Biologische Therapien und Krebs - the European Oncology Nursing ...

Die Produktion wurde ermöglicht durch einen
Ausbildungs-Beitrag der Firma F. Hoffmann-La Roche Ltd
Biologische Therapien und Krebs
Ein
Lehrmittel
für
Pflegefachfrauen
in
der
Onkologie-Pflege

Die Produktion wurde ermöglicht durch einen
Ausbildungs-Beitrag der Firma F. Hoffmann-La Roche Ltd

Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Einführung in dieses Hilfsmittel
Kapitel 1. Krebs: die Geschichte bis heute
● Einführung: Krebs – eine Last 1.1
● Fragen zur Selbsteinschätzung 1.2
● Internationale Unterschiede in der Krebs-Häufigkeit 1.3
● Veränderungen in der Krebsinzidenz über die Zeit 1.5
● Die Auswirkungen von Therapie auf das Überleben 1.8
● Krebsvorsorge 1.9
Faktoren in Zusammenhang mit der Krebsentstehung 1.9
Krebs-Überwachung und Screening 1.10
Prophylaktische Operationen und Chemoprävention 1.11
● Krebsbehandlung im historischen Blickwinkel 1.12
Chirurgie 1.12
Radiotherapie 1.13
Hormonelle (endokrine) Therapie 1.14
Chemotherapie 1.14
Biologische Therapie (Immunotherapie) 1.19
● Zusammenfassung 1.19
● Fragen zur Selbsteinschätzung 1.20
Kapitel 2. Zellwachstumskontrolle und Krebs
● Einführung 2.1
● Fragen zur Selbsteinschätzung 2.2
● Übersicht über die Zellteilung 2.3
Einführung 2.3
Der Zellzyklus 2.4
Ablauf der Zellteilung 2.5
Mitose 2.6
Meiose 2.7
Die Bedeutung von Mitose und Meiose 2.10
● Faktoren und Signale, die an der Kontrolle der Zellteilung
beteiligt sind 2.10
Das Zellzyklus-Kontrollsystem 2.10
Wachstumsfaktoren 2.11
Wachstumsfaktor-Rezeptoren 2.14
Notwendigkeit einer Verankerung 2.14
Zell-Seneszenz 2.15
Apoptose – programmierter Zelltod 2.15
● Zusammenfassung 2.16
● Fragen zur Selbsteinschätzung 2.17

Inhaltsverzeichnis
Kapitel 3. Genetische Grundlagen der Krebsentstehung
● Einführung 3.1
● Fragen zur Selbsteinschätzung 3.2
● Molekularbiologie/Genetik – die Grundlagen 3.3
Zellen und Gewebe 3.3
DNA 3.3
DNA-Replikation 3.4
Gene 3.4
Chromosomen 3.4
Genom 3.4
Der genetische Code 3.5
RNA 3.5
Proteine 3.6
Warum ist das Verstehen dieser Prozesse wichtig? 3.6
● Onkogene und Tumor-Suppressor-Gene 3.6
Onkogene 3.6
Tumor-Suppressor-Gene 3.8
Mismatch-Reparatur-Gene 3.8
● Gen-Anomalien bei der Entwicklung von Krebs 3.9
p53 3.9
Ras 3.11
Myc 3.12
HER2 3.12
● Zellsignale 3.13
Das Ziel der Signalisierung 3.15
Signal-Transduktion 3.15
● Signal-Pfade 3.17
HER2 3.17
TGF-/Smad 3.18
Ras und Raf-1/ERK2 (MAPK) 3.18
● Tumor-Onkogenese und Tumor-Wachstum 3.18
Die Entwicklung eines Tumors 3.18
Zunahme von Mutationen durch Tumorwachstum 3.20
● Zusammenfassung 3.20
● Fragen zur Selbsteinschätzung 3.22

Inhaltsverzeichnis
Kapitel 4. Das Immunsystem: Die Basis für alle biologischen
Therapien
● Einführung 4.1
● Fragen zur Selbsteinschätzung 4.2
● Das Immunsystem verstehen 4.3
Was ist eine Immunantwort? 4.3
Was ist ein Antigen? 4.3
Was ist ein Antikörper? 4.3
Die Produktion verschiedener Antikörper 4.5
Antigen-präsentierende Zellen stimulieren Lymphozyten-Klone 4.6
Die Schaffung einer breiten Antikörper-Verschiedenheit 4.7
Die Funktion der Antikörper 4.8
● Das angeborene Immunsystem 4.8
Das Komplement-System – der Domino-Effekt 4.9
Phagozyten 4.10
Natürliche Killerzellen 4.10
● Das erworbene Immunsystem 4.10
● Zellvermittelte Immunantworten 4.10
Lymphozyten 4.11
● Die Produktion von Antikörpern im Labor 4.12
Die Produktion monoklonaler Antikörper im Labor 4.12
● Immunsystem und Krankheit 4.15
Krebs 4.15
● Zusammenfassung 4.16
● Fragen zur Selbsteinschätzung 4.17
Kapitel 5. Technologien zur Ermöglichung biologischer Therapien
● Einführung 5.1
● Fragen zur Selbsteinschätzung 5.2
● Technische Entwicklungen 5.3
Rekombinante DNA-Technologie 5.3
Das Klonen von Genen 5.5
● Gentechnologie 5.10
Tier-Zellkulturen 5.10
Transfektion 5.11
● Die Anwendung neuer Technologien im Kontext von Krebs 5.12
Antikörper als molekularbiologische und biochemische Instrumente 5.12
Immunhistochemie 5.12
ELISA 5.14
In-situ Hybridisierung 5.14
Polymerase-Kettenreaktion 5.15
● Funktionelle Genetik 5.17
Das „Human-Genom-Projekt“ 5.17
Bioinformatik 5.18
● Zusammenfassung: Anwendung dieser Kenntnisse 5.18
● Fragen zur Selbsteinschätzung 5.20

Inhaltsverzeichnis
Kapitel 6. Biologische Therapien erklärt
● Einführung 6.1
● Fragen zur Selbsteinschätzung 6.2
● Warum biologische Therapien zur Krebsbehandlung benützen? 6.3
● Arten biologischer Therapien 6.3
Zytokin-Therapie 6.4
Antikörper-Therapie 6.8
Krebsimpfungen 6.14
Gentherapie 6.17
Zell-basierte Therapie 6.19
● Vergleich zwischen biologischen Therapien, welche spezifisch auf
Antigene einwirken und solchen, die unspezifisch wirken 6.20
Die Nutzung spezifischer Tumor-Anomalien für gezielte Therapien 6.21
Die Vorteile der gezielten Therapie 6.21
● Fallstudie 1: Filgrastim, ein unspezifischer biologischer Wirkstoff
in der Supportivtherapie 6.22
Hämatopoese 6.22
Hämatopoetische Wachstumsfaktoren 6.23
Die Wirkung von Filgrastim in-vivo 6.23
Klinische Anwendung von Filgrastim 6.23
Fallstudie – G-CSF 6.26
Zusammenfassung 6.28
● Fallstudie 2: Rekombinantes IL-2, ein biologischer Wirkstoff
gegen Krebs 6.28
Die Wirkung von IL-2 6.28
IL-2 als Antitumor-Therapie 6.28
Fallstudie – IL-2 6.31
Zusammenfassung 6.32
● Fallstudie 3: Die monoklonale Antikörpertherapie mit
humanisiertem anti-HER2, einer Onkogen-spezifischen
biologischen Antikrebssubstanz 6.32
Die Theorie für die gezielte Einwirkung auf HER2 6.32
Die Entwicklung der HER2-spezifischen gezielten Therapie 6.33
Die Auswahl von Patienten für die Herceptin ® -Therapie 6.33
Klinische Erfahrung mit Herceptin ® 6.34
Fallstudie – Herceptin ® 6.36
Zusammenfassung 6.38
● Schlussfolgerungen 6.38
● Fragen zur Selbsteinschätzung 6.40

Inhaltsverzeichnis
Kapitel 7. Die Zukunft der biologischen Therapien
● Einführung 7.1
● Fragen zur Selbsteinschätzung 7.2
● Die genetische Charakterisierung von Tumoren 7.4
Komplementäre DNA Micro-Arrays 7.4
Proteomics 7.5
● Weiterentwicklung schon bestehender Methoden 7.6
Zytokin-Therapie 7.6
Antikörper-Therapie 7.7
Krebsimpfungen 7.10
Gen-Therapie 7.11
Zell-basierte Therapie 7.12
● Neue Methoden, die auf die Tumor-Angiogenese ausgerichtet sind 7.12
● Zusammenfassung: Auswirkungen für Patienten mit Krebs 7.16
● Fragen zur Selbsteinschätzung 7.18
Anhang
● Antworten auf die Fragen zur Selbsteinschätzung 8.1
● Glossar 8.17
● Bibliografie 8.27

Vorwort
Die Ausübung der onkologischen Krankenpflege stellt viele Herausforderungen an die
Pflegefachfrauen und das Fachpersonal im Gesundheitswesen. Wachsende wissenschaftliche
Kenntnisse haben unser Verstehen der Prozesse, die mit Krebs in Zusammenhang stehen,
verbessert und somit eine bessere Spezifikation und massgeschneiderte Therapien ermöglicht.
Zudem werden die zunehmend aufkommenden Kenntnisse des menschlichen Genom-Projektes
zu einer grundlegenden Veränderung in den Therapiearten führen. Als Folge davon benötigen
wir als Fachpersonal im Gesundheitswesen eine fortlaufende Anpassung unserer Kenntnisse und
unseres Verständnisses, damit wir unseren Patienten die bestmögliche Unterstützung geben
können. Deshalb ist die European Oncology Nursing Society erfreut, dieses Hilfsmittel für
Pflegende und Fachpersonen im Gesundheitswesen unterstützen zu können. Zum ersten Mal
wird darin eine gute Übersicht über Krebsgenetik und biologische Therapien dargeboten.
Dieses Unterrichts-Hilfsmittel gibt detaillierte Informationen über die genetischen Grundlagen
von Krebs und liegt in einem benutzerfreundlichen Format vor, mit der Möglichkeit,
Selbstüberprüfungen vorzunehmen und so die berufliche Entwicklung zu fördern. Oft sind
wissenschaftliche Informationen nicht für alle Fachpersonen zugänglich und unser Lob gilt den
Autoren, die die Barriere der technischen Sprachprobleme überwunden haben, aber
gleichzeitig die Informationstiefe bewahrt haben. Die sehr detaillierte Erklärung biologischer
Therapien gibt dem Leser nicht nur ausgezeichnete Informationen, sondern auch die
Gelegenheit, die nötige supportive Pflege durch Fallbeispiele kennen zu lernen.
EONS empfiehlt dieses Unterrichts-Hilfsmittel als ausgezeichnetes Mittel für alle Fachpersonen,
die Patienten mit Krebs pflegen und speziell für solche, die mit der Anwendung biologischer
Therapien zu tun haben. Weil die Mitglieder von EONS in Ländern mit vielen verschiedenen
Sprachen arbeiten, sind wir stolz, Ihnen das vorliegende Buch in Deutsch, Spanisch, Italienisch
und Französisch präsentieren zu können.
Frühling 2002
Nora Kearney, Lehrerin in Onkologischer Krankenpflege
Past-Präsidentin der European Oncology Nursing Society
Agnes Glaus, Pflegewissenschaftlerin
Immediate-Past-Präsidentin der European Oncology Nursing Society
Giel Vaessen, Lehrer in Onkologischer Krankenpflege
Präsident der European Oncology Nursing Society

Einführung
Einführung in dieses Hilfsmittel
Dieses Hilfsmittel wurde von einer Gruppe erfahrener Onkologiepflegender gestaltet und
entwickelt und dient zur Weiterbildung. Es ist gedacht als Instrument für Pflegeausbildner/innen
von Onkologiepflegenden und für alle, die in der Pflege und Betreuung onkologischer
Patient/innen tätig sind, und soll dazu dienen, das Verständnis der modernsten Krebsforschung
und -Therapie zu erweitern. Auch für all jene, die das Verständnis der Molekularbiologie und
Krebsgenetik auffrischen möchten, wird es eine Hilfe sein. Die Unterlagen zeigen die
wissenschaftlichen Hintergründe von Krebs auf und beschreiben, wie verbesserte Kenntnisse
von Krebsbiologie und Genetik, vereint mit neuen Fortschritten in der Technologie, zur
Entwicklung einer Gruppe neuer biologischer Therapien geführt haben, welche die einmaligen
Möglichkeiten des Immunsystems ausnützen. Diese Kenntnisse sind die Basis, um zu verstehen,
wie diese neue Art von Krebsbehandlung wirkt und wie sie unser Vorgehen in der
Therapiegestaltung potentiell verändern kann. Durch dieses ganze Buch hindurch werden die
beschriebenen Konzepte mit Abbildungen und Tabellen illustriert, um das Verständnis zu
erleichtern. Am Anfang und Ende jedes Kapitels finden Sie eine Reihe von Fragen, welche den
Benutzern erlaubt, ihren Wissensstand zu überprüfen.
Krebs – eine Last
Statistiken zeigen klar, dass Krebs unserer heutigen Gesellschaft eine beträchtliche Bürde
auferlegt. Wie in Kapitel 1 beschrieben wird, sind die Krebsinzidenz und -Mortalität im 20.
Jahrhundert in der industrialisierten Welt stetig angestiegen, was vor allem auf den Umstand
zurückzuführen ist, dass Menschen heute länger leben und die Weltbevölkerung schnell wächst.
Es überrascht nicht, dass Krebs-Prävention und -Behandlung unter den wichtigsten Themen
klinischer Forschung zu finden sind. Massnahmen wie verbessertes und intensiveres Screening
hatten in den letzten Jahrzehnten grosse Auswirkungen auf das Überleben. Auch wurden durch
die Entwicklung von verbesserten Hormonen und Chemotherapeutika Fortschritte in der
Behandlung von Krebs gemacht. Diese verschiedenen Therapiearten können sehr wirkungsvoll
sein, aber immer wieder wird ihre Anwendung eingeschränkt durch ihre einschneidende
Wirkungsweise und ihre Toxizität, sowie durch die allgemeinen Auswirkungen auf den ganzen
Körper. Die Gesamt-Überlebensraten, die in den letzten Jahren kaum verbessert worden sind,
beweisen auch, dass der klinische Vorteil dieser nicht-spezifischen, vor allem
chemotherapeutischen Behandlungen beschränkt ist. Neue Therapiemöglichkeiten mit
zusätzlichen klinischen Vorteilen, aber weniger oder gleicher Toxizität, finden also einen
berechtigten Platz. Eine Behandlungsart, die diese Eigenschaften aufweist, ist die biologische
Therapie.
Die normale Funktion der Zelle
Vernünftige therapeutische Strategien, zum Beispiel diejenigen, die auf ein bestimmtes Molekül
in einer Zelle abzielen, bedingen gute Kenntnisse über die Abläufe in den Zellen und darüber,
wie Zellprozesse fehlerhaft ablaufen können. Kapitel 2 gibt einen Überblick über die Prozesse,
die während des normalen Zellwachstums und der Proliferation über den Zellzyklus ablaufen.
Dieses Kapitel zeigt auch, wie der Zellzyklus kontrolliert wird und was passieren kann, wenn
diese Regulationsfunktionen geschädigt sind. Eine der wichtigsten Folgen einer defekten
Regulation des Zellzyklus (und somit einer unkontrollierten Zellvermehrung) ist Krebs.
1

Einführung
Molekularbiologie, Genetik und Krebs
Kapitel 3 gibt einen Überblick über die Molekularbiologie und die Genetik der Zelle, bevor
Zellveränderungen und Abnormalitäten beschrieben werden, welche einen Zusammenbruch der
Kontrolle des Zellwachstums und die Produktion maligner Zellen zur Folge haben.
Wissenschaftler wissen schon seit mehr als zwei Jahrzehnten, dass Krebs eine genetische
Krankheit ist und dass eine Veränderung der DNA dazu führen kann, dass eine Zelle sich
unkontrolliert zu teilen beginnt. Die meisten Krebserkrankungen sind die Folge eines Wechsels
in der Zell-DNA, welcher auch Mutation genannt wird. Kapitel 3 zeigt, wie eine Mutation den
Beginn der Krebserkrankung kennzeichnet und dass zwei Haupttypen von Genen, die Proto-
Onkogene und die Tumor-Suppressor-Gene, sehr anfällig für Mutationen sind und oft mit Krebs
in Verbindung gebracht werden. Die Proteine, die von diesen Genen produziert werden, sind
wichtige Faktoren, die an komplexen Vorgängen beteiligt sind, welche die normalen Kontrollen
bei der Zellteilung durchführen. Dieses Kapitel gibt einen Überblick darüber, wie
Abnormalitäten bei diesen Pfaden bei Tumorwachstum und Krebsentwicklung mitwirken. Auch
werden die Fähigkeiten von Krebszellen, sich vom Primärtumor zu lösen oder zu metastasieren,
beschrieben und es wird gezeigt, dass die Apoptose oder der Zelltod ein kritischer Punkt in der
Krebsentwicklung ist.
Ein kleiner Teil von Krebsarten wird vererbt, so dass Mutationen von einer Generation zur
nächsten weitergegeben werden. Es wird angenommen, dass dies bei etwa 5–10% aller
Mammakarzinome der Fall ist, welche mit einer vererbten Genveränderung in Verbindung
gebracht werden, nämlich BRCA1 und BRCA2. Allerdings muss noch intensiver erforscht
werden, wie hoch das Risiko ist, das mit solchen Genveränderungen verbunden ist und wie
weit ein genetisches Screening sinnvoll ist. Die Aufgaben der Pflegenden im Umgang mit
Patientinnen mit Genveränderungen oder mit dem genetischen Screening würden den Rahmen
dieser Arbeit sprengen. Aber in der Bibliografie im Anhang 8 finden Sie Literaturhinweise zu
diesem Thema.
Das Immunsystem als Basis für biologische Krebstherapie
Das Verständnis des Immunsystems ist speziell wichtig für die biologische Therapie, weil es die
Basis für alle biologischen Therapien ist. Kapitel 4 versucht zu vermitteln, warum biologische
Therapien machbar wurden und Gegenstand von therapeutischer Krebsforschung sind, und wie
die Kenntnisse des Immunsystems für die therapeutischen Ansätze genutzt werden können. Die
fundamentalen Wirkungsweisen des Immunsystems wie Immunantwort, Antigene und Antikörper
und ihre speziellen Funktionen werden beschrieben, und es wird erklärt, wie Antikörper im
Labor für den klinischen Gebrauch hergestellt werden können.
Von der Theorie zur Therapie: spezifische Technologien für die Entwicklung
biologischer Therapien
Unser verbessertes Verständnis der molekularen Geschehnisse, die den biologischen Prozessen
unterliegen, hilft uns, die Therapien zu verstehen, die auf spezifische Molekularfehler bei
Krebszellen zielen. Beträchtliche technologische Fortschritte in Molekularbiologie und
Biotechnologie haben es möglich gemacht, neue Methoden zu entwickeln und den
Krebspatienten zugänglich zu machen. Kapitel 5 beschreibt revolutionäre Forschungstechniken
wie die DNA-Sequenzierung und widmet einer Prozedur, welche rekombinante DNA-
Technologie genannt wird, in der klinischen Praxis besondere Aufmerksamkeit. Es wird auch
gezeigt, wie technische Fortschritte die Entwicklung von Tests zur Suche von Faktoren ermöglicht
haben, welche in der Pathogenese von Krebs eine Rolle spielen. Die Entdeckung und
2

