Genmutationen
Mutationen sind abnormale Veränderungen in der DNA eines Gens. Die Bausteine der DNA werden Basen genannt. Die Sequenz der Basen bestimmt das Gen und seine Funktion. Mutationen beinhalten Veränderungen in der Anordnung der Basen, aus denen ein Gen besteht. Sogar eine Änderung in nur einer Basis unter den Tausenden von Basen, aus denen ein Gen besteht, kann einen großen Effekt haben.
Eine Genmutation kann die Zelle in vielerlei Hinsicht beeinflussen. Einige Mutationen verhindern, dass ein Protein überhaupt hergestellt wird., Andere können das Protein, das hergestellt wird, so ändern, dass es nicht mehr so funktioniert, wie es sollte, oder es funktioniert überhaupt nicht. Einige Mutationen können dazu führen, dass ein Gen aktiviert wird und mehr aus dem Protein als üblich besteht. Einige Mutationen haben keine spürbare Wirkung, andere können jedoch zu einer Krankheit führen. Zum Beispiel verursacht eine bestimmte Mutation im Gen für Hämoglobin die Krankheit Sichelzellenanämie.
Zellen werden hauptsächlich aufgrund von Mutationen in ihren Genen zu Krebszellen. Oft sind viele Mutationen erforderlich, bevor eine Zelle zu einer Krebszelle wird., Die Mutationen können verschiedene Gene beeinflussen, die das Zellwachstum und die Zellteilung steuern. Einige dieser Gene werden Tumorsuppressorgene genannt. Mutationen können auch dazu führen, dass einige normale Gene zu krebserregenden Genen werden, die als Onkogene bekannt sind (Onkogene und Tumorsuppressorgene werden später ausführlicher diskutiert).
Wir haben 2 Kopien der meisten Gene, eine von jedem Chromosom in einem Paar. Damit ein Gen nicht mehr vollständig funktioniert und möglicherweise zu Krebs führt, müssen beide Kopien mit Mutationen „ausgeschlagen“ werden. Das bedeutet, dass für die meisten Gene 2 Mutationen erforderlich sind, damit dieses Gen nicht mehr vollständig funktioniert.,
Arten von Mutationen
Es gibt zwei Haupttypen von Genmutationen, vererbt und erworben:
Eine vererbte Genmutation ist in dem Ei oder Sperma vorhanden, das das Kind gebildet hat. Nachdem das Ei vom Sperma befruchtet wurde, schuf es eine Zelle namens Zygote, die sich dann teilte, um einen Fötus zu bilden (der ein Baby wurde). Da alle Zellen im Körper aus dieser ersten Zelle stammten, befindet sich diese Art von Mutation in jeder Zelle des Körpers (einschließlich einiger Eier oder Spermien) und kann so an die nächste Generation weitergegeben werden., Diese Art von Mutation wird auch als Keimzelle (weil die Zellen, die sich zu Eiern und Spermien entwickeln, Keimzellen genannt werden) oder erblich bezeichnet. Es wird angenommen, dass vererbte Mutationen eine direkte Ursache für nur einen kleinen Teil der Krebserkrankungen sind.
Eine erworbene Mutation ist in der Zygote nicht vorhanden, wird aber einige Zeit später im Leben erworben. Es tritt in einer Zelle auf und wird dann an alle neuen Zellen weitergegeben, die die Nachkommen dieser Zelle sind. Diese Art von Mutation ist in dem Ei oder Sperma, das den Fötus gebildet hat, nicht vorhanden und kann daher nicht an die nächste Generation weitergegeben werden., Erworbene Mutationen sind viel häufiger als vererbte Mutationen. Die meisten Krebsarten werden durch erworbene Mutationen verursacht. Diese Art von Mutation wird auch sporadisch oder somatisch genannt.
Mutationen und Krebs
Experten sind sich einig, dass mehr als eine Mutation in einer Zelle erforderlich ist, damit Krebs auftritt. Wenn jemand jedoch eine abnormale Kopie eines Gens geerbt hat, beginnen seine Zellen bereits mit einer Mutation. Dies macht es umso einfacher (und schneller), dass sich genügend Mutationen aufbauen, damit eine Zelle Krebs wird., Aus diesem Grund treten vererbte Krebsarten in der Regel früher im Leben auf als Krebsarten desselben Typs, die nicht vererbt werden.
