunnet hypertrofim hyperplasi eller atrofi. Forklar disse begrepene.

Answer 15

Hypertrofi: vev vokser pga økt cellevekst, dvs si hver celle vokser i strl. Hyperplasi: vevet vokser pga økt celledeling. Atrofi vil si at et vev skrumper enten pga celledød eller redusert celledeling/cellevekst.

Question 16

Hva karakteriserer celler som undergår programmert celledød(apoptose)? Beskriv måse morfologiske endringer og de intracellulære mekanismene som ligger til grunn.

Answer 16

Morfologiske endringer: cellen skrumper, intakt cellemembran, apoptotiske legemer dannes, cellen fagocyteres fordi bestanddeler i ytre del av cellemembranen endres. DNA fragmenteres i multimediene av 200 bp lange fragmenter (stigemønster på DNA kjørt i gelelektroforese. Ingen betennelse av omkringliggende vev.
Intracellulære mekanismer: to ulike signalveier fører til apoptose; der den ene skyldes ytre faktorer i form av dødsligander eller dødsreseprorer. Den andre veien involverer mitokondriene og kalles intrinsic. Felles for de begge er at caspasekaskaswe aktiveres, noe som resulterer i at caspasene degradere viktige proteiner i cellen slik at den dør. Ved extrinic apoptose vil ligand/reseptor interaksjon føre til konformasjonsendringer fører til at caspasene blir aktivert. Ved intrinsic signalvei vil caspasene bli aktivert ved at et apoptosesignal fører til at proteinet bax danner porer i ytre mitokondriemembran. Dermed lekker cytokrom C utav mitokondriene og vil sammen med ATP aktivere caspase kaskadene som fører til at cellen dør.

Question 17

Tumorsuppressor-proteinet p53 utgjør skade sjekkpunktet i cellen. Forklar hvordan p53 regulerer celledeling og apoptose som resultat av DNA-skade.

Answer 17

p53 er en transkripsjonsfaktor og vil som resultat av DNA skade stabiliseres og aktiveres. Aktivert p53 vil transkribert en rekke gener, p21, Gadd45 og bax. p53 vil dere D blokkere cellen i G1 slik at DNA rekker å bli repararert. Dersom DNA ikke repareres vil bax sørge for at cellen dør ved apoptose.

Question 18

Beskriv hovedtrinnene i mitokondrieuavhengig apoptose.

Answer 18

Mitokondrieuavhengig apoptose intitieres ved at trimere dødsligander bindes til dødsreseptorer. Dødsreseptorene er karakterisert ved at de har intracellulære dødsdomener. Binding mellom ligand og reseptor fører til konformasjonsendringer i reseptoren, som i sin tur fører til at dødsdomenet i reseptoren interagerer med dødsdomenet i et linker protein. Dette leder til konformasjonsendring i FADD, som fører til at FADD, via et av sine andre domener interagerer med første caspase i en caspase-kaskade. Dette aktiverer caspasene som aktiverer neste caspase. Til slutt vil en rekke ulike substrater i cellen bli degradert av caspasene slik at den dør.

Question 19

Ved mikromatriseanalyser fant de også indikasjoner på at signalveier var regulert hos pasienter som ble behnaandlet med simvastastatin, slik som TNFa-indusert mitokondrie uavhengig apoptose. De observerte en økt ekspresjon av SODD, et protein som er vist å hemme TNFa-indusere apoptose. Diskuter med bakgrunn i det du nå vet om SODD hva slags rolle du tror SODD kan spille i utvikling av kreft. Du bør begrunne om du antar SODD ser et potensielt protoonkogen eller tumorsuppressorgen.

Answer 19

Protoonkogener er gener som kan bidra til kreft når de muteres slik at det blir økt nivå av eller aktivitet på genproduktet, og det er gjerne genproduktet som normalt hemmer apoptose eller øker celledeling, tumorsuppressorgener er gener som kan bidra til kreft når de muteres slik at det blir redusert nivå av eller aktivitet av genproduktet, og det er gjerne genprodukter som normalt hemmer celledeling eller øker apoptose. Siden SODD hemmer apoptose, er det naturlig å tenke at dette er et portensielt protoonkogen. De øket nivåene av SODD i pasientene vil da kunne bidra til kreftutvikling ved at cellen ikke dør ved apoptose, dermed øker sjansen for nye mutasjoner og utvikling av kreft.

Question 20

Gi eksempler på minst to andre onkogener og eller tumorsuppressorgener som er involvert i reguleringen av apoptose og forklar hvordan de kan bidra til utvikling av kreft.