Einführung
Entwicklung neuer Therapien, die das Wachstum und die Ausbreitung von Krebs verhüten, ist
ebenfalls Thema dieses Kapitels.
Biologische Therapien: was ist möglich und wohin gehen wir?
Das Grundprinzip für den Gebrauch biologischer Therapien ist ihre Spezifität und ihre
Fähigkeit, gezielt auf Tumore zu wirken. Kapitel 6 gibt eine detaillierte Übersicht über die
verschiedenen Arten von biologischen Mitteln, die schon erforscht worden sind, wie Zytokine,
Antikörper, Gentherapien und Impfungen. Das Kapitel illustriert den Gebrauch dieser Mittel als
supportive oder direkte Antikrebstherapien und das Potential für zukünftige Entwicklungen.
Mehrere repräsentative biologische Wirkstoffe wie Granulozyten-stimulierender Faktor
(Filgrastim), rekombinantes Interleukin-2 und Herceptin ® werden detailliert beschrieben.
Fallstudien illustrieren die Unterschiede zwischen den nicht-spezifischen supportiven
Wirkstoffen, wie Filgrastim, nicht-spezifischen biologischen Wirkstoffen mit Antikrebs-Aktivität
wie Interleukin-2, und auf den Tumor zielgerichteten Wirkstoffen, die die Krebsbehandlung
revolutionieren, wie Herceptin ® .
Kapitel 7 weist in die Zukunft. Dramatische Veränderungen stehen bevor in der Art, wie Krebs
behandelt wird. Eine grundlegende Abkehr von toxischen, nicht-spezifischen Wirkstoffen, hin zu
einer Reihe neuer Wirkstoffe, die auf tumor-spezifische Proteine abzielen, wird stattfinden. Die
Forschung legt eine immer grösser werdende Reihe neuer Therapien vor. Weiter verbessert die
genetische Charakterisierung von Tumoren unser Verständnis darüber, warum zwei Tumoren
derselben Art sich verschieden verhalten können, und verhilft so zu massgeschneiderten
Therapien je nach Tumor-Charakteristik. Es ist vorauszusehen, dass die klinisch erhältlichen
biologischen Therapien in den nächsten fünf Jahren ausgebaut werden, eine Entwicklung, die
grossen Einfluss auf die zukünftige Behandlung von Krebspatienten haben wird. Kapitel 7
betrachtet die Rolle, die eine wachsende genetische Charakterisierung von Tumoren haben wird
und diskutiert die zukünftige Entwicklung von schon bestehenden Methoden wie Zytokin- und
Antikörper-Therapien. Zuletzt werden auch neue Betrachtungsweisen aufgezeigt.
Fortschritte in biologischen Therapien beeinflussen je länger je mehr die Praxis von
Onkologiepflegenden. Die Grund-Prinzipien und präklinischen Studien, die in diesem
Ausbildungshilfsmittel vorgestellt werden, stellen die Basis für Verständnis und erfolgreiche
Anwendung neuer Krebsbehandlungen im klinischen Rahmen dar. Als solche sollten sie für alle
Onkologiepflegenden von Interesse sein.
Wir hoffen, dass Sie dieses Weiterbildungs-Hilfsmittel interessant, instruktiv und vor allem
hilfreich für ihre Arbeit finden werden.
3

Krebs: die Geschichte bis heute
1
Einführung: Krebs – eine Last
Die Häufigkeit von Krebs und die Krebsmortalität sind während des vergangenen Jahrhunderts
in der industrialisierten Welt stetig gestiegen. Die Hauptgründe sind zunehmendes Alter und
Bevölkerungswachstum: die Wahrscheinlichkeit, an Krebs zu erkranken, steigt mit
zunehmendem Alter und die absolute Zahl von Erkrankungen steigt mit dem
Bevölkerungswachstum. Möglicherweise trägt auch eine bessere Diagnostik zur höheren
Anzahl erkannter Krebsfälle bei. Was auch immer die Gründe für die Zunahme sind, das
menschliche Leid, das durch Krebs verursacht wird, ist enorm, und die Kosten für die
Behandlung und Pflege von Krebspatienten tragen zur Kostenexplosion im Gesundheitswesen
bei.
Das Ausmass der Probleme, die durch Krebs verursacht werden, wird in einem kurzen
Überblick über die Daten von internationalen epidemiologischen Studien ersichtlich.
Umfassende Daten sind erhältlich von Organisationen wie der International Agency for
Research on Cancer (IARC), der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und vom US
Surveillance, Epidemiology and End Results (SEER) Programm, welches vom National Cancer
Institute (NCI) verwaltet wird. Diese Organisationen verfügen über grosse Datenbanken
bezüglich Krebs-Inzidenz und Mortalität. Etliche europäische Länder haben ebenfalls nationale
Krebs-Register eingerichtet, während Daten von Entwicklungsländern nur begrenzt erhältlich
sind. Vergleiche zwischen verschiedenen Ländern sind möglich durch Daten der IARC.
1.1

1
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Krebs stellt ein globales Gesundheitsproblem dar, aber es gibt Unterschiede zwischen den
verschiedenen Ländern bezüglich Häufigkeit, Krebsart und Mortalität. Welche Einflüsse sind
für diese Unterschiede verantwortlich?
2. Krebsprävention kann unterteilt werden in primäre, sekundäre und tertiäre Prävention.
Geben Sie bitte vier Beispiele für die primäre Prävention, drei für die sekundäre und zwei
für die tertiäre.
3. Therapeutische Möglichkeiten sind stark abhängig vom Tumorstadium. Zählen Sie bitte drei
Hauptgründe für chirurgische Behandlungen auf und erklären Sie diese.
4. Andere Therapiemöglichkeiten sind Radiotherapie, Hormontherapie und Chemotherapie.
Erklären Sie kurz das Hauptziel dieser drei Therapiearten und ihre wichtigsten
Nebenwirkungen.
5. Beschreiben Sie Methoden zur Verbesserung der Spezifität und Zielgenauigkeit von
Antikrebstherapien.
Die Antworten auf diesen Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.1.
1.2

1
Internationale Unterschiede in der Krebs-Häufigkeit
In der europäischen Union (EU) im Jahr 1996, dem ersten Jahr, aus dem Daten erhältlich sind
● wurden mehr als 1,5 Millionen Krebserkrankungen diagnostiziert
● starben 925’146 Menschen an Krebs, eine Häufigkeit von fast 250 Fällen auf 100’000
Menschen.
Tabelle 1.1 zeigt eine Darstellung verschiedener Krebsarten, ihre Häufigkeit und die Todesfälle
in der EU.
Was diese Tabelle nicht zeigt, sind die zum Teil beträchtlichen Unterschiede zwischen einzelnen
Ländern der EU. So ist zum Beispiel die altersangepasste Mortalitätsrate in Österreich bei
Männern 154,7 und bei Frauen 92,9 auf 100’000 Menschen, während sie in Grossbritannien
180,2 bei Männern und 126,9 bei Frauen auf 100’000 Personen ist.
Es bestehen zum
Teil beträchtliche
Unterschiede
zwischen einzelnen
Ländern der
EU.
Tabelle 1.1. Anzahl Krebserkrankungen und Krebstodesfälle für
alle Krebsarten in der EU 1996.
Ort Anzahl Erkrankungen Anzahl Todesfälle
Alle Lokalisationen* 1’541’987 925’146
Kolorektal 213’103 110’669
Brust 209’548 76’030
Lunge 191’348 180’570
Prostata 134’865 55’704
Fortpflanzungsorgane 109’008 43’544
Magen 74’965 59’088
Lymphom 59’800 27’041
Mundhöhle und Pharynx 55’638 19’930
Nieren 43’137 21’773
Pankreas 38’349 43’510
Leukämie 36’616 28’647
Melanom 33’886 8’415
Leber 28’369 33’354
Hirn und ZNS 26’444 20’832
Larynx 26’061 10’740
Ösophagus 24’778 23’061
Multiples Myelom 18’130 14’086
Schilddrüse 14’131 3’150
Andere 208’611 145’002
*Keine der oben erwähnten geschätzten Zahlen von Krebserkrankungen beinhaltet nicht-invasive
Krebserkrankungen oder Basalzell- und Schwammzell-Hautkrebs. Aber Hautkrebs ist häufiger als jede andere
Krebsart, und die Melanome machen nur 10% aller in Europa diagnostizierten Hautkrebse aus. Für das Jahr
2000 wurde die Diagnostizierung von über 1,3 Millionen Basalzell- und Schwammzell-Hautkrebsen allein in den
USA erwartet.
ZNS = Zentrales Nervensystem
Daten von der EUCAN Database (www-dep.iarc.fr/eucan/eucan.htm).
1.3

1
Die Probleme, die
weltweit durch
Krebs verursacht
werden, sind
gross.
Die Probleme, die weltweit durch Krebs verursacht werden, sind gross. Hier einige Zahlen zur
geschätzten Krebshäufigkeit und Mortalität für das Jahr 2000 in den USA:
● etwa 1’220’100 neue Krebserkrankungen werden diagnostiziert
● etwa 552’200 Menschen sterben an Krebs, das sind mehr als 1’500 täglich
● etwa jeder vierte Todesfall ist auf Krebs zurückzuführen.
Krebs ist also die zweitgrösste Todesursache in den USA, gleich hinter den Herztodesfällen.
Die Unterschiede
in den Krebs-
Mortalitäts-Raten
können nicht nur
in der EU
beobachtet
werden, sondern
auch
international.
Die Unterschiede in den Krebs-Mortalitätsraten können nicht nur in der EU beobachtet werden,
sondern auch international. Tabelle 1.2 zeigt die Anzahl Krebs-Todesfälle in einigen
ausgewählten Ländern der Welt zwischen 1994 und 1997. Die Gesamtzahl der Todesfälle ist
in allen Ländern vor allem bei Männern fast gleich, mit der beachtenswerten Ausnahme von
Russland. Jedoch zeigen die Zahlen der Karzinomerkrankungen von verschiedenen Organen
grosse Unterschiede in verschiedenen Ländern. So ist zum Beispiel die Häufigkeit von
Magenkrebs in China, Japan und Russland hoch, während Mundkarzinome in Frankreich sehr
viel häufiger sind. Brustkrebstodesfälle sind in Japan und China dafür niedrig. Solche
Unterschiede zeigen, dass Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel die Ernährung, die
Krebsentwicklung beeinflussen können.
Tabelle 1.2. Altersangepasste Krebstodesraten pro 100’000
Personen in einigen ausgewählten Ländern der Welt 1994–97.
Alle
Lokalisationen Mund Kolorektal Brust Prostata
Land Männer Frauen Männer Frauen Männer Frauen Frauen Männer
Frankreich 188,2 84,8 11,3 1,3 16,6 9,6 19,6 15,8
Deutschland 169,5 103,3 6,5 1,2 20,8 14,0 21,7 16,6
Spanien 173,2 79,8 7,0 0,9 16,4 10,0 17,5 13,9
England 164,2 116,5 2,9 1,1 18,0 11,6 24,5 16,6
Russland 237,1 107,6 9,1 1,1 18,2 12,6 16,1 7,2
Australien 156,7 98,2 4,1 1,2 20,2 13,3 19,9 19,0
Japan 155,2 75,7 3,1 0,8 17,1 9,9 7,7 5,1
China 149,9 83,5 2,6 1,1 7,9 6,4 5,0 NE
USA 156,0 108,3 3,2 1,1 15,2 10,4 20,0 15,9
Kanada 156,2 106,6 3,8 1,3 16,1 10,3 21,5 16,4
Lunge Uterus Magen Leukamie
Land Männer Frauen Cervix Andere Männer Frauen Männer Frauen
Frankreich 46,5 6,1 1,6 3,4 7,2 2,8 5,6 3,3
Deutschland 45,4 9,4 2,8 2,8 12,0 6,3 5,5 3,5
Spanien 48,7 3,9 1,8 2,5 6,6 3,5 4,5 3,2
England 46,6 20,5 3,0 2,1 9,5 3,9 4,7 3,0
Russland 70,5 7,0 5,0 4,9 36,9 15,3 5,1 3,5
Australien 38,8 13,6 2,6 1,7 6,6 2,7 6,1 3,6
Japan 31,7 8,5 1,9 2,0 30,2 12,3 4,1 2,5
China 37,3 15,8 3,0 NE 26,9 12,7 3,7 3,0
USA 52,3 26,6 2,4 2,5 4,4 2,0 6,3 3,7
Kanada 50,0 23,0 1,9 2,2 6,2 3,0 5,5 3,2
NE = nicht erhältlich
Daten von der EUCAN Database (www-dep.iarc.fr/eucan/eucan.htm) und der WHO.
1.4

1
Die internationalen Unterschiede in der Inzidenz ausgewählter Krebsarten sind in Abbildung 1.1
graphisch dargestellt. Die Unterschiede in der Inzidenz von Brust- und Prostatakrebs zwischen
China oder Japan und Westeuropa und Nordamerika sind beachtlich und liegen zwischen dem
dreifachen und mehr als dreissigfachen. Beachten Sie auch die Häufigkeit von Melanomen bei
australischen Männern und von Lungenkrebs bei Frauen in Hongkong.
Alterstandardisierte Inzidenzrate
(für 100'000 Frauen)
35
30
25
20
15
10
5
0
(A)
Japan
Ungarn
Hongkong
Spanien
Finnland
Australien
Schweden
Kanada
USA – Weisse
China
Alterstandardisierte Inzidenzrate
(für 100'000 Frauen)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
(B)
Alterstandardisierte Inzidenzrate
(für 100'000 Männer)
(C)
70
60
50
40
30
20
10
0
Japan
Ungarn
Hongkong
Spanien
Finnland
Australien
Schweden
Kanada
USA – Weisse
China
Alterstandardisierte Inzidenzrate
(für 100'000 Männer)
China
Japan
Ungarn
Hongkong
Spanien
Finnland
Australien
Schweden
Kanada
USA – Weisse
(D)
30
25
20
15
10
China
Japan
Ungarn
Hongkong
Spanien
Finnland
Australien
Schweden
Kanada
USA – Weisse
5
0
Abbildung 1.1. Internationale Unterschiede in der Inzidenz von ausgewählten Krebsarten: (A)
Lungenkrebs bei Frauen; (B) Brustkrebs bei Frauen; (C) Prostatakrebs bei Männern; und (D)
Melanome bei Männern. Reproduziert mit Erlaubnis von Tannock IF, Hill RP, Herausgeber. The Basic
Science of Oncology, 3rd ed. New York: McGraw-Hill; 1998. Seite 16.
Solche Unterschiede in der Krebsinzidenz sind auch innerhalb bestimmter Länder sichtbar. So
hat zum Beispiel die EUROCARE II Studie gezeigt, dass die relative Inzidenz von laryngealem
Karzinom zwischen 11,6 in Tarragona und 18,2 in Baskenland variiert, beides Regionen in
Spanien. Diese Unterschiede zeigen, dass Umweltfaktoren wie zum Beispiel Ernährung und
Tabakkonsum oder auch genetische Unterschiede eine Rolle spielen.
Veränderungen in der Krebsinzidenz über die Zeit
Die Krebsinzidenz variiert nicht nur zwischen verschiedenen Ländern, sondern auch über die
Zeit. Abbildung 1.2 zeigt, wie stark die Veränderung über die zweite Hälfte des 20.
Jahrhunderts in ausgesuchten Ländern Europas war.
1.5

1
Standard-Mortalitätsrate
Standard-Mortalitätsrate
Standard-Mortalitätsrate
Standard-Mortalitätsrate
140
120
100
80
60
40
20
0
25
20
15
10
5
0
12
10
8
6
4
2
0
35
30
25
20
15
10
5
0
(A)
1952
1956
(C)
(E)
1980
(G)
1960
1964
1968
1972
1982
1984
1986
Jahr
Jahr
1976
1980
1984
1988
1992
1996
1968
1972
1976
1980
1984
1988
1992
1996
Jahr
1952
1956
1960
1964
1968
1972
Jahr
1988
1990
1992
1994
1996
1976
1980
1984
1988
1992
1996
Standard-Mortalitätsrate
Standard-Mortalitätsrate
220
200
180
160
140
120
100
80
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
(B)
(D)
1952
1956
1960
1964
England
Frankreich
Deutschland
Italien
Die Niederlande
Spanien
1968
1972
Jahr
Jahr
1976
1980
1984
1988
1992
1996
1968
1972
1976
1980
1984
1988
1992
1996
Abbildung 1.2. Standardisierte Krebsmortalitätsraten für alle Krebsarten (A, Frauen; B, Männer), Lungenkrebs (C, Frauen;
D, Männer), Kolonkarzinom (E, Frauen; F, Männer) und Mammakarzinom (G, nur Frauen) in ausgewählten Ländern
Europas. Daten von der EUCAN database (www-dep.iarc.fr/eucan/eucan.htm).
Standard-Mortalitätsrate
16
14
12
10
8
6
4
2
0
(F)
1980
1982
1984
1986
Jahr
1988
1990
1992
1994
1996
1.6

1
Die Grafiken zeigen, dass die Mortalitätsraten für alle Krebsarten in diesen Ländern ihren
Höhepunkt in den 1970er Jahren hatten, und dass sie seitdem bei Männern und Frauen
gesunken sind. Allerdings ist es interessant, dass die Mortalitätsrate von Lungenkrebs bei
Männern in den letzten Jahren gesunken ist, während sie bei Frauen weiterhin ansteigt. Dies ist
eine Folge des steigenden Tabakkonsums bei Frauen in der EU und wurde auch in den USA
beobachtet (Abbildung 1.3).
80
(A)
Rate für 100'000 Frauen
60
40
20
Kolon und Rektum
Ovarien
Lungen und Bronchien
Pankreas
Brust
Magen
Uterus
0
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Jahr
80
(B)
Rate für 100'000 Männer
60
40
20
Kolon und Rektum
Leber
Lungen und Bronchien
Pankreas
Prostata
Magen
0
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Jahr
Abbildung 1.3. Altersangeglichene Krebsmortalitätsraten für: (A) Frauen und (B) Männer nach
Organbefall in den USA 1930–96. Reproduziert mit Erlaubnis von der American Cancer Society
(www3.cancer.org).
1.7

1
Die Auswirkungen von Therapie auf das Überleben
Bis heute hatte
die Behandlung
von Karzinomen
auf die
Gesamtüberlebensraten
nur
wenig Einfluss,
auch wenn
Therapien das
Überleben
verlängern
können.
Die Unterschiede in der Krebsinzidenz zwischen verschiedenen Ländern und Regionen und die
Veränderungen der Mortalitätsraten über die Zeit zeigen den Einfluss von
Umweltveränderungen und verschiedenen Lebensstilen, aber auch den Effekt, den
Früherkennung und Screening haben. Allerdings hatte bis heute die Behandlung von
Karzinomen auf die Gesamtüberlebensraten nur wenig Einfluss, auch wenn Therapien das
Überleben verlängern. So überlebt ein Krebspatient heute länger mit der Behandlung, aber das
Endresultat ist dasselbe – Tod durch Krebs.
Die Überlebensrate über eine vorgegebene Zeit nach Diagnosestellung ist ein wichtiger
Parameter, um die Wirksamkeit von Krebstherapien zu beurteilen. So können die Unterschiede
der 5-Jahres-Überlebensraten Hinweise geben, wie sich diagnostische, erzieherische,
diätetische und am meisten wohl therapeutische Massnahmen auswirken. Tabelle 1.3 zeigt die
Veränderungen in den 5-Jahres-Überlebensraten in der Zeit von 1978 bis 1989 in Europa.
Tabelle 1.3. Veränderungen in den 5-Jahres-Überlebensraten in
Europa nach Jahr und Diagnose, 1978–89.
Relative 5-Jahres-Überlebensrate (%)
Ort 1978–80 1984–86 1987–89
Hirn 18 18 21
Brust (Frauen) 66 71 72
Kolon 40 48 48
Ösophagus 5 8 9
Hodgkin-Lymphom 66 73 73
Nieren 44 47 50
Chronisch Lymphatische
Leukämie 53 63 66
Leber 3 3 6
Lunge* 27 29 29
Melanom** 75 80 84
Multiples Myelom 27 30 27
Non-Hodgkin Lymphom 43 46 50
Ovarien 30 35 33
Pankreas 4 4 4
Rektum 38 42 46
Magen 17 21 21
Hoden 79 86 92
Knochen 40 55 53
Weichteile 55 60 59
Uterus (Cervix) 61 63 64
Uterus (Corpus) 75 75 75
*Es sind nur 1-Jahres-Überlebensraten erhältlich und hier aufgeführt.
**Es sind nur 5-Jahres-Überlebensraten für 15–44-jährige erhältlich und hier aufgeführt.
Daten von der EUROCARE II Studie.
1.8