Selbst wenn Sie mit gesunden Genen geboren wurden, können einige von ihnen im Laufe Ihres Lebens verändert (mutiert) werden. Diese erworbenen Mutationen verursachen die meisten Krebsfälle. Einige erworbene Mutationen können durch Dinge verursacht werden, denen wir in unserer Umwelt ausgesetzt sind, einschließlich Zigarettenrauch, Strahlung, Hormonen und Ernährung. Andere Mutationen haben keine eindeutige Ursache und scheinen zufällig aufzutreten, wenn sich die Zellen teilen., Damit sich eine Zelle teilen kann, um 2 neue Zellen zu bilden, muss sie ihre gesamte DNA kopieren. Bei so viel DNA werden manchmal Fehler in der neuen Kopie gemacht (wie Tippfehler). Dies führt zu DNA-Veränderungen (Mutationen). Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, besteht eine weitere Möglichkeit für Mutationen. Die Anzahl der Genmutationen nimmt mit der Zeit zu, weshalb wir mit zunehmendem Alter ein höheres Krebsrisiko haben.
Es ist wichtig zu erkennen, dass Genmutationen in unseren Zellen die ganze Zeit vorkommen. Normalerweise erkennt die Zelle die Änderung und repariert sie., Wenn es nicht repariert werden kann, erhält die Zelle ein Signal, das sie auffordert, in einem Prozess namens Apoptose zu sterben. Wenn die Zelle jedoch nicht stirbt und die Mutation nicht repariert wird, kann dies dazu führen, dass eine Person an Krebs erkrankt. Dies ist wahrscheinlicher, wenn die Mutation ein Gen beeinflusst, das an der Zellteilung beteiligt ist, oder ein Gen, das normalerweise dazu führt, dass eine defekte Zelle stirbt.
Manche Menschen haben ein hohes Krebsrisiko, weil sie Mutationen in bestimmten Genen vererbt haben. Weitere Informationen dazu finden Sie unter Familienkrebssyndrome.,
Penetranz
Bei dominanten Genen und Mutationen wird der Begriff Penetranz verwendet, um den Anteil derjenigen anzugeben, die eine Mutation tragen und das Merkmal, Syndrom oder die Krankheit aufweisen. Wenn alle Menschen, die die Mutation erben, die Krankheit haben, wird dies als vollständige Penetranz bezeichnet. Wenn nicht alle Menschen, die die Mutation haben, die Krankheit bekommen, wird es unvollständige Penetranz genannt. Im Allgemeinen haben vererbte Mutationen, die zu Krebs führen, eine unvollständige Penetranz, was bedeutet, dass nicht jeder mit der Mutation Krebs bekommt., Dies liegt zum Teil daran, dass die Person, obwohl sie eine Mutation in einer Kopie des Gens hat, mindestens eine weitere Mutation erwerben muss, damit das Gen nicht mehr vollständig funktioniert und Krebs auftritt. Da nicht jeder die zweite Mutation bekommt, bekommt nicht jeder Krebs. Unvollständige Penetranz kann auch sein, denn selbst wenn die Mutation es so macht, dass ein Gen nicht funktioniert, können andere Faktoren erforderlich sein, damit der Krebs beginnt.
Hohe vs. niedrige Penetranz
Genmutationen können große Veränderungen in der Funktion eines Gens verursachen., Sie können sogar dazu führen, dass diese Kopie des Gens ganz aufhört zu arbeiten. Wenn eine vererbte Mutation einen ausreichend großen Einfluss auf die Funktion eines Gens hat, um bei den meisten Menschen, die es haben, eine Krankheit oder ein Problem zu verursachen, wird diese Mutation als „hohe Penetranz“ bezeichnet.“
mit Hoher Penetranz von Mutationen in cancer susceptibility Gene können dazu führen, dass viele Menschen in einer Familie bekommen, die bestimmte Krebsarten – eine Familie Krebs-Syndrom. Es wird angenommen, dass diese nur einen kleinen Bruchteil der Krebserkrankungen verursachen, die in einer Familie auftreten., Zum Beispiel wird angenommen, dass nur etwa 1/5 des Brustkrebses, der in Familien auftritt, durch Hochpenetranzmutationen in Genen wie BRCA1 und BRCA2 verursacht wird.
Einige erbliche Mutationen scheinen jedoch die Genfunktion nicht sehr zu beeinflussen und verursachen oft keine offensichtlichen Probleme. Diese Mutationen werden als „low-Penetranz.“Low-Penetrance-Mutationen können das Krebsrisiko durch subtile Auswirkungen auf Dinge wie Hormonspiegel, Stoffwechsel oder andere Dinge beeinflussen, die mit Risikofaktoren für Krebs interagieren., Es wird angenommen, dass Niedrigpenetranzmutationen zusammen mit Genvarianten (unten diskutiert) für den größten Teil des Krebsrisikos verantwortlich sind, das in Familien besteht.
