Cancer och DNA

 

Du har säkert hört talas om cancer och tumörer. Det är ord som skrämmer oss eftersom vissa typer av cancer är allvarliga sjukdomar. Men det finns många varianter av cancer som vi idag kan kontrollera med hjälp av olika läkemedel, strålning och operationer.

En tumör bildas när en normal cell slutar att följa regler och istället delar sig ohindrat. För att en normal cell ska omvandlas till en tumörcell behöver flera av cellens kontrollsystem ha slagits ut. Cellen får då en rad nya egenskaper.

  • de är oberoende av yttre signaler för att växa och dela sig
  • de svarar inte på signaler som hindrar celldelning
  • de undviker celldöd
  • de kan invadera normal vävnad
  • de kan gömma sig för immunsystemet och
  • de kan stimulera tillväxt av nya blodkärl.

Alla tumörer är inte lika farliga. Benigna tumörer är godartade. De kan växa sig stora men är inkapslade och sprider sig inte till andra delar av kroppen. Maligna tumörer är elakartade och sprider sig in i normal vävnad och till andra delar av kroppen. Det kallas för att de metastaserar. Maligna tumörer definieras som cancer. Cancer är inte en enda sjukdom, utan många olika sjukdomar som beror på vilket organ som drabbas, vilken celltyp som omvandlats och hur cellen har förändrats. 

Det finns regler för hur celler ska fungera

Kroppen är uppbyggd av många biljoner celler som samarbetar i vävnader och organ. Varje organ består av flera olika sorts celler. För att detta ska fungera måste alla celler kommunicera med varandra och följa vissa regler. Till exempel behöver cellerna veta när de ska dela sig för att ersätta gamla celler som dött. De måste också dö för att ge plats för nya celler. Hur snabbt cellerna i kroppen delar sig skiljer sig mellan organ och celltyper. Vissa typer av celler som är viktiga i vårt immunförsvar ligger vilande i långa perioder. De delar sig snabbt när de behövs för att exempelvis bekämpa en infektion. Celler i tarmens slemhinnor byts ut efter ett par dagar medan nervceller är mycket långlivade.

Cellerna kommunicerar dels genom att producera substanser som andra celler kan känna av, dels genom direktkontakt med andra celler. När celler ligger tätt intill varandra så delar de sig inte fler gånger. Denna förmåga att förstå när det finns tillräckligt med celler i en vävnad är viktig för att kroppens celler ska kunna organiseras i specialiserade organ, till exempel lever, hjärta och lungor

Celler kommunicerar genom signalsubstanser och receptorer, som kan sitta på cellytan eller finnas inne i cellen. Receptorer är proteiner som förändrar sin struktur när de binder till en annan molekyl. Signalsubstansen är ofta ett protein. Det kan också vara andra typer av molekyler. En cell stimuleras hela tiden av många olika typer av signaler och behöver konstant stimulering för att överleva. Summan av olika signaler bestämmer hur cellen reagerar.

Cancerceller är asociala

Cancer kan uppstå om cellens kommunikationssystem slutar fungera. Vissa sådana förändringar gör att cellerna inte längre behöver yttre stimulans från andra celler för att starta celldelning. Andra förändringar gör att cellerna inte reagerar på de signaler som säger att cellen ska dö. Celler som inte längre kommunicerar med andra celler i omgivningen kan fortsätta dela sig fast det redan är fullt. Det gör att cellerna växer ovanpå varandra och bildar en tät cellklump. En sådan klump kallas för en tumör.

 

Cancerceller är alltså asociala celler som inte kommunicerar på rätt sätt. Istället växer de på bekostnad av andra celler i vävnaden. Det gör att organets funktion försämras. Om tumörcellerna sprider sig och bildar metastaser i andra organ blir sjukdomen allvarligare och cancern svårare att bota.

Informationen för hur ett protein byggs finns lagrat i DNA

Kommunikationssystemen består av proteiner. Cellens recept för att göra dessa proteiner finns lagrat i DNA. DNA är en förkortning för deoxiribonukleinsyror. Vid cancer har det uppstått fel på DNA. DNA finns i cellkärnan och består av två strängar som är virade kring varandra i form av en dubbelspiral. På strängarna sitter så kallade kvävebaser. Det finns fyra olika: tymin (T), adenin (A), cytosin (C) och guanin (G).

 

T i den ena strängen sitter alltid mittemot A i den andra och C sitter mittemot G. Strängarna hålls samman av svaga kemiska bindningar. Kvävebasernas ordningsföljd längs strängen fungerar som ett recept som bestämmer hur de proteiner som bygger upp cellen ska se ut. Om DNA hade vecklats ut till en rak kedja hade DNA från en enda cell varit två meter långt. Antalet kvävebaser i varje cell är cirka tio miljarder.