Answer 20

Onkogener er involvert i apoptose: Bcl-2. Bcl-2 kan danne dimerer med Bax, og det er balansen mellom som avgjør en felles overlevelse. Overtrykk av Bcl-2 fører til at Bax ikke kan danne porer i ytre mitokondriemembran. Dermed vil ikke cytokrom C kunne lekke ut av mitokondriene. Cytokrom C vil da ikke aktivere caspasene og cellen vil ikke dø ved apoptose. Dette gir økt sjanse for nye mutasjoner og dermed utvikling av kreft. Tumorsuppressorgener involvert i apoptose: Bax og p53” ved mutasjoner som gir redusert nivå eller aktivitet av Bax vil det heller ikke dannes porer i ytre mitokondriemembran, og samme resultat som nevnt vil skje. Mutasjoner i p53 fører gjerne til at p53 ikke stabiliseres eller aktiveres ved DNA skade. Dette fører videre til at p53 ikke transkriberer viktige gener, slik som p21, GADD45 eller Bax. Dermed vil cellen ikke stoppe i cellesyklus, DNA blir ikke reparert og cellen vil ikke dø ved apoptose,

Question 21

Beskriv minst fire viktige karaktertrekk ved kreftceller

Answer 21

Ukontrollert celledeling - ofte økt
Redusert celledød
Redusert evne til differensiering/modning
Evne til metastasering(spredning)
Evne til å stimulerer til dannelse av nye blodårer inn i tumor

Question 22

Beskriv hvordan to ulike tumor suppressorgener utgjør henholdsvis R-punktet i cellesyklus og DNA skadesjekkpunktet og forklar hvordan mutasjoner i disse genene kan gi kreft

Answer 22

R-punktet utgjøres av pRB og DNA skadesjekkpunktet utgjøres av p53. Celler kan ikke passere R-punktet i G1 før pRB er fullt fosforylert. Først da vil transkripsjonsfaktoren E2F frigjøres fra “lommen” i pRB og S-fase spesifikke gener kan transkriberes. Mutasjoner i genet for pRB som fører til redusert nivå av genproduktet vil gjøre at E2F hele tiden er fri til å transkribere S-fase gener. Dermed passeres R-punktet i G1 uavhengig av vekstfaktorer, nye mutasjoner kan oppstå og kreft utvikles.
p53 er en TF som kan aktiveres og stabiliseres når en celle utsettes for DNA skade. Det stabile og aktive p53 proteinet vil transkribere en rekke gener som bidrar til DNA reparasjon og Bax som induserer apoptose, mutasjoner i genet for p53 fører ofte til at p53 ikke stabiliseres og/eller aktiveres , noe som hindrer transkripsjon av gener. Resultat kan bli nye mutasjoner og kreft

Question 23

Forklar hvordan DNA skader kan utnyttes ved behandling av kreft.

Answer 23

DNA skade vil føre til at p53 induseres i cellen, noe som ofte resulterer i at cellen dør ved apoptose. Dette utnyttes ved en rekke vanlige kreftbehandlinger, slik som stråling og cellegifter. En slik behandling vil være mest effektiv i kreftceller med normalt p53.

Question 24

Angi viktige livsstilsfaktorer som kan forebygge kreft

Answer 24

Slutte å røyke, redusere soling (ikke for mye da D vitamin kan beskytte mot en rekke kreftformer). Fem om dagen, redusere inntak av rødt kjøtt, alkohol. Økt fysisk aktivitet.

Question 25

Forklar hvordan man kan få endret gentranskripsjon ved JakStat signalveien. Bruk gjerne tegning

Answer 25

En av flere typer cytokinreseptorer er assosiert med en cytoplasmatisk Tyrosin kinase. Ved binding av ligand vil to monomerer dimerisere, og de to assosierte Tyrosin kinase molekylene vil kryssfosforylere hverandre. Dette fører til at aktiviteten øker, og de kryssfosforylerer deretter reseptoren. De to fosforylerte tyrosinkjedene fungerer som bindingssete for Stat proteinet som bindes via sitt SH2domene. Stat blir så fosforylert på en tyrosinkjede, noe som fører til at Stat slipper taket i reseptoren. To Stat molekyler dimeriseres ved at tyrosinfosfat i hvert av de to molekylene bindes til SH2 domenet i nabomolekylet. Dimerisert Stat translokeres til kjernen hvor dimeren aktiverer spesifikke gener.

Question 26

Forklar den cellulære virkningsmekanismen for lipofile hormoner.