1
Es ist sofort erkennbar, dass die 5-Jahres-Überlebensraten für Krebsarten wie Leber-, Pankreasund
Ösophagus-Krebs sehr schlecht sind, obschon sich die Überlebensrate für Ösophaguskrebs
in diesen 10 Jahren nahezu verdoppelt hat. Auch die 5-Jahres-Überlebensraten für andere
Krebsarten sind in diesen 10 Jahren angestiegen, so zum Beispiel für Hodenkrebs,
Knochenkrebs und chronische lymphatische Leukämie. Dies ist fast ausschliesslich auf eine
verbesserte Früherkennung und Frühintervention zurückzuführen. Bei einigen Krebsarten, wie
zum Beispiel Pankreas-, Lungen- und Gebärmutterkrebs oder dem multiplen Myelom sind
zwischen 1979 und 1989 keine Verbesserungen sichtbar.
Vermutlich werden sich die Überlebensraten bei einigen Tumorerkrankungen in den nächsten
Jahrzehnten nochmals verbessern. Ein erfreuliches Beispiel dafür ist die Entwicklung beim
Brustkrebs in England in den letzten fünf Jahren, wo sich das verbesserte Screening positiv auf
die Überlebenszeiten ausgewirkt hat. Die Entdeckung einiger auslösender Faktoren und der
vermehrte Gebrauch von Antikrebstherapien haben vermutlich ebenfalls ihren Teil zu dieser
Entwicklung beigetragen.
Krebsvorsorge
Bevor wir auf die Geschichte der Krebsbehandlung zu sprechen kommen, ist es sicher sinnvoll,
ein Kapitel der Krebsvorsorge zu widmen, denn wie vorher gezeigt wurde, haben die folgenden
Präventivmassnahmen Entscheidendes dazu beigetragen, die Überlebensraten zu erhöhen:
● Prävention (primäre Prävention)
● Früherfassung (sekundäre Prävention) zu einem Zeitpunkt, wo die Behandlung noch grössere
Aussichten auf Erfolg hat
● Prophylaktische Operationen, z.B. Mastektomie, oder Chemoprävention (tertiäre Prävention).
Pflegefachfrauen haben eine wichtige Aufgabe in der Krebsprävention und sollten Wert auf
regelmässige Überwachung und Screening legen. Sie haben eine Schlüsselrolle in der Erkennung
von Hochrisikopersonen und können Lebensstil, Familiengeschichte und Risiken an Arbeitsplätzen
oder in der Umwelt richtig einschätzen. Ihr Einsatz in der Prävention sollte auch die Beratung und
Begleitung derjenigen Personen einschliessen, die ein höheres Krebsrisiko haben.
Faktoren in Zusammenhang mit der Krebsentstehung
Viele der primär und/oder sekundär verursachenden Faktoren (Karzinogene), die in der
Krebsentstehung (Karzinogenese) eine Rolle spielen, sind erkannt worden. Die Karzinogenese
kann in verschiedene Phasen eingeteilt werden: Initiation, Promotion und Transformation, so wie
in Kapitel 2 und 3 beschrieben. Der Schlüssel zur Primärprävention ist die Vermeidung von
Faktoren, die zur Initiation und Promotion von Tumoren führen können. Epidemiologische
Studien haben entscheidend zur Erkennung dieser Umweltfaktoren beigetragen, die nun zum
Ziel von Präventivmassnahmen wurden.
Rauchen
Zigarettenrauchen ist verantwortlich für mehr als 3 / 4 aller Lungenkrebserkrankungen und für etwa
30% aller Krebstodesfälle. Wer täglich 2 oder mehr Pakete Zigaretten raucht, hat ein 15- bis
25-mal höheres Risiko, an Krebs zu sterben als ein Nichtraucher.
Tabakgenuss ohne Rauchen
Der Gebrauch von Kautabak oder das Sniffen erhöht das Risiko von Mund-, Larynx-, Hals- und
Ösophaguskrebs.
. . . die 5-Jahres-
Überlebensraten
für Krebsarten
wie Leber-,
Pankreas- und
Ösophagus-Krebs
sind sehr schlecht
. . .
Zigarettenrauchen
ist
verantwortlich für
mehr als 3 / 4 aller
Lungenkrebserkrankungen
und für
etwa 30% aller
Krebstodesfälle.
1.9

1
Alkohol
Karzinome im Bereich von Mund, Larynx, Pharynx, Ösophagus und Leber sind häufiger bei
schweren Alkoholikern.
Sonnenbestrahlung
Sonnenlicht ist ein wichtiger Faktor in der Entstehung zahlreicher Hautkrebsarten, vor allem des
Melanoms. Geographische Zonen mit erhöhter UV-Belastung haben hohe Raten von
Melanomerkrankungen, zum Beispiel Australien.
Östrogen
Östrogen-Ersatztherapien können das Risiko von Brustkrebserkrankungen erhöhen. Dieses Risiko
muss aber sorgfältig gegen die Vorteile abgewogen werden.
Bestrahlung
Starke Exposition zu ionisierenden Strahlen, z.B. Röntgenstrahlen, kann das Krebsrisiko
erhöhen. Übermässiger Kontakt zu Radon, einem radioaktiven Gas, in Häusern sollte
vermieden werden, weil es das Lungenkrebsrisiko erhöht. Besonders Raucher, die diesem Gas
ausgesetzt sind, sind gefährdet.
Berufsrisiken
Zahlreiche Industriemittel, wie zum Beispiel Nickel, Chrom, Asbest und Vinylchlorid erhöhen
das Krebsrisiko.
Ernährung
Bei adipösen Personen scheint das Risiko von Krebserkrankungen in Bereich von Kolon, Brust
und Gebärmutter erhöht zu sein. Zu hoher Fettkonsum kann zur Entstehung von Brust-, Kolon-,
und Prostatakarzinomen führen. Faserreiche Ernährung kann helfen, das Risiko von
Kolonkarzinomen zu senken. Eine vielseitige Ernährung mit viel Gemüse und Früchten, die die
Vitamine A und C enthalten, senkt das Risiko für eine Vielzahl von Krebsarten. Gepökelte,
geräucherte und mit Nitrit behandelte Lebensmittel wurden mit Ösophagus- und
Magenkarzinomen in Verbindung gebracht.
Der European Code Against Cancer wird in Tabelle 1.4 dargestellt und empfiehlt einfache
Massnahmen, die auf den oben erwähnten Faktoren beruhen, und die helfen können,
bestimmte Krebsarten zu vermeiden und die allgemeine Gesundheit zu erhöhen.
Krebs-Überwachung und Screening
Eine grosse Anzahl von Untersuchungen für die sekundäre Prävention, d.h. die Früherkennung
von Krebs bei Personen mit durchschnittlichem Risiko, die noch keine Symptome zeigen, können
durchgeführt werden. Diese sind von Land zu Land verschieden, je nach finanziellen Mitteln
und Prioritäten. Die Tests für Brust- und Gebärmutterkrebs in Tabelle 1.4 sind relativ einfach und
können entscheidend zur Früherkennung und somit zur Überlebensrate beitragen. Andere Test
und Screening-Verfahren sind:
● Sigmoidoskopie und Polyp-Entfernung bei Kolorektal-Karzinom
● Stuhltest auf verborgenes Blut für Krebs des Verdauungstraktes
● Digitale Rektaluntersuchung für Prostatakarzinom
● Mammographie und Ultraschall für Brustkrebs
● Tumormarker für Ovarialkarzinom, z.B. CA125-Spiegel im Blut.
1.10

1
Tabelle 1.4. Die 10 Empfehlungen des “European Code Against
Cancer„
Bestimmte Krebsarten können vermieden und die allgemeine Gesundheit
verbessert werden, wenn Sie einen gesünderen Lebensstil haben.
1. Rauchen Sie nicht. Wenn Sie Raucher sind, sollten Sie so schnell wie möglich
aufhören zu rauchen. Rauchen Sie nicht in der Gegenwart anderer. Wenn Sie nicht
rauchen, experimentieren Sie nicht mit Tabak.
2. Wenn Sie Alkohol trinken, reduzieren Sie Ihren Konsum, egal ob Sie Bier, Wein
oder Spirituosen trinken.
3. Essen Sie mehr frische Früchte und Gemüse. Essen Sie regelmässig faserhaltige,
ballastreiche Nahrungsmittel.
4. Vermeiden Sie Übergewicht, bewegen Sie sich regelmässiger und essen Sie
fettärmer.
5. Vermeiden Sie übermässige Sonnenbestrahlung und vermeiden Sie Sonnenbrände,
v.a. bei Kindern.
6. Seien Sie strikt in der Vermeidung von jeglichem Kontakt mit bekannten
krebsfördernden Stoffen. Befolgen Sie alle Gesundheits- und Sicherheitsinstruktionen
im Umgang mit Substanzen, die krebsfördernd sein können.
Auch andere Krebsarten können geheilt werden,
wenn sie früh entdeckt werden
7. Suchen Sie einen Arzt auf, wenn Sie einen Knoten spüren, eine Wunde haben, die
nicht heilt (auch im Mund), einen Leberfleck der sich in Grösse, Aussehen oder
Farbe verändert oder bei aussergewöhnlichen Blutungen.
8. Suchen Sie einen Arzt auf, wenn Sie ein chronisches Problem haben (z.B. chronischen
Husten oder Heiserkeit), eine Veränderung in Stuhl- oder Urinausscheidungen
feststellen oder ungewollt Gewicht verlieren.
Für Frauen
9. Lassen Sie regelmässig einen Gebärmutterhalsabstrich machen. Nehmen Sie an
Vorsorgeprogrammen für Gebärmutterhalskrebs teil.
10. Untersuchen Sie regelmässig Ihre Brüste. Lassen Sie regelmässig eine
Mammographie machen, wenn Sie über 50 sind.
Die Häufigkeit, mit der solche Vorsorgeuntersuchungen routinemässig gemacht werden, und das
Alter, in dem damit begonnen wird, variiert von Land zu Land, obwohl internationale
Empfehlungen existieren. Häufigkeit, Umfang und Art der Untersuchungen sollten bei Personen
mit erhöhtem Krebsrisiko erweitert werden. Gentests wie BRCA1 und BRCA2 bei Frauen mit
einer Familienbelastung durch Brustkrebs können zeigen, welche Frauen tatsächlich ein
erhöhtes Krebsrisiko durch eine Gen-Anomalie aufweisen.
Prophylaktische Operationen und Chemoprävention
Die tertiäre Prävention, mit Hilfe chirurgischer oder medikamentöser Massnahmen, ist für
Hochrisikopersonen von Bedeutung. So ist zum Beispiel die prophylaktische beidseitige
Mastektomie eine Präventionsmöglichkeit für Frauen mit einem sehr hohen Risiko für Brustkrebs.
Es wurde gezeigt, dass diese Massnahme bei jungen Frauen, die eine BRCA1 oder BRCA2
Mutation haben, eine Risikoverminderung von bis zu 90% mit sich bringt. Jedoch bedeutet
dieser Schritt einen grossen Einschnitt in Körper und Seele, und die Entscheidung dafür fällt
vielen Frauen sehr schwer. Daher sind nur wenige Daten vorhanden, die Auskunft geben über
Langzeitwirkungen und über die psychologischen und sozialen Folgen dieses Eingriffs. Zurzeit
ist die Akzeptanz unter europäischen Frauen für diese Art von Prophylaxe sehr niedrig. Ganz
sicher muss die Entscheidung zur prophylaktischen Operation ganz allein Sache der
1.11

1
Betroffenen sein und kann nur nach gründlicher Beratung durch ein multidisziplinäres Team und,
wenn nötig, mit genetischen Tests gefällt werden. Pflegefachfrauen müssen sich bewusst sein,
welch komplexe Problematik das Testen von BRCA1 und BRCA2 und eine nachfolgende
prophylaktische Mastektomie mit sich bringt, um die betroffenen Frauen gut beraten und
informieren zu können und so in der Entscheidungsfindung eine Hilfe zu sein. Eine detaillierte
Beratung ist äusserst wichtig.
Chemoprävention hat zum Ziel, mit Medikamenten die Krebsinzidenz bei Menschen, die ein
hohes Krebsrisiko haben, zu senken. So wurde zum Beispiel die Wirkung von Antiöstrogenen
(Tamoxifen) als Chemoprävention bei erhöhtem Brustkrebsrisiko in drei randomisierten,
kontrollierten Studien untersucht, diese haben aber unterschiedliche Resultate gezeigt. Forscher
vom National Surgical Adjuvant Breast and Bowel Project (NSABP) fanden heraus, dass
Tamoxifen die Inzidenz von Brustkrebs fast um die Hälfte senkte, während britische und
italienische Studien keinen nennenswerten Vorteil von Tamoxifen nachweisen konnten. Diese
verschiedenen Aussagen sind teilweise darauf zurückzuführen, dass Unterschiede bestanden in
der Beurteilung von Krebsrisiko-Charakteristika, dass die Studiengruppen unterschiedlich gross
waren, dass Hormonersatztherapien verschieden angewandt wurden und andere Faktoren nicht
übereinstimmten. Eine laufende NSABP-Studie vergleicht die Effektivität von Raloxifen mit
derjenigen von Tamoxifen bei post-menopausalen Frauen mit erhöhtem Risiko (basierend auf
dem Alter, der Anzahl erstgradiger Verwandter mit Brustkrebs, der Anzahl Kinder und dem
Alter der ersten Menstruation).
Der Wert der Tamoxifen-Prophylaxe bleibt kontrovers und wegen der Gefahr von
Nebenwirkungen auf die Gefässe (Thromboserisiko) und das Endometrium, müssen Frauen,
welche potentielle Kandidatinnen für diese Art der Chemoprävention sind, bezüglich Nutzen
und Risiken gut beraten werden. Die Vorteile der prophylaktischen Mastektomie sind verglichen
mit denen der Chemoprävention zurzeit nicht bekannt, weil entsprechende Studien fehlen.
Krebsbehandlung im historischen Blickwinkel
Die Wahl der
Art der
Tumorbehandlung
ist abhängig
vom Stadium der
Tumorerkrankung
. . .
Heute bietet die
Chirurgie die
grösste
Heilungschance
für viele
Krebsarten . . .
Die Wahl der Art der Tumorbehandlung ist abhängig vom Stadium der Tumorerkrankung, d.h.
von der Grösse des Tumors und davon, zu welchem Grad er in das umliegende Gewebe
eingedrungen ist und ob er Fernmetastasen gebildet hat. Behandlungsmöglichkeiten können in
folgende Klassen eingeteilt werden:
● Chirurgie
● Radiotherapie
● Antihormonelle (endokrine) Therapie
● Chemotherapie
● Biologische Therapie (auch Immuntherapie genannt).
Chirurgie
Die Chirurgie ist die älteste Form von Krebsbehandlung. Vor der Entdeckung der Anästhetika
und Antisepsis (Methoden wie die Instrumentendesinfektion um Infektionen vorzubeugen), war
die Chirurgie sehr schmerzhaft und risikoreich für den Patienten. Heute bietet die Chirurgie die
grösste Heilungschance für viele Krebsarten und etwa 60% aller Krebspatienten haben im
Verlauf ihrer Krankheit irgendeine Art von Operation.
1.12

1
Operative Eingriffe können in mancherlei Hinsicht hilfreich sein:
● Präventiv. Die Entfernung einer Geschwulst, die zwar gutartig ist, aber von der man weiss,
dass sie entarten könnte (z.B. Polypen im Kolon) oder eines Organs (z.B. die
prophylaktische Mastektomie bei Frauen mit erhöhtem Brustkrebsrisiko oder die Kolektomie
bei Patienten mit einem hohen Risiko für Kolon-Karzinom wegen einer FAP Genmutation).
● Diagnostisch. Die Entnahme von Gewebsproben zur Diagnosestellung und Spezifizierung
der Krebsart.
● Staging. Das Feststellen der Ausbreitung der Krankheit, mittels Laparoskopie oder
Laparotomie.
. . . etwa 60%
aller
Krebspatienten
haben im Verlauf
ihrer Krankheit
irgendeine Art
von Operation.
● Kurativ. Die Entfernung des Tumors, falls er lokalisiert ist, in der Hoffnung, damit das ganze
Krebsgewebe entfernt zu haben. Dies wird als primäre Krebsbehandlung bezeichnet.
● Palliativ. Die Behandlung von Komplikationen der fortgeschrittenen Krebserkrankung, z.B.
um eine Schmerzkontrolle und Verbesserung der Lebensqualität zu erreichen.
● Supportiv. Als Hilfe für die Behandlung, z.B. das Einpflanzen eines Venenzugangs um die
Chemotherapie zu ermöglichen.
● Wiederaufbau. Wiederherstellen eines Organs entweder aus ästhetischen Gründen oder um
die Funktion wieder zu gewährleisten, z.B. Brustrekonstruktion oder Prothesen-Implantation.
Radiotherapie
Die Radiotherapie nutzt Hochenergiepartikel oder Wellen wie Röntgen- oder Gammastrahlen,
um Krebszellen zu zerstören oder zu beschädigen. Sie ist eine der ältesten und
kostenwirksamsten Krebstherapien und es wird geschätzt, dass etwa 50–60% aller
Krebspatienten im Laufe ihrer Krankheit bestrahlt werden. Die Bestrahlung wirkt eher lokal, weil
nur Zellen im bestrahlten Bereich betroffen werden. Radiotherapie kann in verschiedenen
Krankheitsstadien angewandt werden. Im Frühstadium wird sie mit kurativer Absicht angewandt
oder mit der Absicht, die Krankheit zu kontrollieren. Auch kann sie präoperativ von Nutzen
sein, um die Tumormasse zu verkleinern oder postoperativ, um ein Rezidiv zu verhindern. Im
fortgeschrittenen Stadium ist die Bestrahlung hilfreich, um Symptome zu bekämpfen, z.B.
Schmerzen. Die häufigste Form von Radiotherapie ist die externe Radiotherapie, d.h.
Radiotherapie, die durch einen Bestrahlungsapparat auf den Tumor gerichtet wird. Aber es gibt
auch die Möglichkeit einer inneren Anwendung von Strahlen, indem radioaktive Partikel in den
Tumor platziert werden (Brachytherapie) oder durch Injektion radioaktiver Lösungen
(radioisotope Therapie). Bei gewissen Karzinomen kann Radiotherapie kombiniert werden mit
Operation oder Chemotherapie.
Während die Bestrahlung die Krebszellen zerstören kann, hat sie auch eine Wirkung auf die
umliegenden normalen Zellen. Dieser unspezifische Effekt kann eine Reihe von
Nebenwirkungen verursachen, die in ihrer Stärke stark variieren können, je nach Lokalität und
Strahlendosis, die aber auch von Person zu Person verschieden sind. Diese sind:
● Müdigkeit
● Hämatologische Toxizität
● Stomatitis
● Appetitverlust
Die
Radiotherapie
nutzt Hochenergie-
Partikel oder
Wellen wie
Röntgen- oder
Gammastrahlen,
um Krebszellen
zu zerstören oder
zu beschädigen.
. . . etwa
50–60% aller
Krebspatienten
werden im Laufe
ihrer Krankheit
bestrahlt.
1.13

1
● Hautverbrennungen
● Heiserkeit
● Haarverlust
● Schluckbeschwerden
● Übelkeit und Erbrechen
● Durchfall.
Hormonelle (endokrine) Therapie
Hormon-Therapie ist die Behandlung mit Medikamenten, die in die Hormonproduktion oder
Hormonwirkung eingreifen oder die chirurgische Entfernung von Hormon produzierenden
Drüsen um Krebszellen zu töten oder ihr Wachstum zu verlangsamen (z.B. die Entfernung der
Ovarien bei Brustkrebs). Bei der medikamentösen Therapie werden normalerweise Mittel
angewandt, die die Produktion oder Wirkung von weiblichen oder männlichen
Geschlechtshormonen beeinflussen. Sie werden benutzt, um das Wachstum von Brust-, Prostataoder
Endometriumkarzinomen zu verlangsamen. Beispiele von Hormontherapien sind
Östrogene (Ethinylestradiol), Anti-Östrogene (Tamoxifen), Aromatasehemmer (Letrozol,
Anastrazol), Progesterone (Medroxyprogesteron, Megestrol), Androgene (Nandrolon) und Anti-
Androgene (Aminoglutethimid, Cyproteron).
Hormonelle Therapien haben weniger Nebenwirkungen als Chemotherapeutika, weswegen sie
geeignet für prophylaktische Behandlungen sind. Aber viele Frauen verspüren doch
Nebenwirkungen wie:
● Wallungen und Schweissausbrüche
● Nausea, Diarrhö und Verdauungsbeschwerden
● Gewichtszunahme
● Veränderungen im Menstruationszyklus
● Muskelkrämpfe
Chemotherapie
wirkt, indem sie
schnell teilende
Zellen tötet.
Jedoch besteht
kein absoluter
Unterschied
zwischen der
Zellteilung von
normalen Zellen
und der von
Krebszellen.
● Stimmungsschwankungen
● Allergische Reaktionen
● Kopfschmerzen
● Thrombosen.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Langzeittherapie mit Tamoxifen mit einem erhöhten
Vorkommen von Endometrium-Karzinomen in Zusammenhang gebracht wird. Jedoch ist diese
Krebsart leichter behandelbar als Brustkrebs und somit überwiegen die Vorteile von
Langzeitbehandlungen mit Tamoxifen gegenüber den Nachteilen.
Chemotherapie
Chemotherapie ist der Gebrauch von Medikamenten zur Krebsbehandlung.
Chemotherapeutische Medikamente werden oft als antineoplastisch (Antikrebs) und zytotoxisch
(zelltötend) beschrieben. Chemotherapie wirkt, indem sie schnell teilende Zellen tötet. Jedoch
1.14