Genvarianten
Menschen können auch verschiedene Versionen von Genen haben, die keine Mutationen sind. Häufige Unterschiede in Genen werden Varianten genannt. Diese Versionen werden vererbt und sind in jeder Körperzelle vorhanden. Die häufigste Art von Genvariante beinhaltet eine Veränderung nur einer Base (Nukleotid) eines Gens. Diese werden als Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs, ausgesprochen „Snips“) bezeichnet., Es wird geschätzt, dass sich in der DNA jeder Person Millionen von SNPs befinden.
Andere Varianten sind seltener. Viele Gene enthalten Sequenzen von Basen, die sich immer wieder wiederholen. Eine gängige Variante beinhaltet eine Änderung der Anzahl dieser Wiederholungen.
Einige Varianten haben keinen offensichtlichen Einfluss auf die Funktion des Gens. Andere neigen dazu, die Funktion von Genen auf subtile Weise zu beeinflussen, z. B. sie etwas mehr oder weniger aktiv zu machen. Diese Veränderungen verursachen keinen Krebs direkt, können aber dazu führen, dass jemand an Krebs erkrankt, indem er Dinge wie Hormonspiegel und Stoffwechsel beeinflusst., Zum Beispiel beeinflussen einige Genvarianten Östrogen-und Progesteronspiegel, was das Risiko von Brust-und Endometriumkarzinomen beeinflussen kann. Andere können den Abbau von Toxinen im Zigarettenrauch beeinflussen, wodurch eine Person häufiger an Lungen-und anderen Krebsarten erkrankt.
Genvarianten können auch bei Erkrankungen eine Rolle spielen, die sich auf das Krebsrisiko auswirken – wie Diabetes und Fettleibigkeit.
Varianten und Low-Penetrance-Mutationen können ähnlich sein. Der Hauptunterschied zwischen den beiden ist, wie häufig sie sind. Mutationen sind selten, während Genvarianten häufiger sind.,
Da diese Varianten üblich sind und jemand viele davon haben kann, kann sich ihre Wirkung summieren. Studien haben gezeigt, dass diese Varianten das Krebsrisiko beeinflussen können und zusammen mit geringen Penetranzmutationen einen großen Teil des Krebsrisikos ausmachen können, das in Familien besteht.
Andere Arten, wie Zellen Gene und Genaktivität verändern
Obwohl alle Zellen Ihres Körpers dieselben Gene (und DNA) enthalten, sind in einigen Zellen andere Gene aktiv als in anderen. Selbst innerhalb einer bestimmten Zelle sind einige Gene manchmal aktiv und in anderen inaktiv., Das Ein – und Ausschalten von Genen basiert in diesem Fall nicht auf Veränderungen in der DNA-Sequenz (wie Mutationen), sondern auf anderen Mitteln, die als epigenetische Veränderungen bezeichnet werden.
DNA-Methylierung: Bei dieser Art von epigenetischer Veränderung ist ein Molekül, das als Methylgruppe bezeichnet wird, an bestimmte Nukleotide gebunden. Dies ändert die Struktur der DNA, so dass das Gen den Prozess der Herstellung des Proteins, für das es kodiert, nicht starten kann (dieser Prozess wird Transkription genannt). Dies schaltet im Grunde das Gen aus., Bei einigen Menschen mit einer Mutation in einer Kopie eines Krebsempfindlichkeitsgens wird die andere Kopie des Gens nicht durch Mutation, sondern durch Methylierung inaktiv.
Histonmodifikation: Chromosomen bestehen aus DNA, die um Proteine, sogenannte Histone, gewickelt ist. Histonproteine können durch Addieren (oder Subtrahieren) einer Acetylgruppe verändert werden. Das Hinzufügen von Acetylgruppen (Acetylierung) kann diesen Teil des Chromosoms aktivieren (einschalten), während das Entfernen (Deacetylierung) ihn deaktivieren kann (Ausschalten). Methylierung wird auch verwendet, um Teile von Chromosomen zu aktivieren und zu deaktivieren., Histonproteine können auch durch Addition oder Subtraktion von Methylgruppen (Methylierung und Demethylierung) verändert werden. Obwohl nicht bekannt ist, dass abnormale Histonmodifikationen Krebs verursachen, können Medikamente, die Histonmodifikationen verändern, bei der Behandlung von Krebs helfen, indem sie Gene aktivieren, die das Zellwachstum und die Zellteilung kontrollieren.
RNA-Interferenz: RNA (Ribonukleinsäure) ist innerhalb von Zellen als mittlerer Schritt wichtig, der es Genen ermöglicht, für Proteine zu kodieren. Einige kleine Formen von RNA können jedoch die Genexpression stören, indem sie an andere RNA-Teile gebunden werden oder sogar Histone oder DNA selbst beeinflussen., Es werden Medikamente entwickelt, die abnormale Gene in Krebszellen durch RNA-Interferenz beeinflussen.