Answer 26

Lipofile hormoner diffunderer gjennom cellemembranen og bindes til reseptor i cytosol eller i kjernen. Hvis reseptoren er i kjernen må hormonet bringes dit via et chaperon molekyl. Ved binding av ligand vil et inaktiverende protein slippe taket i reseptoren. To reseptormolekyler med bundet ligand vil deretter dimerisere. Det kan dannes så vel homodimerer som heterodimerer, avhengig hvilket hormon som er ankommet. Dimerisert hormonreseptorkompleks bindes til spesifikke DNA sekvenser i promoteoren til spesifikke gener som derved blir aktivert.

Question 27

Hva er hyperplasi, hypertrofi og atrofi

Answer 27

Hyperplasi: økt størrelse av vev/organ pga økt celledeling.
Hypertrofi: økt størrelse pga økt volum av celler
Atrofi: redusert størrelse pga redusert størrelse eller bortfall av celler.

Question 28

Forklar hvordan følgende fenomener kan knyttes til differensiering av celler: epigenetiske endringer av kromatin og asymmetrisk celledeling.

Answer 28

Differensiering av celler er et resultat av ulik transkripsjon av gener. Epigenetiske endringer av kromatin, feks metylering av DNA og kovalente modifikasjoner av histoner vil irreversibelt påvirke transkripsjon av gener, og er derfor tilknyttet celledifferensiering,
Asymmetrisk celledeling kan forklare hvordan to datterceller med likt DNA skal kunne bli ulike etter celledeling. Ulike regulatorproteiner blir skjevfordelt og dermed kan genene i dattercellene bli ulikt transkribert og cellene vil kunne utvikle seg i forskjellig retning,

Question 29

Hvordan kan DNA virusmengde feks HPV kunne føre til kreftutvikling?

Answer 29

DNA virus kan virke kreftfremkallende ved at de kan kode for proteiner som ødelegger vertcellens tumor-suppressorgener. HPV koder blant annet for E6 og E7 der E6 destabliliserer p53, mens E7 binder og inaktiverer pRB. Når p53 destabiliserer vil DNA skade sjekkpunktet ødelegges. Celler med skader DNA vil dermed ikke stoppes i G1, DNA repareres ikke, og cellen går ikke i apoptose. Ved at pRB inaktiveres blir R-punktet i G1 ødelagt. Når pRB ikke lenger kan holde på transkripsjonsfaktoren E2F vil cellen kunne gå inn i S-fase uavhengig av vekstfaktorer, resultatet er kreftutvikling

Question 30

Beskriv hvordan et virus er bygget opp og hvordan et virus kan klassifiseres

Answer 30

Virus består av arvestoff (DNA eller RNA) som er omgitt av et proteinskall. Noen virus er også membrankledd. Grovinndeling av virus baserer seg på karakterisering av arvestoffet: RNA eller DNA, enkelttrådet eller dobbelttrådet. Dernest inndeles virus ettersom de har membran eller ikke. Virus propageres ved dyrkning i cellekultur.

Question 31

Lymfocytter, som andre celler, er gjenstand endringer i DNA som kan føre til kreft. Blant annet er det ved akutt lymfoblastisk leukemi påvist mutasjoner i genene som koder for CKIp16 og p53. Hva slags endringer vil du anta er skjedd i nivået av de to genproduktene CKLp16 og p53 i kreftcellene?

Answer 31

Både CKLp16 og p53 er tumorsuppressorgener. For å bidra til kreftutvikling må nivået av disse reduseres.

Question 32

Gi eksempler på mutasjoner i protoonkogener som kan overstyre restriksjonspunktet i G1 av cellesyklus

Answer 32

Mutasjoner i protoonkogener som kan overstyre R-punktet i G1 er mutasjoner som direkte eller indirekte gir økt aktivering av cellesyklusmaskineriet. Eksempler på mutasjoner som direkte aktiverer cellesyklusmaskineriet er økt antall kopier av gener for cykliner, CDKer og E2F. R-punket kan overstyres ved mutasjoner i protoonkogener som indirekte aktiverer cellesyklusmaskineriet. Myc er en TF for cdc25, en fosfatase som aktiverer CDKer. Ved mutasjoner i Myc vil det bli økt nivå av cdc25, og CDKene blir aktive. Punktmutasjoner som hindrer at Ras skrus av vil også kunne overstyre R-punktet. Dette vil resultere i at Ras kontinuerlig aktiverer MAPkinasene, noe som i sin tur indirekte vil kunne øke nivået av cykliner, hemme nivået av CLIene eller føre til aktiverende fosforylering av CDKer. Mutasjoner i protoonkogener som koder for vekstfaktorer, vekstfaktorreseptorer og andre proteiner langs de normale signalveien kan også bidra til å overstyre R-punktet.