1
besteht kein absoluter Unterschied zwischen der Zellteilung von normalen Zellen und der von
Krebszellen. So muss jedes Mal, wenn eine Chemotherapie verabreicht wird, das Gleichgewicht
gefunden werden zwischen der Zerstörung von Tumorzellen, um den Krebs zu behandeln, und
dem Bewahren der normalen Zellen, um Nebenwirkungen erträglich zu halten. Es ist wichtig zu
verstehen, dass die zytotoxische Therapie nicht spezifisch auf Krebszellen wirkt.
Es existiert eine grosse Bandbreite an Chemotherapeutika und sie können grob in Gruppen,
gemäss Tabelle 1.5, eingeteilt werden. Jede Gruppe wirkt auf eigene Art in verschiedenen
Stadien des Zellzyklus (siehe Kapitel 2 für Details des Zellzyklus). Sie können also in
verschiedenen Kombinationen und in verschiedenen Reihenfolgen angewandt werden, um ihren
zytotoxischen Effekt möglichst optimal auszunutzen. Dies erklärt die Komplexität mancher
Standard-Chemotherapien, die in der Praxis angewandt werden und bei denen oft drei oder
vier Medikamente nacheinander oder in Kombination verabreicht werden.
Chemotherapie kann vier Hauptziele haben:
● Reduktion der Tumormasse vor der Operation
● Krebsheilung
● Kontrolle der Krankheit (Ausbreitung stoppen)
● Palliation (Symptomlinderung und Erhöhung der Lebensqualität, normalerweise ohne
Verlängerung der Lebenszeit).
Chemotherapie kann in verschiedenen Situationen gegeben werden:
● Neoadjuvant, d.h. vor der Operation bei Primärerkrankung. Dies wird angewandt um die
Tumormasse eines grossen Tumors zu reduzieren, so dass er sicherer und mit einer weniger
ausgedehnten Operation entfernt werden kann.
● Adjuvant, d.h. nach der Operation bei Primärerkrankung. Ziel ist, dem erneuten Wachstum
des Tumors vorzubeugen und allfällige im Körper verbliebene Zellen nach Operation oder
Bestrahlung abzutöten.
● Als Haupttherapie bei Krankheiten wie Lymphomen oder Leukämien, bei welchen die
Operation nicht möglich ist.
● Bei Metastasen. Hier wird Chemotherapie angewandt, um entweder die Krankheit zu heilen,
zu verhindern dass sie sich weiter ausbreitet oder zur Symptompalliation, je nach Krebsart
und Ausdehnung der Metastasen. Es können mehrere Therapiezyklen bei Patienten mit
metastasierenden Karzinomen gemacht werden: zuerst die First-Line-Therapie, als erste
Therapie, die auch als aktivste Therapie angesehen wird, danach die Second-Line-Therapie
und weitere Therapien, wenn die First-Line-Therapie erfolglos war oder die Krankheit wieder
aufflammt.
Chemotherapie kann auf viele Weisen verabreicht werden, dies hängt einerseits vom Mittel und
andererseits von der Tumorlokalisation ab:
● intravenös
● oral
● topisch
● intramuskulär
Chemotherapie
kann auf viele
Weisen verabreicht
werden,
dies hängt einerseits
vom Mittel
und andererseits
von der
Tumorlokalisation
ab.
1.15

1
Tabelle 1.5. Arten von Chemotherapie-Medikamenten.
Chemotherapie- Aktionsmechanismus und
Klasse behandelte Krebsarten Beispiele
Alkylierende Wirkstoffe Wirken direkt auf die DNA, um Busulphan,
(Alkylantien) Krebszellen an der Reproduktion zu Carboplatin,
hindern. Werden gegen chronische Cisplatin,
Leukämie, Non-Hodgkin-Lymphome, Cyclophosphamid,
Morbus Hodgkin, Multiple Myelome Dacarbazin,
und gewisse Brust-, Lungen- und Ifosfamid
Ovarialkarzinome eingesetzt
Antimetaboliten Haben Auswirkungen auf DNA- 5-Fluoro-Uracil,
und RNA- Wachstum. Werden zur Methotrexat,
Behandlung von chronischen
Gemzitabin,
Leukämien und von Tumoren der Cytarabin,
Ovarien und des GI-Traktes
Fludarabin
eingesetzt
Antitumor-Antibiotika Haben Auswirkungen auf DNA- Bleomycin,
Metabolismus und Mitose oder Dactinomycin,
verändern Zellmembranen.
Daunorubicin,
Gebrauch bei einer Vielzahl von Doxorubicin
Karzinomen
Epirubicin
Mitosehemmer Hemmen die Mitose oder hemmen Paclitaxel,
Enzyme, die in der Proteinsynthese Docetaxel,
involviert und zur Zellreproduktion Etoposid,
nötig sind. Gebrauch bei einer Vinblastin,
Vielzahl von Karzinomen
Vincristin,
Vinorelbin
Nitroso-Harnstoffe Wirken gleich wie Alkylantien, Nitroso-Harnstoff,
indem sie die zur DNA-Reparatur Carmustin,
bestimmten Enzyme hemmen.
Lomustin
Werden zur Behandlung von
Hirntumoren und auch von
Non-Hodgkin-Lymphomen, multiplen
Myelomen und Melanomen eingesetzt
Kortikosteroide Natürliche Hormone oder Prednison
hormonähnliche Medikamente, die zur Dexamethason
Behandlung bestimmter Karzinome
(wie Lymphom, Leukämie, multiples
Myelom) gebraucht werden können.
Werden oft benützt, um die Nebenwirkung
anderer Chemotherapeutika zu senken
Andere Verschiedene Wirkungsmechanismen L-Asparaginase,
Amsacrin,
Tretinoin
1.16

1
● subkutan
● intraarteriell
● intrapleural
● intraperitoneal
● intravesikal
● intrathekal
● intraläsional.
Von diesen ist die intravenöse Anwendung die Häufigste. Chemotherapeutische Mittel, die auf
diesem Wege verabreicht werden, erreichen normalerweise den ganzen Körper und töten
Krebszellen, aber auch gesunde Zellen, die sich gerade teilen. So ist eines der Ziele in der
Entwicklung neuer Medikamente, verträglichere Methoden zu finden, z.B. orale Anwendung,
oder Methoden, die nur in dem Körperteil wirken, wo der Tumor sich befindet, z.B.
intraarterielle Injektion bei Leberkrebs und intrathekale Anwendung bei Tumoren des zentralen
Nervensystems (ZNS).
Grenzen der Chemotherapie
Chemotherapeutische Medikamente wirken an allen sich schnell teilenden Zellen und nicht nur
an den Krebszellen, also werden gesunde Zellen, die sich rasch teilen, abgetötet, speziell
epitheliale Zellen. Dies sind zum Beispiel die Zellen der Haarfollikel, Zellen in den
Fortpflanzungsorganen und im Gastrointestinaltrakt und Knochenmarkszellen (Abbildung 1.4).
. . . eines der
Ziele in der
Entwicklung
neuer
Medikamente ist
es, verträglichere
Methoden zu
finden, z.B. orale
Anwendung . . .
Dies erklärt einige der Nebenwirkungen von Chemotherapie:
● Knochenmarkssuppression (reduzierte Zahl von roten und weissen Blutkörperchen und
Blutplättchen), die zu hämatologisch negativen Auswirkungen und Infektionen führt.
● Haarausfall
● Appetits- und Gewichtsverlust
● Stomatitis und Ösophagitis.
Andere Nebenwirkungen sind:
● Geschmacksveränderungen
● Übelkeit und Erbrechen
● Verstopfung
● Durchfall
● Müdigkeit
● Herzfehler
● ZNS-Veränderungen
● Lungenschäden
● Störungen in der Fortpflanzung
● Leberschäden
● Nieren- und Blasenschäden.
1.17

1
Haarfollikel
Gastrointestinaltrakt
Knochenmark
Fortpflanzungsorgane
Abbildung 1.4. Diagramm mit der Darstellung sich aktiv vermehrender Zellen, welche bei der
Chemotherapie von Nebenwirkungen betroffen sind.
Oft zwingt eine
Kombination von
mehreren dieser
Nebenwirkungen
zur Reduktion der
Einzel- oder
Gesamtdosis der
Chemotherapie.
Oft zwingt eine Kombination von mehreren dieser Nebenwirkungen zur Reduktion der Einzeloder
Gesamtdosis der Chemotherapie. Viele Strategien sind schon getestet worden, um eine
möglichst hohe, intensive Chemotherapie anwenden zu können und so eine optimale Wirkung
zu erzielen. Die Toxizität kann beschränkt werden, indem antiemetische Medikamente gegen
Übelkeit und Erbrechen und Zytokine zur Stimulation der roten und weissen Blutkörperchen
verabreicht werden. Dennoch bleibt die Toxizität der Faktor, der die anwendbaren Dosen der
Chemotherapie limitiert. Dasselbe gilt auch für die Radiotherapie.
Dazu kommt, dass die Bemühungen der Pflegenden, die Nebenwirkungen erträglich für den
Patienten zu halten, viel Zeit und finanzielle Mittel erfordern. Spezifischere Antikrebstherapien,
die nur auf die Tumorzellen wirken und die gesunden, normalen Zellen schonen, wären
weniger toxisch für den Patienten und würden weniger finanzielle Mittel benötigen.
1.18

1
Biologische Therapie (Immunotherapie)
Die biologische oder Immunotherapie basiert auf verschiedenen Komponenten des
Immunsystems, des natürlichen Abwehrsystems des Körpers gegen Krankheiten. Diese Therapie
zielt direkt auf die Krebszellen und ist so spezifischer als Chemotherapie und andere
Medikamente, die normalerweise gesunde und kranke Zellen gleichermassen angreifen. Die
biologische Therapie wendet also Mittel an, die das Immunsystem des Körpers fördern oder
unterstützen oder Teile des Immunsystems verwenden, um Tumorzellen zu vernichten oder das
Krebswachstum zu hemmen. Eine detaillierte Beschreibung der Entwicklung der biologischen
Therapie finden Sie in Kapitel 6.
Zusammenfassung
Es ist offensichtlich, dass präventive Massnahmen grossen Einfluss auf die Krebs-
Überlebensraten haben. Sowohl primäre Prävention als auch Früherkennung (sekundäre
Prävention) haben die 5-Jahres-Überlebensraten in den letzten Jahrzehnten massiv beeinflusst.
Auch in die Behandlung fortgeschrittener Krebserkrankungen wurde viel investiert und bei
einigen Patienten war dies auch erfolgreich. Trotzdem muss gesagt werden, dass unspezifische
Behandlungen, vor allem Chemotherapien, keinen nennenswerten Einfluss auf die
Gesamtüberlebensraten haben. Dies ist ein Grund, weshalb die Forschung sich intensiv auf die
Suche nach spezifischen Mitteln macht, die direkt auf den Krebs abzielen und somit weniger
toxisch aber wirksamer sind. Im Bereich der Molekularbiologie und der Genetik wurden in den
letzten Jahrzehnten grosse Fortschritte gemacht. Diese erlaubten ein Ausrichten der
Krebsbehandlung auf die molekularen Fehler, welche spezifisch in Krebszellen zu finden sind.
Die nächsten Kapitel werden folgende Themen behandeln:
Spezifischere
Antikrebs-
Therapien, die
nur auf die
Tumorzellen
wirken und die
gesunden,
normalen Zellen
schonen, wären
weniger toxisch
für den Patienten
und würden
weniger
finanzielle Mittel
benötigen.
● Beschreiben von normalem Zellwachstum und Zellvermehrung und wie diese kontrolliert
werden
● Die Zellveränderungen und -Anomalien, die zum Zusammenbruch der Kontrolle von
Zellwachstum und zur Produktion maligner Zellen führen
● Erklären, wie das menschliche Immunsystem arbeitet und das Potential beschreiben, das in
der Verwendung des Immunsystems für die Krebsbehandlung liegt
● Aufzeigen wie diese Erkenntnisse in der Entwicklung sowohl unspezifischer als auch
spezifischer biologischer Therapien genutzt wurden.
1.19

1
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Krebs stellt ein globales Gesundheitsproblem dar, aber es gibt Unterschiede zwischen den
verschiedenen Ländern bezüglich Häufigkeit, Krebsart und Mortalität. Welche Einflüsse sind
für diese Unterschiede verantwortlich?
2. Krebsprävention kann unterteilt werden in primäre, sekundäre und tertiäre Prävention.
Geben Sie bitte vier Beispiele für die primäre Prävention, drei für die sekundäre und zwei
für die tertiäre.
3. Therapeutische Möglichkeiten sind stark abhängig vom Tumorstadium. Zählen Sie bitte drei
Hauptgründe für chirurgische Behandlungen auf und erklären Sie diese.
4. Andere Therapiemöglichkeiten sind Radiotherapie, Hormontherapie und Chemotherapie.
Erklären Sie kurz das Hauptziel dieser drei Therapiearten und ihre wichtigsten
Nebenwirkungen.
5. Beschreiben Sie Methoden zur Verbesserung der Spezifität und Zielgenauigkeit von
Antikrebstherapien.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.1.
1.20

Zellwachstumskontrolle und Krebs
2
Einführung
Um die Entwicklung von Krebs zu verstehen und damit auch vernünftige Behandlungsansätze zu
finden, ist es nötig, sowohl die innere Funktion von Zellen als auch die Interaktionen zwischen
und innerhalb von Zellen zu verstehen. Krebszellen proliferieren (vermehren sich) schnell und
besitzen spezielle Eigenschaften, die sie befähigen, in umgebende Gewebe einzudringen und
diese zu besiedeln.
Dieses Kapitel gibt einen Überblick über den normalen Zellteilungsprozess und die
Mechanismen, die ihn kontrollieren. Die normale Überprüfung der Zellreproduktion wird durch
eine Reihe von wichtigen Faktoren gewährleistet, die proliferative oder antiproliferative Signale
an die Zellen schicken. Wachstumsfaktoren, die an Wachstumsfaktor-Rezeptoren binden, sind
äusserst wichtige Signal-Moleküle. Ihre Rolle in Zellwachstum und Zellteilung wird diskutiert.
Physikalische Fähigkeiten wie die Verankerung von Zellen an einem Grundgerüst (Matrix) und
die Zell-Seneszenz (Zellalterung) spielen ebenfalls eine Rolle bei der Kontrolle des
Zellwachstums.
Die Kenntnis dieser Prozesse, welche die normale Zell-Proliferation kontrollieren und die
normale Ergänzung von gesunden Zellen im Körper gewährleisten, ist entscheidend für das
Verständnis der Entwicklung von Krebs. Veränderungen, die stattfinden, um diese
Kontrollmechanismen zu überwinden und welche die aussergewöhnliche Zell-Proliferation
verursachen, werden in späteren Kapiteln beschrieben.
2.1

2
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Welche Eigenschaften unterscheiden Krebszellen von normalen Zellen?
2. Der Zellzyklus ist ein geordneter Ablauf von Ereignissen, bei denen eine Zelle ihren Inhalt
verdoppelt und sich zweiteilt. Was sind die Ziele des Zellzyklus?
3. Die Mitose ermöglicht es den Zellen, zu proliferieren, während die korrekte diploide Zahl
von Chromosomen in jeder Zelle erhalten bleibt. Erklären Sie, wie Chromosomen von einer
Eizelle und einem Spermium zusammengefügt werden können, während die korrekte
Chromosomenzahl aufrechterhalten wird.
4. Der Zellzyklus wird durch Prüfstellen und spezifische biochemische und physikalische
Faktoren, die den Zyklus beeinflussen, gut kontrolliert. Beschreiben Sie die Rolle der
Wachstumsfaktoren und der Zell-Verankerung in der Kontrolle des Zellzyklus.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.3.
2.2

2
Übersicht über die Zellteilung
Einführung
Zellteilung, -wachstum, -differenzierung und programmierter Zelltod (Apoptose) sind wichtige
Funktionalitäten für eine normal funktionierende Zelle. Krebszellen haben zwei Eigenschaften,
die sie von normalen Zellen unterscheiden:
● Sie proliferieren (vermehren sich) rasch und unkontrolliert. Dieses Wachstum wird
neoplastisch genannt.
● Sie haben spezielle Fähigkeiten, die ihnen erlauben, in das umgebende Gewebe
einzudringen und es zu besiedeln, was bedeutet, dass die Zellen bösartig sind.
Die meisten Körperzellen sind eukaryotisch, also Zellen, die einen Kern enthalten (Abbildung
2.1). Ausnahmen sind bei den reifen roten Blutkörperchen zu finden. Im Zellkern liegen die
Chromosomen, welche auf ihrer DNA (Desoxyribonukleinsäure, das A steht für englisch acid)
die notwendige Information zur Synthese von Proteinen (Eiweissen) enthalten. Proteine sind
nötig für den Aufbau von Zellen (Zellgerüst), die Kontrolle von Zellprozessen und zur Regelung
des Zusammenspiels zwischen den Zellen.
Endoplasmatisches
Retikulum
Lysosomen
Mitochondrien
Mikrotubulus
Zytoplasma
Chromosom
Lipid-
Membranen
Zellkern
Rezeptor
Plasmamembran
Ionen-Pumpe
Abbildung 2.1. Zelle mit den wichtigsten Zellstrukturen, schematisch dargestellt.
Menschliche Zellen besitzen 46 Chromosomen (22 autosomale Paare plus ein Paar Sexual-
Chromosomen) (Abbildung 2.2). Zellen, die zwei Serien genau gleicher Chromosomen
enthalten, also auch zwei Kopien von jedem Gen, werden als diploide Zellen bezeichnet. Jedes
Chromosom besteht aus zwei langen, spiralförmig aufgewickelten DNA-Strängen, die sich
zusammendrehen und eine DNA-Doppelspirale formen (Abbildung 2.3). Die DNA besteht aus
vier verschiedenen Grundbausteinen: den Basen Adenin, Cytosin, Thymin und Guanin, die sich
locker zu Paaren zusammenfügen. Jeweils drei Basen bilden die Grundbausteine des
genetischen Codes. In ihrer Reihenfolge ist die genetische Information gespeichert. Gene sind
Abschnitte der DNA, die für vererbte physikalische Eigenschaften zuständig sind (wie zum
Beispiel Augen- und Haarfarbe) und, noch wichtiger, für den Aufbau und die Funktion aller
Menschliche
Zellen besitzen
46
Chromosomen.
2.3

2
1–3 4–5 1–3 4–5
6–12 6–12
13–15 16–18 13–15 16–18
19–20 21–22 X–X 19–20 21–22 X–Y
Weiblich
Männlich
Abbildung 2.2. Die 46 menschlichen Chromosomen.
Kurzer Arm
Zentromer
Langer Arm
DNA
Chromosom
Abbildung 2.3. Schematisches Diagramm eines menschlichen Chromosoms mit einer angedeuteten
Doppelspiralstruktur der DNA.
Zellen. Um diese Eigenschaften an die Nachkommen weiterzugeben und um die Zellerneuerung
zu gewährleisten und damit das Gleichgewicht zwischen Zellwachstum und Zelltod im Körper
zu erhalten, machen alle Zellen den Prozess von DNA-Replikation und Zellteilung durch.
Der Zellzyklus
Eine normale Abfolge, bei der eine Zelle ihren Inhalt verdoppelt und sich zweiteilt, wird
Zellzyklus genannt. Zellteilung ist bei Erwachsenen lebenswichtig, weil sie dazu dient,
diejenigen Zellen zu ersetzen, die aufgrund natürlicher Abnutzung oder durch den
programmierten Zelltod (Apoptose) verloren gehen. Ein erwachsener Mensch muss jede
Sekunde mehrere Millionen neuer Zellen produzieren, um eine gleich bleibende Anzahl Zellen
aufrechtzuerhalten.
2.4

2
Die Ziele des Zellzyklus sind:
● zwei genetisch identische Tochterzellen zu produzieren, indem die DNA in den
Chromosomen der Mutterzelle genau kopiert (repliziert) wird
● die Chromosomen genau zwischen den zwei Tochterzellen zu verteilen
● die zytoplasmatischen Komponenten zu verdoppeln.
Diese Anforderungen bedeuten, dass eine komplexe Serie von Abläufen während des
Zellzyklus zwischen Kern und Zytoplasma miteinander koordiniert werden müssen. Die Abläufe
die einen Zellzyklus ausmachen sind in Abbildung 2.4. dargestellt.
Restriktionspunkt
G1-Phase
(zwischen Mitose
und DNA-Synthese)
S-Phase
(DNA-Synthese)
Mitose
(Zellteilung)
G2-Phase
(zwischen S-Phase
und Mitose)
Abbildung 2.4. Der Zellzyklus.
Ablauf der Zellteilung
Während des Zellzyklus wachsen Zellen, bereiten sich für die Teilung vor und teilen sich, um
wieder zwei identische Tochterzellen zu produzieren, die dieselbe genetische Information wie
die Mutterzelle enthalten. Der Zellzyklus besteht aus vier Phasen:
● G1 (Pause 1) (G aus dem englischen für gap = Lücke)
● S (Synthese)
● G2 (Pause 2)
● M (Mitose).
G1, S und G2 gehören zusammen zur so genannten Interphase, die vor der Mitose
stattfindet. Wenn eine Zelle die S-Phase erreicht hat, muss sie normalerweise danach in die G2-
Phase eintreten und sich in der Mitose teilen.
Der Zyklus beginnt mit der vorbereitenden Phase G1, während der alle zur Zellteilung
benötigten Komponenten zusammengestellt werden. Die DNA-Replikation oder DNA-
Verdoppelung geschieht in der S- oder Synthese-Phase. Die Bildung von Chromatin (DNA und
Proteine, welche sich an die DNA anlagern, z.B. Histone) geschieht ebenfalls in der S-Phase.
2.5