Proteiner består av långa kedjor av aminosyror. Kortare kedjor av aminosyror kallas peptider. För människan är det tjugo olika aminosyror som i olika kombinationer bildar peptider och proteiner. Ibland liknas aminosyror vid bokstäver som kan kopplas samman till korta eller långa ord, där korta ord motsvarar peptider och långa ord proteiner. För att peptider och proteiner ska kunna tillverkas, måste först DNA-receptet som finns i cellens kärna kopieras till en så kallad RNA-sträng. Enzymet som läser av DNA-receptet och bildar RNA-strängen sätter ett C mitt emot ett G, ett A mitt emot ett T och ett G mitt emot ett C. Men mittemot A hamnar en kvävebas som heter uracil och som förkortas U.

Tänk dig en DNA-sträng som består av 9 kvävebaser: G-G-C-T-A-A-C-A-T. Koden läses av omvänt så DNA-strängens första kvävebas blir RNA-kopians sista. RNA-strängen blir alltså: A-U-G-U-U-A-G-C-C.

 

RNA-kopian fungerar som en kod för att tillverka proteiner. Koden läses av i grupper om tre kvävebaser. I vårt exempel är de tre första kvävebaserna AUG. Det är koden för aminosyran metionin. Nästa tre baser, UUA, betyder leucin och de tre sista, GCC, alanin. Det var alltså peptiden metionin-leucin-alanin som DNA-receptet gällde.

Innan cellen delar sig måste den tillverka en kopia av sitt DNA. Då delar de båda strängarna i dubbelspiralen på sig och nya strängar tillverkas mitt emot de gamla. Precis som när DNA skulle avläsas för att bilda RNA som sedan blev mall för tillverkningen av ett protein sätter enzymet A mitt emot T, C mitt emot G och G mitt emot C. Men nu blir det T som hamnar mitt emot A och inte U, som när RNA tillverkades. Hela denna reaktion då proteiner byggs ihop av aminosyror med DNA som ritning fungerar på samma sätt hos människor som hos alla andra levande organismer.

 

Vid celldelning kan det uppstå fel i DNA

I en människa bildas flera miljarder nya celler varje dag för att ersätta de som blivit gamla eller skadade. För att celler och vävnader ska behålla sin funktion är det viktigt att de nya cellerna innehåller samma genetiska information som de ursprungliga cellerna. Om det uppstår fel vid kopieringen av cellens DNA är det viktigt att dessa rättas till. Annars kan det leda till att cellen fungerar sämre. I riktigt allvarliga fall kan cellen förvandlas till en cancercell. För att se till att våra celler behåller sin normala funktion finns det system som rättar till fel som uppstår vid kopieringen.

 

När ett fel i DNA-strängen upptäcks stannar celldelningen av för att ge tid till reparation. När felet är åtgärdat fortsätter cellen att dela på sig. Ibland är felen så stora att det är svårt för cellen att laga dem. Det kan till exempel hända om båda strängarna i DNA-molekylen gått sönder. I sådana fall kommer den trasiga cellen att dö, istället för att dela sig och ge upphov till två nya celler med samma fel. Detta kallas för programmerad celldöd.

Med PCR och DNA-sekvensering kan vi läsa DNA

Ibland vill vi läsa av DNA-sekvenser. Det kan till exempel gälla ett spår vid en brottsplats eller för att ta reda på om du är infekterad av ett virus. Oftast finns det väldigt små mängder av DNA tillgängligt. Första steget är att tillverka fler kopior. Det sker med hjälp av en teknik som heter polymeraskedjereaktion som förkortas PCR.

När vi har tillgång till tillräckligt mycket DNA görs en sekvensering. Då bryts DNA ner i mindre bitar som sedan analyseras. Idag finns det en mängd olika metoder att göra detta.

Forskarna bakom PCR och DNA-sekvensering belönades med nobelpris i kemi 1993 och 1980.

Med en DNA-sax kan vi skriva om informationen i DNA

Bakterier har ett immunsystem som hjälper till i försvaret mot virus. Detta system har förkortningen CRISPR/Cas. Det sparar korta bitar av DNA från virus som tidigare angripit bakterierna. När viruset anfaller igen tillverkar bakterierna en RNA-kopia av den sparade DNA-biten. Bakterierna innehåller också ett enzym som fungerar som en sax som klipper av DNA. RNA-kopian används för att visa saxen var den ska klippa. På så vis är det bara det angripande virusets DNA som förstörs och inte bakteriens egna.

Genom att använda bakteriernas DNA-sax kan forskare göra förändringar i DNA hos celler. Det kan hjälpa forskarna att förstå hur proteiner fungerar och hur viktiga de är. Förhoppningsvis kommer DNA-saxen i framtiden kunna användas för att bekämpa sjukdomar som cancer. Emmanuelle Charpentier och Jennifer A. Doudna, som utvecklade DNA-saxen, tilldelades 2020 års nobelpris i kemi.