2
Chromatin enthält zwei identische Sätze von Chromosomen (Chromatide). Nach der S-Phase
tritt die Zelle in die G2-Phase ein, in der Zellwachstum und Metabolismus erfolgt, die wiederum
von der M- oder Zellteilungsphase gefolgt wird. Dieser letzte Abschnitt des Zellzyklus geht
einher mit der Kernteilung, einem Prozess der Mitose genannt wird, und dem die Zytoplasma-
Teilung folgt.
Mitose
Mitose ist das Stadium der Zellkernteilung in der M-Phase des Zellzyklus. Während der Mitose
ist es entscheidend, dass eine Zelle eine Gesamtzahl von 46 Chromosomen bekommt, also
sollte jede Tochterzelle zwei Kopien von jedem Chromosom erhalten (diploider Zustand). Damit
wir leichter verstehen können, was während der Mitose geschieht, ist der Prozess in vier
Schritte unterteilt: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase (Abbildung 2.5).
Interphase
Frühe Prophase
Späte Prophase
Metaphase
Anaphase
Telophase
Abbildung 2.5. Darstellung der Mitose-Phasen.
Prophase (Anfangsform)
Nach der Replikation jedes Chromosoms, in der S-Phase des Zellzyklus, zieht sich jedes
Chromosom zusammen, wird kürzer und dichter aufgewickelt und nimmt eine Doppelstrang-
Form an, die es sichtbarer macht. In diesem Stadium besteht jedes Chromosom aus zwei
identischen, längs laufenden Teilen, den Chromatiden. Diese sind zusammengefügt durch eine
Struktur, die Zentromer genannt wird. Gegen das Ende der Prophase löst sich die Kernmembran
auf und der Zellkern ist nicht mehr abgrenzbar.
Metaphase (Mittlere Form)
Während der mittleren Phase werden die Kernspindeln, die aus Mikrotubuli bestehen, im
Lichtmikroskop deutlich sichtbar. Diese Spindeln sind Polymere, die beim Ausführen von
Bewegungen der Zellstrukturen mithelfen. Während der Metaphase verlaufen sie vom Zentrum
des Zellkerns auswärts zu den Polen. In der frühen Metaphase scheinen sich die Chromosomen
zu bewegen und in einer Fläche rechtwinklig zu den Spindeln aufzureihen (an der Metaphasen-
Platte). Die Chromosomen werden an den Zentromeren zu den Spindelpolen gezogen.
2.6

2
Anaphase
Am Anfang der Anaphase binden die Zentromere die zwei Chromatiden jedes Chromosoms
separat, so dass die einzelnen Chromatiden eine V-förmige Form annehmen. Von diesem
Moment an verhält sich jeder Chromatid wie ein einzelnes Chromosom. Die zwei Chromatiden
eines Chromosoms werden zu den entgegen gesetzten Polen der Zelle gezogen mit dem
unteren Teil der V-Form zum Pol hin.
Telophase (Endform)
Während der Telophase verschwinden die Spindeln und die Kernmembran bildet sich wieder
um die beiden vollständigen Chromosomen-Sets. Die Chromosomen entfalten sich wieder zu
Chromatin. Die zwei Tochterzellen enthalten die gleiche Zahl von Chromosomen und jede ist
eine identische Kopie der ursprünglichen Mutterzelle. Wenn diese Prozesse abgeschlossen sind,
beginnt der Zellzyklus von neuem mit der Interphase.
Meiose
Wie vorher beschrieben, ist die Mitose die Zellteilung somatischer Zellen mit dem Ziel, die
korrekte Chromosomenzahl (46) in jedem Zellkern zu erhalten. Die sexuelle Reproduktion
schliesst die Kombination und das Mischen der Gene von zwei Individuen ein und so werden
Zellen geschaffen, die sich genetisch von denen der beiden Eltern unterscheiden. Das
Kombinieren zweier diploider Zellen würde die Chromosomenzahl auf 92 verdoppeln. Dies
wird jedoch verhindert durch den Prozess der Meiose (Reduktionsteilung), die nur in den
Reproduktionsorganen, welche Spermien und Eier produzieren, stattfindet.
Die Meiose besteht aus zwei aufeinander folgenden Zell- und Kernteilungen, aber nur einer
DNA-Replikation. Es werden vier haploide Tochterzellen aus einer anfänglich diploiden Zelle
produziert. Dies bedeutet, dass jede Tochterzelle 23 Chromosomen hat. Wenn nun ein
Spermium ein Ei befruchtet, wird die diploide Zahl von Chromosomen (46) wieder hergestellt.
Diese Prozesse der Zell- und Kernteilung unterscheiden sich von einander und werden deshalb
Meiose I und Meiose II genannt. Meiose I und II werden aber in die gleichen vier Phasen wie
die Mitose eingeteilt:
Prophase I, Metaphase I, Anaphase I, Telophase I, gefolgt von
Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II.
Meiose I
Wie die Mitose, beginnt auch die Meiose I (Abbildung 2.6) mit dem G1-Stadium, während
dem die Zellen sich auf die Teilung vorbereiten. Die Mehrheit der DNA wird während der
prämeiotischen Phase S verdoppelt, obwohl auch im ersten Abschnitt der Prophase der Meiose
I etwas DNA hergestellt wird.
Prophase I
Die Prophase I der Meiose ist anders als die Prophase der Mitose. In der Prophase I werden die
homologen Chromosomen, bestehend aus je zwei Chromatiden, in Paaren aufgestellt. Diese
Chromosomenpaare erscheinen als Einheit von je 4 Chromatiden, von denen immer das
zusammengehörige Chromosomenpaar aneinandergekettet ist. In diesem Stadium sind die
Chromosomenpaare mit der Kernmembran verbunden. Wenn sich die Kernmembran auflöst,
werden Spindeln wie in der Mitose gebildet und die Chromosomen beginnen sich in der Mitte
2.7

2
Frühe Prophase I
Späte Prophase I
Metaphase I
Frühe Anaphase I
Spätere Anaphase I
Abbildung 2.6. Darstellung der Phasen der Meiose I.
zwischen den zwei Zellpolen aufzureihen (Metaphasen-Platte). Die Prophase I ist die längste
Phase in der Meiose I und nimmt etwa 90% der ganzen Meiose in Anspruch. Deshalb wird sie
manchmal in Leptotän, Zygotän, Pachytän, Diplotän und Diakinese unterteilt. Diese Ausdrücke
beschreiben die oben genannten Stadien.
Metaphase I
Die Chromosomenpaare sind aufgereiht in der Metaphasenplatte. Die zwei Chromosomen die
ein Paar bilden, werden zur Vorbereitung auf die Anaphase I an Spindelfäden an den zwei
gegenüber liegenden Polen des Zellkerns angebunden.
Anaphase I
Während der Anaphase I werden die Chromosomen zu den Polen gezogen. Im Gegensatz zur
Mitose bleiben die Chromatiden am Zentromer angebunden und bewegen sich als Einheit. So
werden homologe Zellen zu den zwei Polen gezogen, mit dem Ergebnis, dass die
Chromosomenzahl in jedem neu geformten Zellkern die Hälfte der ursprünglichen Mutterzelle
beträgt.
Telophase I
Eine Kernmembran bildet sich um jedes neue Chromosomenset in den Kernen. Wie oben
erwähnt, sind diese neuen Kerne haploid, enthalten also nur die Hälfte der normalen
Chromosomenzahl. So sind zum Beispiel in den menschlichen Zellen, welche die Spermien
produzieren, die 46 Chromosomen halbiert, so dass in den Tochterzellen nur 23 Chromosomen
verbleiben. Jedoch ist es wichtig zu wissen, dass jedes dieser Chromosomen zwei Chromatiden
enthält.
Nach der Bildung der zwei Zellkerne teilt sich die Zelle und bildet zwei Tochterzellen.
Meiose II
Die Meiose II ist gleich wie die Mitose (Abbildung 2.5), aber die betroffenen Zellen sind
haploid statt diploid.
Prophase II
Es bilden sich Spindeln im Kern und die Chromosomen beginnen, sich in Richtung der
Metaphasenplatte zu bewegen.
2.8

2
Metaphase II
Die Chromosomen reihen sich mit den Chromatiden in der Metaphasenplatte, in Richtung der
beiden gegenüberliegenden Pole, auf. Es ist wichtig anzumerken, dass jetzt jedes der 23
Chromosomen einzeln ist.
Anaphase II
Die Zentromere spalten sich und die zwei Chromatiden, die vorher ein Chromosom gebildet
hatten, werden zu den beiden gegenüber liegenden Polen gezogen.
Telophase II
Zum Schluss bilden sich Kernmembranen um die Chromatiden, welche nun an den Polen liegen
und als Chromosomen angesehen werden können. Die Zelle teilt sich und bildet zwei haploide
Tochterzellen.
Meiose
Mitose
DNA-Replikation
Meiose I
Homologes
Chromosomenpaar an
der Metaphasenplatte
Zellteilung
Homologe
Chromosomen sind
getrennt an der
Metaphasenplatte
Meiose II
Zellteilung
4 haploide Tochterzellen 2 diploide Tochterzellen
Abbildung 2.7. Vergleich zwischen Mitose und Meiose.
2.9

2
Auf diese Art bildet die Meiose vier Tochterzellen aus einer ursprünglichen Mutterzelle (zwei
Tochterzellen werden in der Meiose I gebildet und jede davon bildet dann in der Meiose II zwei
zusätzliche Tochterzellen). Jede Tochterzelle enthält eine haploide Chromosomenzahl. In
Abbildung 2.7 werden diese vier Tochterzellen verglichen mit den zwei diploiden Tochterzellen
der Mitose.
Die Bedeutung von Mitose und Meiose
Die korrekte Zellteilung (Mitose und Meiose) ist entscheidend für die Aufrechterhaltung von
Organfunktion und Gesundheit. Deshalb ist es lebenswichtig, dass die Prozesse, die die
Zellteilung kontrollieren, normal funktionieren, um das Gleichgewicht zwischen Zelltod und der
Bildung neuer Zellen zu erhalten. Ein Zusammenbruch dieser Kontrolle kann entweder zu
Organ-Dysfunktion und Tod führen, wenn das Gleichgewicht sich zugunsten des Zelltods
verschiebt, oder zu Krebs, wenn die Zellreplikation überwiegt. Die Kontrollfunktionen werden in
folgenden Abschnitt erläutert.
Faktoren und Signale, die an der Kontrolle der Zellteilung
beteiligt sind
Das Zellzyklus-Kontrollsystem
Die Abfolge der Prozesse im Zellzyklus wird durch ein Zellzyklus-Kontrollsystem überwacht,
welches zyklisch die wichtigen Prozesse der Zellreproduktion auslöst, wie zum Beispiel DNA-
Replikation und Chromosomen-Trennung. Proteine, einschliesslich Proteinkinasen,
Wachstumsfaktoren und ihre Rezeptoren arbeiten zusammen, um die wichtigen Prozesse der
Verdoppelung und Teilung des Zellinhalts in Gang zu setzen und zu koordinieren. Dies schliesst
die Stimulation und Hemmung der Gen-Aktivität im Zellkern ein, welche dann durch die
Produktion von Proteinen ihre Wirkung ausüben. Kritische Prüfstellen (Checkpoints) und
regulierende Signale des Zellzyklus-Kontrollsystems stellen sicher, dass die Zellreproduktion
richtig ausgeführt wird. Rückmeldungen vom Zellzyklus können verhindern, dass das
Kontrollsystem spezifische Prüfstellen jedes Mal durchlaufen muss. Bei Säugetieren ist der
wichtigste Kontrollpunkt im späten G1-Stadium und wird „Start“ genannt (Abbildung 2.8). Ein
Anaphase
G2 zu M
M
G2 G1
G0 (Ruhephase)
START oder R-Punkt
S
DNA-Synthese
G1 zu S
Abbildung 2.8. Kontrollstellen im Zellzyklus.
2.10

2
Versagen dieser Kontrollstelle oder das Erwerben von Fähigkeiten, die das Überwinden dieser
Kontrollstelle erlauben, sind wichtig für die Entstehung von Krebs. Zusätzlich zu „Start“
beeinflussen auch physikalische Faktoren wie Zellverankerung und Seneszenz (Vergreisung) den
Zellzyklus und haben auch ihre Rolle in der Krebsentstehung.
Kontrollstellen
Entscheidend für die korrekte Funktion des Zellzyklus-Kontrollsystems sind zwei Hauptfamilien
von Proteinen:
● Proteinkinase-Untergruppen genannt zyklin-abhängige Proteinkinasen (Cdk als Abkürzung
für den englischen Ausdruck cyclin-dependent protein kinases)
● Aktivierende Proteine genannt Zykline.
Zykline binden Cdk-Moleküle und kontrollieren deren Fähigkeit zu phosphorylieren
(Phosphatgruppen zuzufügen) und aktivieren so die dazugehörigen Zielproteine (Abbildung
2.9). Diese zwei Proteinfamilien formen Proteinkomplexe in verschiedenen Kombinationen. Sie
kontrollieren den Zellzyklus durch Phosphorylierung und damit Aktivierung von Proteinen
(Kinase-Aktivität). Diese Proteinkomplexe sorgen auch für die Rückmeldung während der
Zellteilung, welche gewährleistet, dass Zellen einen Zellzyklus beenden, bevor sie den nächsten
beginnen.
Kinase-Aktivität
Zyklin
M
P
Abgebautes
Zyklin
G 2
G 1
Cdk
S
Abgebautes
Zyklin
P
Kinase-Aktivität
Zyklin
Abbildung 2.9. Aktivität von Cdk und Zyklin Molekülen in der Kontrolle des Zellzyklus.
Zusätzlich zu den Cdk und Zyklin-Molekülen arbeiten noch diverse andere
Kontrollmechanismen, um den Zellzyklus zu kontrollieren. Eine andere wichtige Kontrollfunktion
(p53) wirkt an Zellen mit defekter DNA und hindert diese, in die Mitose einzutreten, bis der
Defekt behoben ist. Bei Säugetieren häuft sich dieses Protein p53 in der Zelle mit DNA-
Schädigung an und führt so zu einem Zellzyklus-Stopp im G1-Stadium. Wie wir in Kapitel 3
sehen werden, spielen Mutationen im p53-Protein eine wichtige Rolle bei der Krebsentstehung.
Wachstumsfaktoren
Bei Säugetieren sind spezifische positive Signale für das Zellwachstum und die Zellteilung
notwendig. Viele dieser Signale sind Protein-Wachstumsfaktoren, welche sich an die
2.11

2
entsprechenden Rezeptoren in der Plasmamembran binden und so die Zellvermehrung
stimulieren. Diese positiven Signale wirken, indem sie intrazellulär über negative Kontrollpunkte
hinweggehen, welche sonst das Wachstum hindern und die Aktivität des Zellzyklus-
Kontrollsystems blockieren würden. Wenn kultivierte Zellen ohne Serum gezüchtet werden,
verfallen sie in einen Zellzyklus-Schlaf, in dem das Zellzyklus-Kontrollsystem daran gehindert
wird, über das G1-Stadium hinauszukommen. Diese Schlaf-Phase ist bekannt als G0 und dieses
Verhalten der Zellen wurde durch das Fehlen von Wachstumsfaktoren hervorgerufen.
Wachstumsfaktoren sind:
● Proteine
● Polypeptide (kurze Proteine)
● Steroide.
Wachstumsfaktoren befinden sich in der Blutzirkulation oder nahe bei den Zellen, von denen sie
abgesondert werden. Sie finden sich dort in nur sehr niedriger Konzentration. Trotzdem ist das
Serum eine ergiebige Quelle für Wachstumsfaktoren. Bis heute sind etwa 50 Wachstumsfaktoren
identifiziert worden; einige der wichtigsten sind in Tabelle 2.1 aufgeführt. Wachstumsfaktoren
können in Breit- und Schmalspektrum Klassen eingeteilt werden. Diejenigen mit einem breiten
Spektrum, wie in der Familie der Epidermal-Wachstumsfaktoren, beeinflussen das Wachstum
vieler verschiedener Zelltypen, während der Wachstumsfaktor Erythropoietin, der nur die
Vermehrung der Vorläufer roter Blutzellen veranlasst, ein Schmalspektrum-Rezeptor ist.
. . . Ein
spezifischer
„Cocktail“
oder eine
Kombination
verschiedener
Wachstumsfaktoren
wird für die
Zellteilung
benötigt.
Hormone werden
von endokrinen
Zellen
ausgeschieden
und spielen eine
wichtige Rolle bei
der Stimulation
der Zellteilung in
hormonabhängigen
Organen . . .
Typischerweise wird ein spezifischer „Cocktail“ oder eine Kombination verschiedener
Wachstumsfaktoren für die Zellteilung benötigt. Wachstumsfaktoren wirken auch als Kontrolle
für das Überleben, die Differenzierung, Migration oder Funktion der Zellen. Studien haben
gezeigt, dass benachbarte Zellen in Konkurrenz um Wachstumsfaktoren stehen und dass die
Zelldichte aufgrund der Konzentration von Wachstumsfaktoren begrenzt wird.
Die Gene, die durch Wachstumsfaktoren aktiviert werden, können in zwei Gruppen unterteilt
werden: Gene mit früher Antwort und solche mit verzögerter Antwort. Die Gene mit früher
Antwort werden innerhalb von 15 Minuten nach der Stimulation mit Wachstumsfaktoren
aktiviert. Dieser Prozess geschieht unabhängig von der Protein-Synthese. Die Gene, die am
besten untersucht sind, sind die früh antwortenden Proto-Onkogene Myc (mitbeteiligt am
Entstehen des Burkitt-Lymphoms und des Lungen-, Brust- und Zervikalkarzinoms), Fos
(verschlüsselt einen Transkriptionsfaktor, der mit dem Produkt des Jun Proto-Onkogens
zusammenarbeitet und die Transkriptionsrate von gewissen andern Genen verändert) und Jun.
Im Gegensatz zu den früh antwortenden Genen, werden die verzögert antwortenden Gene
frühestens eine Stunde nach der Stimulation mit Wachstumsfaktoren hervorgerufen und sind
Protein-Synthese-abhängig. Die Faktoren, die diese verzögert antwortenden Gene hervorrufen,
scheinen Produkte von früh antwortenden Genen zu sein, welche, wie schon gesagt, oft
regulierende Funktionen haben. Zu den Genen mit verzögerter Antwort gehören diejenigen,
welche Cdk-Proteine kodieren und auch gewisse Zykline. Diese Proteine sind alle an der
Zellzyklus-Regulation mitbeteiligt.
Hormone und Wachstumsfaktoren
Hormone werden von endokrinen Zellen ausgeschieden und spielen eine wichtige Rolle bei der
Stimulation der Zellteilung in hormonabhängigen Organen, wie zum Beispiel in der Brust, im
Endometrium und in den Ovarien. Übermässige Hormonstimulierung geht einher mit vermehrter
Zellteilung, was eine Wachstumsstimulation maligner Tumorzellen bewirken kann, vor allem,
wenn diese Wirkung mit einer Veränderung in der DNA-Struktur einer Zelle kombiniert ist.
2.12

2
Tabelle 2.1. Protein-Wachstumsfaktoren und ihre Aktivitäten
Faktor Verwandte Familienmitglieder Spezifität Charakteristische Tätigkeiten
Platelet-derived growth factor (PDGF) Breit Stimulieren die Proliferation der Bindegewebszellen
[von Thrombozyten gebildeter und einiger neuroglialer Zellen
Wachstumsfaktor] – drei Unterformen
Epidermal growth factor (EGF) Transforming growth factor α (TGF-α) Breit Stimulieren die Proliferation vieler Zelltypen; sind
[Epidermaler Wachstumsfaktor] [Transformierender Wachstumsfaktor α] Induktionssignal in der Embryonalentwicklung
Insulin-like growth factor (IGF-I) Insulin-like growth factor II (IGF-II) Breit Fördern das Zellüberleben; stimulieren den
[Insulinähnlicher Wachstumsfaktor I] [Insulinähnlicher Wachstumsfaktor II]; Zellmetabolismus; arbeiten mit andern
Insulin Wachstumsfaktoren zusammen, um die Zell-
Proliferation zu stimulieren
Transforming growth factor β (TGF-β) Aktivine; bone morphogenetic proteins Breit Potenzieren oder hemmen Antworten der meisten
[Transformierender Wachstumsfaktor β] – (BMPs) [Proteine zur Knochen-Entstehung] Zellen auf andere Wachstumsfaktoren, abhängig vom
verschiedene Unterformen Zelltyp; regulieren Differenzierung einiger Zelltypen;
wirken als Induktionssignal in der embryonalen
Entwicklung
Fibroblast growth factor (FGF) Breit Stimulieren Proliferation vieler Zelltypen; hemmen
[Fibroblasten-Wachstumsfaktor] – Differenzierung verschiedener Typen von
verschiedene Unterformen Stammzellen; wirken als Induktionssignal in der
embryonalen Entwicklung
Interleukin-2 (IL-2) Schmal Stimulieren Proliferation aktivierter
Lymphozyten
Nerve growth factor (NGF) Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) Schmal Fördern Überleben und Nervenzellfunktion; fördern
[Nerven-Wachstumsfaktor] [Hirn/Nerven-Wachstumsfaktor]; Wachstum von spezifischen Nervenzell-Klassen
Neutrophin-3 (NT-3); Neutrophin-4 (NT-4)
Erythropoetin Schmal Fördern Proliferation, Differenzierung
und Überleben von Vorläufern der Erythrozyten
Granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) Macrophage colony-stimulating factor Schmal Stimulieren Proliferation, Differenzierung und
[Wachstumsfaktor für Granulozyten] (M-CSF) und granulocyte-macrophage Überleben von neutrophilen Granulozyten
colony-stimulating factor (GM-CSF)
[Wachstumsfaktoren für Makrophagen
und Granulozyten]; Interleukin-3 (IL-3)
2.13

2
Zytokine sind Peptid-Hormone, die von Zellen des Immunsystems produziert werden. Sie haben
spezifische Effekte auf die Zellen des Immunsystems. Ihre Wirkung entfalten sie durch Bindung
an spezielle Rezeptoren an der Zelloberfläche. Zytokine wirken schon in kleinsten
Konzentrationen und können lokal wirken, entweder an andern Zelltypen (parakrin), am selben
Zelltypus (autokrin) oder systemisch (endokrin). Wie in Kapitel 6 beschrieben, hat die Erkenntnis
über die Auswirkungen der Zytokine auf das Immunsystem zur Entwicklung therapeutischer
Strategien geführt.
Zellen können auf
einen
Wachstumsfaktor
nur antworten,
wenn auch das
dazugehörige
Rezeptor-Protein
vorhanden ist.
Wachstumsfaktor-Rezeptoren
Wachstumsfaktoren üben ihre Wirkung aus, indem sie an Rezeptoren binden, die sich meist an
der Zelloberfläche befinden. Zellen können auf einen Wachstumsfaktor nur antworten, wenn
auch das dazugehörige Rezeptor-Protein vorhanden ist. Die Rezeptor-gebundenen
Wachstumsfaktoren bewirken eine Signalübertragung an die Zelle. Die Zelle wird zu einer
Antwort stimuliert, z.B. zur Ausschüttung oder Hemmung von Proteinen, die die Zellfunktion
kontrollieren. In Kapitel 3 werden Sie sehen, wie diese Wachstumskontrolle ausgeübt wird. Dies
geschieht durch die Fähigkeit der Wachstumsfaktor-Rezeptoren, die intrazelluläre
Phosphorylierung zu stimulieren, was wiederum zu Veränderungen in der Gen-Expression führt.
Die Rezeptoren für die meisten Wachstumsfaktoren sind transmembrane tyrosin-spezifische
Proteinkinasen, also Enzyme, welche andere Proteine an Tyrosinen phosphorylieren. Beispiel
dafür ist der menschliche epidermale Wachstumsfaktor-Rezeptor-2 (HER2).
Notwendigkeit einer Verankerung
Physikalische Faktoren beeinflussen den Zellzyklus ebenfalls. Zum Beispiel müssen die meisten
Zellen an eine Basis verankert sein, damit sie sich teilen können. Diese Notwendigkeit ist
gegeben durch eine Verankerungskontrolle, die am G1 Kontrollpunkt arbeitet. Wahrscheinlich
spielen intrazelluläre Signale eine wichtige Rolle in der Regulation des Zellzyklus-Kontrollsystems
vieler Zellarten. Diese Signale werden dort, wo die Zellen aneinander haften, gebildet.
Physischer Kontakt erlaubt den Zellen, miteinander zu kommunizieren. Es ist interessant, dass
Krebszellen in Tumoren spezielle Fähigkeiten haben, die es ihnen erlauben, ohne diese
Verankerungsabhängigkeit zu funktionieren. So können sie sich von der intrazellulären Matrix,
die sie an ihren Ort fixieren würde, loslösen, sich mit den Körperflüssigkeiten an andere Stellen
im Körper begeben (metastasieren) und so Metastasen bilden (Abbildung 2.10).
Gutartiger Tumor
im Epithel
Basalmembran
Tumor bricht durch
Basalmembran
Tumorzellen dringen in Kapillare
ein und wandern an andere
Stellen (Metastasierung)
. . . die meisten
Zellen müssen an
eine Basis
verankert sein,
damit sie sich
teilen können.
Bindegewebe
Kapillare
Abbildung 2.10. Die Stadien in denen Krebszellen fähig sind, sich von der intrazellulären Matrix
loszulösen und zu metastasieren. Copyright 1999 aus: Molecular Biology of the Cell von Alberts B
et al. Abgedruckt mit der Erlaubnis von Routledge, Inc., part of The Taylor & Francis Group.
2.14

2
Zell-Seneszenz
Die Vermehrung von Zellen ist nicht nur von der Zellumgebung, sondern auch von der
Geschichte der Zelle abhängig. So ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Zelle ins G0-Stadium
eintritt und in einen Ruhezustand kommt, abhängig von der Anzahl Zellteilungen, die sie schon
hinter sich hat. Dies ist beschrieben als Zell-Seneszenz oder Zellalterung. Die Zell-Seneszenz
wird sichtbar, wenn versucht wird, permanente Kulturen normaler Zellen zu züchten, und zum
Beispiel Fibroblasten nur etwa 50 Zellteilungen machen, wenn sie in Kulturen gezüchtet
werden.
Ausserdem wird die Proliferation langsamer, wenn die Kultur älter wird. Dies ist jedoch nicht in
der genetischen Veranlagung der Zelle vorgegeben, weil verschiedene Zellen des gleichen Typs
in derselben Zellpopulation zu verschiedenen Zeiten aufhören, sich fortzupflanzen. Die
Wahrscheinlichkeit, dass die Reproduktion aufhört, steigt jedoch mit jeder Generation. Dieses
Phänomen scheint einherzugehen mit einer Verkürzung der Telomere, vielleicht wegen eines
Mangels am Enzym Telomerase, welches die Telomere produziert.
Apoptose – programmierter Zelltod
Die meisten Zellen sind so programmiert, dass sie auf eine spezielle Reihe von Signalen
angewiesen sind, um überleben zu können (Abbildung 2.11). Wenn eine Zelle diese
bestimmten Überlebens-Signale nicht mehr bekommt, aktiviert sie ein Suizid-Programm und tötet
sich selber. Dieser Prozess wird programmierter Zelltod oder Apoptose genannt. Die Apoptose
wird auch aktiviert durch spezielle Moleküle, die ein Todes-Signal geben. Todes-Signale werden
von aussen zu verschiedenen Organellen im Innern einer Zelle übermittelt. So bringt zum
. . . die
Wahrscheinlichkeit,
dass die
Zelle ins
G0-Stadium
eintritt und in
einen
Ruhezustand
kommt, ist
abhängig von
der Anzahl
Zellteilungen, die
sie schon hinter
sich hat.
A
B
Überleben
C
A
B
Teilen
C
A
D
E
B
Differenzieren
C
F
G
Sterben
Abbildung 2.11. Extrazelluläre Signale führen zum Überleben, zur Teilung, zur Differenzierung und
zum Tod der Zelle.
2.15

2
Beispiel das im Zytosol vorkommende Protein Bid ein Todes-Signal von der Zellmembran zum
Mitochondrium und veranlasst die äussere Membran des Mitochondriums, durchlässig zu
werden, was dann zum raschen Zerfall der Zelle führt.
Zusammenfassung
Zellen vermehren sich durch einen hochkomplexen Prozess, den Zellzyklus. Die Kern-Replikation
und -Teilung sind wichtige Stadien des Zellzyklus. Zellen die nichts mit der sexuellen
Vermehrung zu tun haben, also die Mehrheit der Zellen, vermehren sich durch Mitose, während
Sexualzellen sich durch Meiose vermehren. Das Zellzyklus-Kontrollsystem überwacht den
Zellzyklus mit einem Hauptkontrollpunkt in der G1-Phase. Zellen vermehren sich normalerweise
erst, wenn sie von andern Zellen spezifische Signale empfangen, die ihnen die Vermehrung
befehlen. Wachstumsfaktoren sind wichtige Moleküle, die den Zellen den Befehl geben, sich zu
vermehren. Zusätzlich müssen die meisten Zellen in einer Unterlage verankert sein, damit sie
sich teilen können. Verschiedene Signal-Kombinationen entscheiden, ob eine Zelle sich teilen,
wachsen, differenzieren oder sterben soll. Im gesunden Organismus stellen diese Signale
sicher, dass die Zellzahl gleich bleibt und so die Organe normal funktionieren. Der durch ein
Signal verursachte Zelltod wird Apoptose genannt und ist ein normaler Weg, die richtige Zahl
von Zellen zu erhalten.
2.16

2
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Welche Eigenschaften unterscheiden Krebszellen von normalen Zellen?
2. Der Zellzyklus ist ein geordneter Ablauf von Ereignissen, bei denen eine Zelle ihren Inhalt
verdoppelt und sich zweiteilt. Was sind die Ziele des Zellzyklus?
3. Die Mitose ermöglicht es den Zellen, zu proliferieren, während die korrekte diploide Zahl
von Chromosomen in jeder Zelle erhalten bleibt. Erklären Sie, wie Chromosomen von einer
Eizelle und einem Spermium zusammengefügt werden können, während die korrekte
Chromosomenzahl aufrechterhalten wird.
4. Der Zellzyklus wird durch Prüfstellen und spezifische biochemische und physikalische
Faktoren, die den Zyklus beeinflussen, gut kontrolliert. Beschreiben Sie die Rolle der
Wachstumsfaktoren und der Zell-Verankerung in der Kontrolle des Zellzyklus.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.3.
2.17

Genetische Grundlagen der Krebsentstehung
3
Einführung
Für das Verständnis der Krebsentstehung ist es essentiell, die wichtigsten molekular-biologischen
und genetischen Grundlagen einer Zelle zu kennen. So beginnt dieses Kapitel mit einer
Besprechung der Genetik sowie der Funktionen der Gene und insbesondere, wie sie die
Produktion von Proteinen steuern.
Aufbauend darauf werden wir uns dann den Genen zuwenden und dem Vorgang, wie Gene
mutieren und wie sich Genmutationen in der Krebsentstehung auswirken. Das Tumorwachstum
beginnt oft mit einer Mutation (einer Basen-Sequenz-Veränderung der DNA der Zelle). Solche
Veränderungen geschehen häufig, aber normalerweise werden Zellen mit Mutationen von
körpereigenen Kontrollsystemen erkannt und vernichtet, bevor sie sich teilen und vermehren
können. Krebs entsteht, wenn diese abnormen Zellen überleben und fähig sind, sich in
genügender Anzahl zu reproduzieren, um eine Krankheit entstehen zu lassen.
Krebszellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich ohne Einschränkung teilen können, und
dass sie sich vom Primärtumor loslösen oder metastasieren können und via Blut- oder
Lymphbahnen in andere Organe wandern. Krebs wurde immer schon als eine Krankheit der
Zellproliferation angesehen. Heute ist es klar, dass das Gleichgewicht zwischen Zellteilung und
Zelltod (Apoptose) eine wichtige Rolle spielt.
Eine Krebsentstehung ist möglich bei:
● unkontrollierter Zellteilung
● mangelnden hemmenden Mechanismen
● einer Kombination von beidem.
Im Speziellen entstehen DNA-Veränderungen in einer Zelle durch eine falsche Substitution
(Ersatz) eines Basenpaars, eine Deletion (Verlust) oder Insertion (Einfügung) einer Base,
beziehungsweise durch Replikation oder Deletion eines ganzen Genes. Besonders
schwerwiegende Gen-Mutationen in Zellen sind solche von Proto-Onkogenen (Gene, welche
normalerweise die Zellproliferation stimulieren) oder von Tumor-Suppressor-Genen (Gene, die
eine Rolle spielen in der Hemmung der Zellproliferation). Mutationen dieser Gene können eine
Überstimulation, beziehungsweise einen Hemmungsverlust der Zellvermehrung bewirken.
Solche veränderte Gene können dann über den Zellzyklus falsche Instruktionen an die
nachfolgenden Zellen weitergeben.
Veränderte Gene üben ihre Wirkung durch Synthese veränderter Proteine aus (Gene kodieren
also für spezielle Proteine, durch welche sie ihren Effekt ausüben). Viele Proteine, welche in der
Krebsentstehung eine Rolle spielen, sind im mutierten Zustand einbezogen in einen Prozess, der
Signal-Transduktion genannt wird. Bei diesem Prozess werden Signale, die das Zellwachstum
beeinflussen, von der Außenseite der Zelle zum Zellkern übermittelt. Dieser Prozess beinhaltet
komplexe, miteinander interagierende Reaktionsabläufe. Veränderungen in nur einem dieser
Eiweisse, welche in diesen Reaktionswegen eine Rolle spielen, können die Zellfunktion
nachhaltig beeinflussen und die Ausbreitung einer abnormen Zellpopulation auslösen.
In diesem Kapitel werden alle diese Prozesse beschrieben. Als Beispiel werden bedeutende
Proto-Onkogene, Tumor-Suppressor-Gene und Signal-Transduktionsabläufe gebraucht, um die
Auswirkung von Mutationen auf eine Zelle zu illustrieren.
3.1

3
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Genetische Elemente und Prozesse können in einer hierarchischen und folgerichtigen
Reihenfolge dargestellt werden. Vervollständigen Sie das folgende Fliessdiagramm, indem
Sie die passenden Begriffe von der unten stehenden Liste einfügen. Die zwei Sternchen
stehen für die zwei Mutations-Wege, die unkontrolliertes Zellwachstum und invasives
Tumorwachstum bewirken können. Bitte nennen Sie diese.
DNA Chromosomen Translation Protein
Genom
(Gesamtheit der Gene)
Gene
**
mRNA
Transkription
Basen
2. Wie kann ein Proto-Onkogen in ein Onkogen umgewandelt werden? Welche Arten von
Prozessen werden von den bekannten Proto-Onkogenen kontrolliert?
3. Beschreiben Sie, wie Mutationen zur Entwicklung von Krebs führen können, und benützen
Sie dazu einerseits das Tumor-Suppressor-Gen p53 und andererseits den Wachstumsfaktor-
Rezeptor HER2 als Beispiel.
4. Was ist eine Signal-Transduktion und was bewirkt sie?
5. Zählen Sie kurz die wichtigsten Stadien und Ereignisse bei einem typischen Signal-
Transduktions-Ablauf auf und benützen Sie dazu einen Wachstumsfaktor als ersten Schritt.
6. Beschreiben Sie die Rolle von Genmutationen bei der Auslösung von Krebs.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.5.
3.2

3
Molekularbiologie/Genetik – die Grundlagen
Molekular- und Zellbiologie studieren die Moleküle, die eine funktionstüchtige Zelle ausmachen
und die verschiedenen Prozesse, in denen diese Moleküle eine Rolle spielen. Zugleich
konzentriert sich die Molekulargenetik auf die molekularen Vorgänge, die der Struktur und
Funktion der Gene zugrunde liegen, die so genannten Basiseinheiten der Vererbung. Es ist
nützlich, die relevanten Schlüsselelemente und Konzepte in diesem Forschungsgebiet zu
rekapitulieren, bevor wir die Forschungsmethoden diskutieren, welche bei der Untersuchung
von Zellen auf molekularer und genetischer Ebene zur Anwendung kommen.
Zellen und Gewebe
Tiere und Menschen sind aus Zellen aufgebaut. Zellen sind kleine Einheiten, umgeben von einer
dünnen Membran. Sie sind in Gruppen (Gewebe) organisiert, die zusammenarbeiten durch
spezialisierte Kommunikationsnetzwerke (Zell-Signale), um spezielle Funktionen auszuführen. Die
zentralen Moleküle in den zellulären Prozessen sind Nukleotide oder Basen (welche sich
zusammenfügen und so die DNA [Desoxy-Ribonukleinsäure, das A steht für englisch acid=Säure]
oder RNA [Ribonukleinsäure] bilden), Aminosäuren (welche sich zu Proteinen zusammenfügen),
Zucker oder Fettsäuren. Der Zellkern enthält den größten Teil der DNA und RNA.
DNA
Ein DNA-Molekül besteht aus zwei Strängen, die sich umeinander winden und so einer
Wendeltreppe gleichen (Abbildung 3.1). Dieses Gebilde wird Doppelhelix genannt. Die Seiten
der Leiter sind aus Zucker- und Phosphat-Molekülen und werden durch stickstoffhaltige
Moleküle, so genannte Basen, zusammengehalten. Jeder Strang ist eine lineare Anordnung sich
wiederholender gleicher Einheiten genannt Nukleotiden, von denen jeder aus einer Zucker-,
einer Phosphat- und einer Stickstoff-haltigen Base besteht. In der DNA sind die Basen Adenin
(A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G). Die Reihenfolge der Basen wird Sequenz genannt.
Eine Sequenz beinhaltet die genaue genetische Anleitung, welche zur Bildung eines
besonderen Organismus benötigt wird.
Die Reihenfolge
der Basen wird
Sequenz
genannt. Eine
Sequenz
beinhaltet die
genaue
genetische
Anleitung, welche
zur Bildung eines
besonderen
Organismus
benötigt wird.
A–G
C–G
I–A
G–C
A–I
C–G
T–A
B–G
A–T
C–G
I–A
G–C
A–I
C–G
T–A
A–G
A–T
C G
T A
A
G C
G G
C–G
C–G
C–G
T
C–G
C–G
G
C–G
C–G
C A C–G
T
C–G
G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
C–G
Abbildung 3.1. DNA-Struktur und -Replikation.
3.3

3
DNA-Replikation
Wie schon in Kapitel 2 beschrieben, reproduzieren sich tierische Zellen durch einen Prozess,
der Mitose genannt wird. Dies schließt die Verdoppelung des Zellinhaltes und die Teilung ein,
mit dem Ziel zwei Tochterzellen zu bilden. Jedes Mal, wenn eine Zelle sich teilt, wird das
vollständige Genom genau verdoppelt und dann auf die zwei Tochterzellen verteilt. Vor der
Zellteilung wird die DNA kopiert. Das DNA-Molekül dreht sich auf und ermöglicht die
Entstehung eines neuen Stranges durch Anlagerung von Nukleotiden, die an jeden der
getrennten Stränge passen (Abbildung 3.1). Jede Tochterzelle erhält einen alten und einen
neuen DNA-Strang.
Ein Gen ist eine
spezifische
Sequenz von
Basen, welche
die notwendige
Information zur
Eiweissproduktion
beinhaltet.
Gene
Jedes DNA-Molekül enthält viele Gene, welche die physikalischen und funktionellen Einheiten
der Vererbung sind. Ein Gen ist eine spezifische Sequenz von Basen, welche die notwendige
Information zur Eiweissproduktion beinhaltet. Viele Gene kodieren für spezifische
funktionstüchtige Proteine. Das Gen und das dazugehörige Protein tragen denselben Namen,
d.h. das p53-Gen kodiert für das p53-Eiweiss.
Chromosomen
Im Zellkern ist die DNA mit Proteinmolekülen verbunden und kann Chromosomen bilden.
Chromosomen bestehen ungefähr zu gleichen Anteilen aus Proteinen und DNA. Die Gene sind
linear in ihrer gesamten Länge angeordnet. Der Zellkern der meisten menschlichen Zellen
enthält zwei Sätze von Chromosomen (total 46 Stück), von denen je ein Satz von jedem
Elternteil stammt.
Genom
Die komplette Instruktion (Matrize, Entwurfsvorlage) für die Produktion eines Organismus wird
Genom genannt. Das menschliche Genom besteht schätzungsweise aus 30’000 Genen.
Menschliche Gene variieren stark in ihrer Länge und enthalten oft Tausende von Basen. Jedoch
nur etwa 10% des Genoms enthält für ein Eiweiss kodierende Gensequenzen (Exons). Zwischen
den Exons sind Gensequenzen eingefügt, die keine kodierende Funktion haben, genannt
Introns. Wie später beschrieben, ist ein gross angelegtes Projekt, das „Human-Genom-
Projekt“*, am Laufen und hat die Sequenz und Position der 30’000 Gene des menschlichen
Körpers enthüllt (siehe Kapitel 5).
Die genetische Information wird von einer Zellgeneration zur nächsten weitergegeben durch
strikte Paarung der komplementären Basen: A paart sich mit T und G paart sich mit C. Dieser
Mechanismus stellt sicher, dass der neue Strang ein genaues Ebenbild des alten ist und
reduziert so das Risiko von Fehlern auf ein Minimum.
Die DNA-Replikation ist ein sehr präziser Vorgang mit diversen Kontrollmechanismen, die
sicherstellen, dass falsch platzierte Nukleotide entfernt werden. Trotzdem geschehen genetische
Fehler, genannt Mutationen. Die Konsequenzen solcher Fehler können riesig sein, weil schon
ein Wechsel eines einzelnen Nukleotids wichtige Auswirkungen auf die Zellfunktion haben
kann. Mutationen können beim Menschen eine Veranlagung für Krebs und andere komplexe
Krankheiten schaffen.
*Weitere Informationen zum Human-Genom-Projekt sind erhältlich im Internet unter:
http://www.ornl.gov/TechResources/Human_Genome/home.html
3.4