Det går att minska risken för att få cancer

Nuförtiden känner vi till ett flertal ämnen i vår omgivning som kan öka risken för cancer om vi utsätts för dem. Exempel på sådana ämnen är cigarettrök, strålning och asbest. Asbest är ett kemiskt ämne som tidigare användes som brandskydd och värmeisolering i hus. Det finns flera exempel på kemikalier som användes i samhället tidigare, men som inte längre är tillåtna eftersom de visat sig kunna orsaka cancer. En gemensam faktor för dessa ämnen är att de orsakar förändringar i DNA. Ett bra sätt att minska risken för cancer är att inte röka. Risken att få cancer är flera gånger större hos rökare jämfört med icke-rökare.

Men oftast beror inte cancer på någon specifik faktor i miljön som vi utsatts för och är inte heller något som vi själva påverkar. Cancer kan helt enkelt uppstå på grund av slumpmässiga fel i våra celler när de delar sig. Trots det har forskning visat att en hälsosam livsstil med varierad kost och motion minskar risken för cancer. De flesta forskare är numera överens om att det är en kombination av slump, livsstil och miljö som påverkar vår risk att drabbas av cancer.

Idag överlever de flesta sin cancer tack vare bra behandling

Under de senaste decennierna har vi blivit mycket bättre på att behandla cancer och idag överlever de allra flesta sin sjukdom. Vi upptäcker också cancer tidigare, vilket också bidrar till den ökade överlevnaden.

De vanligaste behandlingsmetoderna vid cancer är kirurgi, cytostatika och strålning. Kirurgi, betyder att tumören opereras bort. Det kan vara mycket effektivt om tumören går att komma åt på ett enkelt sätt. Kirurgi kombineras ofta med cytostatika.

Cytostatika kallas ofta för cellgifter. Cytostatika dödar celler som delar sig väldigt fort, vilket är typiskt för cancerceller.

 

Strålbehandling innebär att strålning med hög energi riktas mot tumören. Det gör att tumörcellernas DNA skadas och att cellerna dör.

Immunterapi är en ny typ av cancerbehandling

En relativt ny typ av cancerbehandling är immunterapi. Denna typ av behandling stimulerar patientens eget immunförsvar att känna igen och döda tumörcellerna. Upptäckter som lett till utveckling av en ny typ av immunterapi som används för att behandla cancer belönades med nobelpriset i medicin 2018.

Quiz - Cancer

Proteiner byggs upp av långa kedjor av dessa molekyler.

I denna cancerbehandling får patienten cellgifter som dödar de celler som delar sig väldigt ofta.

Ordningsföljden av dessa fungerar som ett recept som bestämmer hur de proteiner som bygger upp cellen ska se ut.

När denna molekyl aktiveras kan den styra cellens förmåga att röra sig, överleva eller dela sig.

När bildas en metastas?

Tymin (T), adenin (A), cytosin (C) och guanin (G) är fyra olika...

Godartade tumörer är…

Cancer som sprider sig till andra delar av kroppen kallas för...

Proteiner som kan förmedla signaler mellan cellens utsida och insida.

Elakartade tumörer är...

Uppgiter - Cancer och DNA

Förklara och beskriv
  1. Förklara skillnaden mellan benigna tumörer och maligna tumörer?

  2. Beskriv hur celler kommunicerar med varandra. Använd gärna begreppen signalsubstans, receptor, cellyta och protein. 

  3. Beskriv hur cancer kan uppstå.

  4. Beskriv hur DNA-molekylen är uppbyggd.

  5. Vilken funktion har kvävebaserna i DNA-molekylen?

  6. Förklara hur proteiner byggs ihop av aminosyror med DNA som ritning.

  7. Beskriv de funktioner som upptäcker och rättar till fel som uppstår vid DNA-kopieringen.

  8. Vad är CRISPR/Cas?

  9. Beskriv hur livsstilen kan påverka risken att få cancer.

  10. Beskriv de vanligaste behandlingsmetoderna vid cancer.

  11. Vad innebär målriktad terapi?

  12. Vad innebär immunterapi?

Argumentera och resonera
  1. Proteiner har många viktiga funktioner i din kropp. Hur skulle dina celler kunna påverkas om du inte får i dig tillräckligt mycket protein?

  2. Vilka naturvetenskapliga argument finns för och/eller emot följande påståenden: 

    a) Varje år blir sjukvården allt bättre på att behandla cancer.

    b) Det är viktigt att diskutera etik (vilka gränser och regler som bör finnas) när nya användningsområden för CRISPR/Cas tas fram.

    c) Personer som röker är omedvetna om att rökning kan leda till cancer. 

Ta reda på
  1. Ta reda på hur vanliga de olika behandlingsmetoderna mot cancer är.

  2. Ta reda på mer om nobelpriset och nobelpristagarna i medicin 2018.

  3. Ta reda på mer om hur DNA-saxen CRISPR/Cas används i dag och om hur forskarna hoppas kunna använda den i framtiden.