3
Der genetische Code
Der genetische Code ist eine Serie spezifischer Sequenzen aus drei DNA-Basen (Codons)
(Abbildung 3.2), welche die Aminosäurezusammensetzung für ein spezielles Eiweiss
bestimmen. So lenken die Codons die Proteinsynthese einer Zelle, indem sie für das
Aneinanderreihen von Aminosäuren verantwortlich sind. Die Protein-Synthese-Maschinerie einer
Zelle übersetzt die Codons in einen Strang von Aminosäuren, schliesslich entsteht das
Eiweissmolekül, für welches die DNA kodiert hat. Die proteinkodierenden Instruktionen der
Gene werden durch die Messenger-RNA (Boten -RNA oder mRNA) übermittelt, welche als
vorübergehendes Übermittlungs-Molekül funktioniert.
Erste Base
U
G
A
G
UUU
UUC Phe
UUA
UUG Leu
CUU
CUC
CUA
CUG
AUU
AUC
AUA
AUG
GUU
GUC
GUA
GUG
Zweite Base
U C A G
UCU
UAU
UAC
Tyr UGU
UCC
UGC Cys
Ser
UCA
UAA
UAG
TERM UGA
UCG
UGG
CCU
CAU
CAC
His CGU
CCC
CGC
Leu
Pro
Arg
CCA
CAA
CAG
Glin CGA
CCG
CGG
ACU
AAU
AAC
Asn AGU
IIle ACC
AGC
Ser
Thr
ACA
AAA
AAG Lys AGA
Met ACG
AGG Arg
Val
GCU
GCC
GCA
GCG
Ala
GAU
GAC
Asp
GAA
GAG Glu
GGU
GGC
GGA
GGG
TERM
Trp
Gly
Der genetische
Code ist eine
Serie spezifischer
Sequenzen aus
drei DNA-Basen,
welche die
Aminosäurenzusammensetzung
für ein
spezielles Eiweiss
bestimmen.
Abbildung 3.2. Die Codons werden aus den vier Nukleotiden (Bestandteile der DNA) gebildet und
kodieren für Aminosäuren. TERM steht für Termination: Diese Codons signalisieren für das Ende eines
Exons.
RNA
RNA ist ein einstrangiges Molekül, das in einem Vorgang, Transkription genannt, von einer
DNA-Vorlage synthetisiert wird (Abbildung 3.3). Es entsteht die mRNA, welche die Information
für die Protein-Synthese trägt. Der Vorgang, durch welchen die mRNA zur Proteinproduktion
führt, wird Translation genannt, weil in diesem Stadium die Codons die Aminosäuren
bestimmen, welche in das Eiweiss eingebaut werden. Die mRNA ist unerlässlich, wenn
genetische Information den Zellkern verlassen muss.
Die Aminosäuren werden von speziellen RNA, den tRNA, an die mRNA herangeführt. Jedes
tRNA-Molekül hat eine gefaltete dreidimensionale Gestalt, die zusammengehalten wird durch
entsprechende Basenpaare, ähnlich wie die DNA-Doppelhelix. Diese zusätzliche Paarung
veranlasst das tRNA-Molekül, sich zu entfalten und als Adaptor zwischen den Codons zu
agieren.
RNA ist ein
einstrangiges
Molekül, das in
einem Vorgang,
Transkription
genannt, von
einer DNA-
Vorlage
synthetisiert wird.
Die Anlage der tRNA Moleküle an die mRNA bedarf eines Ribosoms, welches einen Komplex
von mehr als 50 verschiedenen Proteinen, assoziiert mit einer anderen Klasse von RNA,
genannt ribosomale RNA (rRNA), darstellt (Abbildung 3.3).
3.5

3
Abbildung 3.4. Die Mechanismen, die die Umformung eines Proto-Onkogens in ein Onkogen ermöglichen.
Copyright 1999. Aus: Molecular Biology of the Cell by Alberts et al. Reproduziert mit Erlaubnis von
Routledge, Inc., part of The Taylor & Francis Group.
der Kontrolle des Zellwachstums und der Zell-Proliferation zu tun haben. Diese Proto-Onkogene
kommen in normalen gesunden Zellen vor, können aber durch Mutation, infolge Einwirkung
eines Karzinogens wie Sonnenstrahlen, Bestrahlung oder Viren, transformiert werden in
Onkogene (Gene, die pathologische Veränderungen verursachen können, welche zu
abnormem Zellwachstum führen, was für Krebs typisch ist). Eine Mutation, die ein Proto-
Onkogen in ein Onkogen umformt, benötigt nur eine mutierte Kopie (der beiden Kopien) eines
Proto-Onkogens. Dementsprechend wird dies eine dominante Antwort genannt.
Wie wird ein Proto-Onkogen in ein Onkogen umgeformt?
Bis heute wurden ungefähr 60 Proto-Onkogene identifiziert. Die meisten dieser Gene
verschlüsseln Teile der Mechanismen, die das interaktive Verhalten der Zellen im Körper
regulieren. Sehr oft sind sie wichtige Komponenten der Zell-Signalwege, bei welchen sie die
Kontrolle über Zellteilung, Differenzierung und Zelltod haben. Zum Beispiel ist das Proto-
Onkogen HER2, welches den HER2-Rezeptor verschlüsselt, bekannt für seine wichtige Rolle im
normalen Wachstum und in der Entwicklung des Brustgewebes.
Die Umformung eines Proto-Onkogens in ein Onkogen kann auf drei Arten geschehen:
● Punktmutation oder Deletion
● Gen-Amplifikation
● Chromosomen-Neu-Anordnung (Abbildung 3.4).
Eine Punktmutation oder Deletion kann die Protein-kodierenden Regionen so verändern, dass sie
ein Protein hervorbringen, das hyperaktiv ist, oder sie kann in einer Genregion vorkommen,
welche die Expression kontrolliert, was zu einer Gen-Überexpression führen kann.
Punktmutationen sind charakteristisch für das Ras-Onkogen. Gen-Amplifikationen, bei denen
multiple Kopien eines Gens produziert werden, geschehen auf der Basis zahlreicher Fehler im
Verlauf des Chromosomen-Replikations-Prozesses. Chromosomale Neu-Anordnungen bestehen
am häufigsten aus Translokationen, bei welchen Chromosomen abbrechen und das genetische
Material entweder von einem Chromosom zum andern transferiert, zwischen Chromosomen
Gen-
Amplifikationen,
bei denen
multiple Kopien
eines Gens
produziert
werden,
geschehen auf
der Basis
zahlreicher Fehler
im Verlauf des
Chromosomen-
Replikations-
Prozesses.
3.7

3
ausgetauscht oder innerhalb von Chromosomen neu positioniert wird. Die daraus entstehende
Gen-Veränderung verursacht eine abnorme Gen-Expression.
Diese Arten von Veränderungen sind häufig die Folge von Tumor-Initiatoren oder Tumor-
Promotoren. Tumor-Initiatoren sind Substanzen (wie zum Beispiel Benzopyren, ein Bestandteil
von Tabak), die bei einer Erstexposition noch keine sichtbaren Schäden verursachen, die aber
bei chronischer Exposition die Entwicklung von Krebs fördern. Im Gegensatz dazu können
Tumor-Promotoren Krebs verursachen, wenn sie nach dem Kontakt mit einem Tumor-Initiator
wiederholt angewandt werden. Ein Beispiel dafür sind die Phorbol-Ester, welche sich in
Pflanzenölen befinden. Eine kontinuierliche Exposition zu Tumor-Promotoren stimuliert die
unangepasste Zell-Proliferation, jedoch nicht die Krebsentwicklung. Krebs entwickelt sich, wenn
weitere Mutationen vorkommen, bevor der Tumor-Promotor unwirksam gemacht wird. Also
können Krebskrankheiten infolge Gen-Veränderungen durch Umweltfaktoren entstehen.
Tumor-Suppressor-
Gene kommen in
normalen Zellen
vor und hemmen
normalerweise
eine übermässige
Zell-Proliferation.
Das Mismatch-
Reparatur-System
ist ein DNA-
Korrekturlese-
System, das
fehlerhafte DNA-
Nukleotiden
erkennen und
korrigieren kann.
Tumor-Suppressor-Gene
Tumor-Suppressor-Gene kommen in normalen Zellen vor und hemmen normalerweise eine
übermässige Zell-Proliferation. Der Verlust der Funktion von Tumor-Suppressor-Genen, als Folge
einer Mutation, spielt ebenfalls eine Rolle in der Entwicklung von Krebs. Im Gegensatz zu den
aktivierenden Mutationen, die aus Proto-Onkogenen Onkogene generieren, verlieren die Tumor-
Suppressor-Gene ihre Funktion bei Krebszellen. Ähnlich wie die Onkogene, haben die Tumor-
Suppressor-Gene verschiedene Funktionen in der Wachstumsregulation, der Differenzierung und
der Apoptose (dem programmierten Zelltod). Wie weiter unten erwähnt (siehe Seite 3.10),
nimmt man an, dass das Produkt des Tumor-Suppressor-Gens p53 den Prozess des
programmierten Zelltodes reguliert.
Mismatch-Reparatur-Gene
Zunehmende Evidenz leitet zur Annahme, dass neben den Proto-Onkogenen und den Tumor-
Suppressor-Genen auch DNA-Reparatur-Gene eine wichtige Rolle in der Entwicklung von Krebs
spielen. Das Mismatch-Reparatur-System ist ein DNA-Korrekturlesesystem, das fehlerhafte
DNA-Nukleotiden erkennen und korrigieren kann. Dieses wichtige System kann Fehler
reparieren und das Genom mit einem 100- bis 1’000 fachen Schutz gegen Mutationen
ausstatten. Es bewahrt so das Genom vor Rekombinationen zwischen nicht homologen
Regionen der DNA. Anders als bei den Nukleotid- und bei den Basen-Aubchnitt-Reparaturen,
bei welchen Nukleotiden erkannt werden, die chemisch verändert oder fusioniert wurden,
entdecken Mismatch-Reparatur-Systeme Veränderungen an der Aussenseite der DNA-Helix,
welche aus einer Fehlanlage von nicht komplementären Basen-Paaren resultiert. Das System
entfernt fehlerhafte Nukleotid-Sequenzen vom neuen Strang (Abbildung 3.5). Während bei der
Mismatch-Reparatur-Funktion vor allem Mutationen verhindert und Fehler korrigiert werden,
werden ebenfalls DNA-geschädigte Zellen zum Zelltod geführt. Kürzliche Erkenntnisse haben
gezeigt, dass die Mismatch-Reparatur-Proteine auch in andere Prozesse involviert sind, zum
Beispiel bei veränderten Basen oder anderen Typen von DNA-Schädigungen, wie Strang-
Abbrüchen der DNA. Die fehlerhafte Mismatch-Reparatur führt zu einer Zunahme von
spontanen Mutationen.
Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass eine Anzahl von Mismatch-Reparatur-Genen,
wie MSH2, MLH1, MLH2, PMS1 und PMS2, bei der Entwicklung von Krebs, wie zum Beispiel
bei Kolorektal-, Endometrial- und Magenkrebs eine Rolle spielen. So produzieren zum Beispiel
das MLH1- und MSH2-Gen normalerweise Proteine, die Fehler beseitigen können. Aber wenn
die MLH1- und MSH2-Gene defekt sind, werden die Reparatur-Proteine nicht produziert. Als
3.8

3
Fehlerhaftes Basen-Paar wird durch
das Reparatursystem erkannt
Fehlerhafte Base wird entfernt
Korrekte Base mit Anlage der
DNA-Sequenz wird resynthetisiert
Abbildung 3.5. Das Mismatch-Reparatur-System erkennt und ersetzt fehlerhafte DNA-Nukleotide.
Folge davon können DNA-Fehler während der Replikation übersehen werden, was zu einer
Häufung von Krebs-auslösenden Mutationen führen kann. Bis vor kurzem hat man
angenommen, dass MLH1- und MSH2-Defekte primär zu einem kolorektalen Karzinom führen
würden. Inzwischen hat man aber nachweisen können, dass diese beschädigten Gene
ebenfalls bei Personen mit anderen Tumorformen, inklusive Brustkrebs und Endometriumkrebs,
vorkommen.
Gen-Anomalien bei der Entwicklung von Krebs
Es wird angenommen, dass Krebs die Folge einer Reihe von Mutationen in Onkogenen und
Tumor-Suppressor-Genen ist. Die entsprechenden Mutationen variieren von Tumor zu Tumor. Die
Genmutationen beeinflussen die Produktion von regulierenden Wachstumsproteinen und
bringen die Zellteilung aus dem Gleichgewicht, was zum Wachstum von Tumoren führt.
Tabelle 3.1 zeigt eine Anzahl von Onkogenen und Tumor-Suppressor-Genen, die bis heute
identifiziert werden konnten, und die eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Krebs spielen.
Die Schlüsselbeispiele p53, Myc, Ras und HER2 sind unten aufgeführt.
p53
p53 ist ein potenter, Tumor-unterdrückender, multifunktionaler, sequenzspezifischer, DNAbindender
Transkriptionsfaktor, der eine zentrale Rolle im komplexen Netzwerk der Signalpfade
darstellt. Es handelt sich um ein kurzlebiges Protein, das sich als Antwort auf verschiedene
Signale (verursacht durch verschiedene Stressoren, die sich schädigend auf das Genom
auswirken, inklusive Schädigung der DNA, Unterbruch der DNA- oder RNA-Synthese und
Nukleotidzerstörung) vermehrt (siehe Abbildung 3.6). Diese Signale verursachen auch eine
p53-Aktivierung, wenngleich zu sagen ist, dass die verantwortlichen Mechanismen für die
Induktion und Aktivierung von p53 als Antwort auf stressbezogene Stimuli heute noch nicht
vollständig geklärt sind. Aktiviertes p53 ist involviert in die Kontrolle von DNA-Reparaturen vor
der DNA-Replikation und in die Induktion des programmierten Zelltodes von Zellen mit DNA-
Anomalien, die nicht repariert werden können. Diese Fähigkeit von p53, zelluläre Antworten
auf DNA-Schädigungen zu koordinieren, bedeutet, dass es die Erhaltung der genetischen
Stabilität fördert und so als „Genom-Wächter“ dient.
Es wird
angenommen,
dass Krebs die
Folge einer Reihe
von Mutationen in
Onkogenen und
Tumor-Suppressor-
Genen ist.
p53 ist ein
potenter, Tumorunterdrückender,
multifunktionaler,
sequenzspezifischer,
DNA-bindender
Transkriptionsfaktor…
3.9

3
Tabelle 3.1. Beispiele von Onkogenen und Tumor-Suppressor-
Genen.
Wachstumsfaktoren
Wachstumsfaktor-
Rezeptoren
Cytoplasma-Proteine
Kernproteine
Tumor-Suppressoren
Transformierender Wachstumsfaktor-α (TGF-α)
Amphiregulin
Thrombozyten-Wachstumsfaktor (PDGF)
Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF)
Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor (IGF-I)
Epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR oder HER1)
HER2, HER3, HER4
Met
Thrombozyten-Wachstumsfaktor-Rezeptor (PDGF-R)
Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor-I-Rezeptor (IGF-I-R)
Fibroblasten-Wachstumsfaktor-Rezeptoren (FGFR)
Ret
Ras
Abl
Myc
fos
jun
ski
rel
myb
p53
Rb
Stimuli
Geschädigte DNA
DNA/RNA-Synthese-Stopp
Nukleotid-Verbrauch
Zunahme von p53 an
Menge und Aktivität
Transkriptions-aktives
p53
Wachstumsstopp
Apoptose
Genetische Stabilität
Abbildung 3.6. Übersicht der p53-Signale bei der Aufrechterhaltung der genetischen Integrität.
3.10

3
p53 und DNA-Schädigungen
Die normale Funktion von p53 befähigt die Zellen, eine DNA-Schädigung zu bewältigen. Das
Produkt des p53-Gens beugt unkontrollierter Tumorzell-Proliferation vor, indem es die Zelle in
Laufe des Zellzyklus stoppt, wenn sie eine Chromosomen-Anomalie aufweist. Es ist wichtig zu
wissen, dass diese kritische Aktion vor der DNA-Replikation stattfindet. Dieser zeitliche
Unterbruch im Zellzyklus erlaubt die Reparatur der DNA und verhindert damit den Einbau des
Fehlers in frisch synthetisierte Zellen. p53 induziert auch eine Apoptose, wenn Zellen
Anomalien enthalten, die nicht repariert werden können. Ein intaktes Set von p53 abhängigen
Funktionen erhält die genetische Integrität aufrecht, indem es geschädigte Zellen eliminiert,
indem es entweder den Zellzyklus unwiderruflich anhält oder den Zelltod einleitet. Also führt der
Verlust oder die Inaktivierung von p53 zum Verlust dieser Überwachungsfunktion, wodurch es
unmöglich wird, eine konstante Anzahl von Zellen aufrecht zu erhalten, weil die Apoptose nicht
mehr stattfindet.
Die Induktion eines temporären Stopps im Zellzyklus durch aktives p53 wird durch die
Beeinflussung von anderen spezifischen Genen, die den Zellzyklus regulieren, bewirkt. Zu
diesen Genen gehört p21, das mithilft, den Zellzyklus zu stoppen und bcl2, welches den Eintritt
in die Apoptose verhindert.
Das Produkt des
p53-Gens beugt
unkontrollierter
Tumorzell-
Proliferation vor,
indem es die
Zelle in Laufe des
Zellzyklus stoppt,
wenn sie eine
Chromosomen-
Anomalie
aufweist.
p53 und Kontrolle des Zellzyklus
p53 reguliert die Entwicklung des Zellzyklus an verschiedenen Punkten. Es fördert den
G1-Stopp als Antwort auf DNA-Schädigungen, die durch UV- oder Gamma-Strahlen,
chemotherapeutische Medikamente und Nukleotid-Entfernung ausgelöst worden sind. Zusätzlich
ist p53 direkt an der Erhaltung des Gleichgewichtes des Zentrosoms beteiligt. Fehlerhafte
Zentrosomen-Duplikation kann p53 aktivieren, was zum Unterbruch in G1 oder G2 führen
kann. Ein anderer, potentiell durch p53 verursachter Stopp, ist die G2-M-Transition, wo die
Überexpression von p53 den Eintritt in die Mitose verhindern kann. Diese Eigenschaft von p53
bewahrt Zellen vor dem Eintritt in die Mitose und somit vor der Replikation von beschädigter
oder inkomplett synthetisierter DNA.
p53-Mutationen und die Entwicklung von Krebs
Mutationen im p53 Tumor-Suppressor-Gen sind die häufigsten genetischen Schäden bei
menschlichen Tumoren, sie kommen bei über 50% aller Krebsformen vor. So weisen mehr als
die Hälfte aller menschlichen Krebserkrankungen einen Zusammenhang mit dem Verlust der
p53-Funktion auf. Forschungsresultate lassen vermuten, dass ungefähr ein Drittel der Brustkrebs-
Erkrankungen mit Veränderungen im p53-Gen verbunden sind. Mutationen, die die Anbindung
von p53 an DNA verhindern oder welche mit der Fähigkeit interferieren, die DNA-Replikation
aufzuhalten, behindern den durch p53 gelenkten Anhaltemechansimus bei der Teilung von
Zellen, welche karzinogene Mutationen enthalten. Dies führt nicht nur zur unkontrollierten
Zellteilung, sondern auch zur Förderung von karzinogenen Mutationen bei der Zellteilung. Es ist
deshalb nicht überraschend, dass p53-Mutationen mit Tumoren in Verbindung gebracht werden,
die einen hohen Grad an Aggressivität aufweisen.
Ras
Die Proteinfamilie Ras ist behilflich bei der Weitergabe von Signalen des Rezeptors Tyrosin-
Kinase an den Zellkern, um die Proliferation und Differenzierung der Zelle zu stimulieren.
Mutationen des Ras-Gens, die eine Hyperaktivität des Genproduktes bewirken, zerstören die
normale Kontrolle über die Zell-Proliferation, was die Bildung von Krebszellen zulässt. Ungefähr
30% der menschlichen Krebserkrankungen, so Tumoren der Lunge, des Ohren-, Nasen- und
Mutationen im
p53 Tumor-
Suppressor-Gen
sind die
häufigsten
genetischen
Schäden bei
menschlichen
Tumoren, sie
kommen bei über
50% aller
Krebsformen vor.
3.11

3
Halsbereichs, des Kolons und der Schilddrüse, weisen Mutationen in einem Ras-Gen auf. Bei
andern Tumorformen wie Brustkrebs sind Ras-Mutationen selten, aber Ras könnte pathologisch
aktiviert werden durch die Überexpression von Wachstumsfaktor-Rezeptoren und ihre
entsprechenden Signale.
Myc
Myc ist ein Frühantwort-Gen, das seine eigene Transkription reguliert. Diese Art von Regulation
wird negatives Feedback genannt. Die meisten, wenn nicht alle Arten von menschlichen
Malignomen wurden in Zusammenhang gebracht mit der Amplifikation und/oder
Überexpression des c-Myc Proto-Onkogens. Studien in den vergangenen Jahren haben zudem
gezeigt, dass das c-Myc-Gen das Wachstum regulieren kann, sowohl im Sinne der Zellgrösse
als auch im Kontext der Gewebedifferenzierung. Es ist mittlerweile bekannt, dass das c-Myc-
Gen in die häufigsten Aspekte der zellulären Funktionen, inklusive Replikation, Wachstum,
Metabolismus, Differenzierung und Apoptose mit einbezogen ist. C-Myc spielt eine wichtige
Rolle bei Brustkrebs und bei den Wirkungsmechanismen der Hormone, die bei der Ätiologie
von Brustkrebs eine Rolle spielen.
HER2
HER2 ist ein anderes wichtiges Proto-Onkogen. Üblicherweise befinden sich zwei Kopien des
HER2-Gens in allen normalen epithelialen Zellen. HER2 kann aber bei einem Teil von
Krebsarten einer Amplifikation unterliegen, wobei multiple Kopien des HER2-Gens produziert
werden. HER2 kodiert für einen transmembranen Wachstumsfaktor-Rezeptor, der bei der
Kontrolle von Zellreplikation, -Wachstum, -Differenzierung und -Überleben wichtig ist. HER2 ist
einer von vier Wachstumsfaktor-Rezeptoren der HER-Familie (HER1, HER2, HER3 und HER4).
Eine
Amplifikation des
HER2-Gens führt
zu einer
übermässigen
Produktion des
Rezeptor-Proteins
und erhöht die
intrazelluläre
Signalwirkung,
was zu
unkontrolliertem
Zellwachstum
führt.
Forschungen haben gezeigt, dass HER2 stark mit andern HER-Proteinen interagiert und so das
Zellwachstum fördert. Eine Amplifikation des HER2-Gens führt zu einer übermässigen
Produktion des Rezeptor-Proteins und erhöht die intrazelluläre Signalwirkung, was zu
unkontrolliertem Zellwachstum führt. HER2 ist bei ungefähr 20% aller Brustkrebserkrankungen
(bezeichnet als HER2-positive Tumoren) überexprimiert. HER2-positive Zellen sind bekannt
dafür, dass sie viele Kennzeichen von Tumorzellen aufweisen wie unkontrolliertes Zellwachstum,
erhöhte DNA-Synthese und erhöhte Gefahr der Metastasierung (Abbildung 3.7). Dies ist
Abbildung 3.7. Die Wirkung von HER2-Gen-Amplifikation auf die menschliche Brustkrebszelle.
3.12

3
wahrscheinlich bedingt durch die vermehrten Wachstums-Signale, infolge der Präsenz der
vermehrten HER2-Rezeptoren.
In der Klinik weisen etwa 20% der Frauen mit Brustkrebs einen HER2-positiven Status auf. Diese
Frauen haben eine schlechte Prognose (Abbildung 3.8). Weitere Beobachtungen weisen darauf
hin, dass der HER2-Status das Ansprechen auf übliche Therapien für Brustkrebs beeinflussen
kann. Studien lassen vermuten, dass HER2-positive Frauen gegenüber Hormontherapien, wie
zum Beispiel Tamoxifen, resistent sind; hingegen eher behandelbar mit optimalen Dosen von
anthracyklinhaltigen Therapien. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass HER2 die
Angriffsfläche für den humanisierten monoklonalen Antikörper Herceptin ® darstellt.
Wahrscheinlichkeit des krankheitsfreien Überlebens
100
80
60
40
20
Log rank p=0.001
0
0 12 24 36 48 60 72
Zeit (Monate)
In der Klinik
weisen etwa 20%
der Frauen mit
Brustkrebs einen
HER2-positiven
Status auf. Diese
Frauen haben
eine schlechte
Prognose.
Abbildung 3.8. HER2-positive Brustkrebspatientinnen haben eine schlechtere krankheitsfreie
Überlebenszeit als Patientinnen, die HER2-negativ sind. Reproduziert mit Erlaubnis von Seshadri et al.
J Clin Oncol 1993:1936–42.
Mehrere Studien haben gezeigt, dass andere Onkogene zusammen mit HER2 bei Tumoren
überexprimiert sind. So gibt es zum Beispiel oft Verbindungen zwischen der Überexpression
von HER2, p53 und c-Myc bei Brustkrebs. Die Testung für die Kombination von HER2- und
p53-Überexpression kann helfen, Patienten in verschiedene Risikogruppen zu klassifizieren.
Zellsignale
Proto-Onkogene und Tumor-Suppressor-Gene üben ihre Wirkung in der Kontrolle der
Zellreplikation über intrazelluläre Signalpfade aus. Ein Proto-Onkogen wie HER2 kodiert für
einen Rezeptor, der, wenn er stimuliert ist, eine Reihe von Vorgängen innerhalb der Zelle
triggert (auslöst). Dieser Prozess ist bekannt als Signal-Transduktion und stellt sicher, dass die
Zellen fähig sind, auf die lokale Umgebung, in der sie sich befinden, zu antworten. Auf diesem
Weg werden extrazelluläre Stimuli empfangen, verstanden und an den Kern übermittelt, mit
dem Ziel, eine angepasste zellspezifische Antwort zu aktivieren. Die Regulation solcher
Antworten wird in erster Linie durch Signal-Transduktionen kontrolliert.
Alle biologischen Prozesse sind das Resultat von integrierten und konzertierten molekularen
Vorgängen. Zum Beispiel besteht eine emzymatische Reaktion aus einer Serie von Schritten. So
ist die gesamte Protein-Aktivierung eine Kette von Vorgängen, von denen jeder als Signal für
Proto-Onkogene
und Tumor-
Suppressor-Gene
üben ihre
Wirkung in der
Kontrolle der
Zellreplikation
über
intrazelluläre
Signalpfade aus.
3.13

3
den nächsten dient. Diese Signalserien, die wie mit einem Domino-Effekt ausgerüstet sind,
haben darum den Namen Signal-Kaskade (Abbildung 3.9). Auch die Signal-Transduktion ist
eine Form von Signal-Kaskade.
In den letzten Jahren wurde auf dem Gebiet der Signal-Transduktion intensiv Forschung
betrieben. Zellsignal-Forschung wurde durch neue Technologien vorangetrieben. Der
bemerkenswerteste Fortschritt geschah im Gebiet der Gentechnologie (beschrieben in Kapitel 5)
und in der Entwicklung und Verfügbarkeit eines breiten Spektrums von Signal-Substraten,
-Inhibitoren, -Analogen, -Agonisten und -Proteinen. Die medizinische Forschung im Bereich der
Zellsignale wurde in den letzten Jahren intensiviert, weil Anomalien bei der Zellsignalisierung
bei vielen Krankheiten festgestellt wurden. Ein gutes Beispiel dafür ist der HER2-Rezeptor bei
Brustkrebs und der mit ihm verwandte HER1-Rezeptor bei Krebs im Ohren-, Nasen- und
Halsbereich.
Signalisierender Ligand
Rezeptor
Zellmembran
Rezeptor wird durch die
Anbindung des Liganden
aktiviert
Der aktivierte Rezeptor
stimuliert die Produktion
von Boten-Molekülen
Erstellen von Gen-Kopien
Boten-Moleküle
stimulieren Kinasen
Jedes Kinase-Molekül
kann phosphorylieren
und dabei verschiedene
Enzyme aktivieren
Erstellen von Gen-Kopien
Jedes Enzym-Molekül
katalysiert die
Veränderung eines
passenden Produktes
Erstellen von Gen-Kopien
Abbildung 3.9. Zusammenfassung der wichtigsten Schritte der Signal-Transduktion.
3.14

3
Das Ziel der Signalisierung
Das Hauptziel der Signal-Prozesse ist, eine Nachricht aus der Zellumgebung an eine Zielzelle
zu übermitteln. Die meisten Signaltransduktionen werden von Rezeptoren, an die ein
spezifisches Protein (Ligand) bindet, vermittelt. Die meisten Rezeptoren sind transmembrane
Proteine, die aktiviert werden, wenn der Ligand sich an sie bindet, und die dann eine ganze
Reihe von intrazellulären Signalen produzieren, die das Verhalten der Zielzelle verändern.
Einige Rezeptorproteine kommen aber auch innerhalb der Zellen vor. Jede Zelle ist
programmiert, auf spezifische Kombinationen von Signalmolekülen zu reagieren. Viele Zellen
benötigen mehrere Signale, um überleben zu können, dazu noch zusätzliche Signale, um sich
zu teilen und noch andere, um sich zu differenzieren. Wenn die benötigten Signale ausfallen,
werden die meisten Zellen einer Form von Zell-Selbstmord unterzogen, bekannt als
programmierter Zelltod oder Apoptose.
Signal-Transduktion
Wachstumsfaktoren und ihre entsprechenden Rezeptoren bilden die obersten zwei Stufen im
Signalpfad und übertragen Botschaften in Form extrazellulärer Stimuli von der Zelloberfläche
zum Zellkern. Die Überbringer der Botschaften in diesen Signalwegen sind die
Signaltransduktoren und Aktivatoren der Transkription, die bekannt sind als STATs. STATs sind
Proteine, die eine Familie von Transkriptionsfaktoren enthalten, und durch eine Tyrosin-Kinase
aktiviert werden. Nach der Aktivierung migrieren diese Transkriptionsfaktoren in den Zellkern,
wo sie die Gen-Expression regulieren. Dieser Prozess wird Signal-Transduktion genannt. Die
Komponenten, die zu diesem Prozess beitragen, werden unten beschrieben.
Proteinkinasen
Proteinkinasen wirken als molekulare Schalter für eine Vielzahl von zellulären Prozessen. Der
„Schalter“-Effekt wird durch die Phosphorylierung spezifischer Tyrosine oder Serine/Threonine
am gewünschten Protein ausgelöst (Abbildung 3.10). Dieser Prozess der Phosphorylierung führt
zur Aktivierung des Zielproteins. Intrazelluläre Proteinkinasen sind normalerweise das Ziel von
sekundären Überbringungs-Molekülen (z.B. cAMP, cGMP, Diacylglycerol), spielen aber auch
ATP ADP
Proteinkinasen
wirken als
molekulare
Schalter für eine
Vielzahl von
zellulären
Prozessen.
Proteinkinase
Inaktives
Protein
Tyrosin-,
Serin- oder
Threonin-Reste
Aktiviertes
Protein
P
Phosphat
ATP
ADP
Proteinkinase
Aktiviertes
Protein
Tyrosin-,
Serin- oder
Threonin-Reste
Inaktives
Protein
P
Phosphat
Abbildung 3.10. Proteinkinasen aktivieren/inaktivieren Proteinziele durch die Phosphorylierung von
Tyrosin, Serin oder Threonin-Aminosäuren.
3.15

3
kritische Rollen bei andern Signalereignissen. So sind zum Beispiel Mitogen-aktivierte
Proteinkinasen (MAPK) wichtige Bestandteile der durch PDGF (von Thrombozyten freigesetzter
Wachstumsfaktor) induzierten Signalkaskaden, welche die cAMP-abhängige Proteinkinase
aktivieren.
Zusätzlich scheint es auch beträchtliche Interaktionen zwischen Proteinkinasen in verschiedenen
Signalkaskaden zu geben. Zum Beispiel ist bekannt, dass PKA die MAPK-Aktivität hemmt und
dass Proteinkinase C (PKC) PKA hemmen kann.
Der wichtigste
Mechanismus,
durch welchen
eine Zelle
extrazelluläre
Stimuli empfängt
und als Folge
davon eine
intrazelluläre
Signalreihe
auslöst, geschieht
durch Membran-
Rezeptoren.
Rezeptoren – wichtige Moleküle bei der Zellsignalisierung
Der wichtigste Mechanismus, durch welchen eine Zelle extrazelluläre Stimuli empfängt und als
Folge davon eine intrazelluläre Signalreihe auslöst, geschieht durch Membran-Rezeptoren.
Einige der Hauptrezeptoren, die in die intrazelluläre Signalisierung einbezogen sind, sind
Rezeptor-Tyrosinkinasen, Rezeptor-verwandte Tyrosinkinasen (RATK) und G-Protein-Komplexe.
Zur Familie der Tyrosinkinase-Rezeptoren gehören HER2, der epidermale Wachstumsfaktor-
Rezeptor (EGF-R), der Insulin-Rezeptor und der PDGF-Rezeptor. Diese wichtigen Rezeptoren
haben viele gemeinsame strukturelle Merkmale: alle besitzen eine extrazelluläre Ligandspezifische
Binde-Region oder eine intrazellulär katalytische Region mit intrinsischer
Tyrosinkinase-Aktivität. Die Ligand-Bindung in der extrazellulären Region aktiviert die Aktivität
der Rezeptor-Tyrosinkinase, was zu einer Vielzahl von Effekten führt.
Signalisierung durch Wachstumsfaktor-Rezeptoren
Der durch den Liganden aktivierte Rezeptor muss die Information an den Kern übermitteln, so
dass die Zelle auf das Signal antworten kann. Dieser Übermittlungsprozess involviert oft die
physikalische Bewegung von Proteinen. Nur wenn die Proteinsignale den Kern erreichen,
erfolgt eine Antwort der Gene, welche die Upregulation (Erhöhung) oder die Downregulation
(Verminderung) der Gentranskription beinhaltet (Abbildung 3.11). Tatsächlich können aber die
Rezeptor-Signalisierung und die Übermittlung von Information durch Proteine durch andere
Mechanismen beeinflusst werden, die das Endresultat in Bezug auf die Gentranskription
verändern.
Wachstumsfaktoren
Effektor-
Proteine
P
P
Proteinkinase-
Aktivität
Phosphorylierung
und Aktivierung
von Effektor-Proteinen
Wachstumsfaktor-
Rezeptoren
P
Induktion
der Gen-
Transkription
Aktivierte,
in den Zellkern
transferierte
Proteine
Zellkern
Abbildung 3.11. Schematische Darstellung der Signalisierung durch Wachstumsfaktor-Rezeptoren.
3.16

3
Signal-Pfade
HER2
HER2 ist ein Mitglied der Familie der humanen epidermalen Wachstumsrezeptoren, welche aus
vier ähnlichen Rezeptoren besteht. Diese Rezeptoren interagieren miteinander. Anomalien des
HER2-Rezeptors, die eine Überstimulation der Übermittlungspfade von zellulären
Wachstumsfaktor-Signalen hervorrufen, spielen eine Rolle bei einer Anzahl von
Krebskrankheiten, insbesondere bei Brustkrebs.
Die Struktur von HER2
Das HER2-Protein hat drei Domänen oder Regionen, die folgende Anteile umfassen:
● eine extrazelluläre Domäne, die in der Liganden-Bindung tätig ist
● einen transmembranen Bereich für die Signalisierung
● einen intrazellulären Bereich mit Tyrosinkinase-Aktivität (Abbildung 3.12).
HER2-Signal-Transduktion
Kleine Mengen des HER2-Rezeptors sind normalerweise an der Oberfläche von epithelialen
Zellen exprimiert und spielen eine Rolle im normalen Zellwachstum und in der Zellteilung. HER2
verbindet sich mit anderen HER-Rezeptoren, um aktiv werden zu können. Der
Anbindungsprozess triggert eine festgelegte Reihenfolge von Ereignissen, die wiederum einen
Informationsfluss durch den Signal-Transduktionspfad bewirken. So wird sichergestellt, dass die
Signale von der Zellmembran durch das Zytoplasma zum Zellkern übermittelt werden
(Abbildung 3.11). Die Gen-Aktivierung geschieht dann als Folge dieses Signal-Transduktions-
Prozesses.
Inhibition der HER2-Signal-Transduktion
Wie schon erwähnt, wird HER2 in etwa 20% der Brustkrebserkrankungen überexprimiert. So
hat eine Anzahl von Patientinnen mit Brustkrebs multiple Kopien des HER2-Gens, was zu einer
Plasma-
Membran
Zytoplasma
Extrazelluläre
Domäne (632 Aminosäuren)
Ligand-bindende Stelle
Transmembrane Domäne
(22 Aminosäuren)
Intrazelluläre Domäne
(580 Aminosäuren)
Tyrosinkinase-Aktivität
Anomalien des
HER2-Rezeptors,
die eine
Überstimulation
der
Übermittlungspfade
von zellulären
Wachstumsfaktor-
Signalen
hervorrufen,
spielen eine Rolle
bei einer
Anzahl von
Krebskrankheiten,
insbesondere bei
Brustkrebs.
…eine Anzahl
von Patientinnen
mit Brustkrebs hat
multiple Kopien
des HER2-Gens,
was zu einer
Überexpression
des HER2-
Proteins, zu
erhöhter
Signalabgabe an
den Zellkern und
zu onkogener
Transformation
normaler Zellen
führt.
Abbildung 3.12. Modell des HER2-Proteins.
3.17

3
Überexpression des HER2-Proteins, zu erhöhter Signalabgabe an den Zellkern und zu
onkogener Transformation normaler Zellen führt.
Nimmt man die Signalfunktion von HER2 weg, wird die Wachstumssignalisierung schwächer,
was das maligne Wachstum potentiell reduziert. Anti-HER2-monoklonale Antikörper (MAbs) wie
Herceptin ® können eine HER2-Reduktion in Brustkrebszellen verursachen. Dieser Mechanismus
könnte die Antikrebs-Wirkung von Therapien wie Herceptin ® , die auf HER2 abzielen,
unterstützen. Dies wird in den Kapiteln 6 und 7 beschrieben. Die wachstumshemmende
Wirkung von verschiedenen anti-HER2-MAbs bei Brustkrebs korreliert mit ihrer Fähigkeit, HER2
zu binden und es von der Zelloberfläche zu entfernen. Diese Aktivität hindert HER2 daran, mit
andern HER-Proteinen zu interagieren, wodurch die Wachstumssignale, welche die Entwicklung
von Krebszellen fördern, vermindert werden.
TGF-β/Smad
Der Signalpfad des transformierenden Wachstumsfaktors β (TGF-β) enthält drei wichtige
Elemente: TGF-β-Proteine, transmembrane Rezeptoren und Signalproteine, die Smad genannt
werden. Der Prozess der Signaltransduktion wird durch die Anbindung extrazellulärer TGF-β an
die Membran-Rezeptoren initiiert, worauf die Aktivität der Rezeptor-Proteinkinase spezifische
Smad-Proteine phosphoryliert. Die aktivierten Smad-Proteine werden in den Zellkern transferiert,
wo sie die Transkription spezifischer Gene induzieren. Ein Fehler auf diesem Pfad kann eine
unkontrollierte Proliferation von Zellen auslösen und so die Entstehung von Krebs fördern.
Ras und Raf-1/ERK2 (MAPK)
Wie oben bereits erwähnt wurde, stimulieren die Proteinprodukte von Onkogenen eine
unkontrollierte Zellproliferation. Die Onkogenese durch das Ras-Gen geschieht, wenn Ras-GTPbindende
Proteine (p21 Ras-Familie) interagieren. Die Kinase-Aktivität dieser aktivierten
Moleküle beeinflusst eine Vielzahl von Signalpfaden. Ras (Ras-GTP)-Proteine werden reguliert
durch Ras GTPase-aktivierende Proteine (GAPs), was die Hydrolyse von Ras-gebundenem GTP
moduliert. Im Gegensatz dazu werden onkogene Ras-Proteine (p21 Ras Proteine) nicht durch
GAPs inaktiviert, was zur konstanten Stimulation von einseitigen Signalelementen und somit zu
unkontrolliertem Zellwachstum führt.
Tumor-Onkogenese und Tumor-Wachstum
Wenn Tumoren
die Fähigkeit
haben, ins
umliegende
Gewebe zu
infiltrieren, haben
sie bösartigen
Charakter und
man bezeichnet
sie als maligne.
Die Entwicklung eines Tumors
Wenn Tumoren die Fähigkeit haben, ins umliegende Gewebe zu infiltrieren, haben sie
bösartigen Charakter und man bezeichnet sie als maligne. Solche Tumoren können auch
metastasieren oder Fernmetastasen bilden, weil Zellen durch die Blutbahn oder das
lymphatische System transportiert werden.
Tumoren werden normalerweise erst entdeckt, wenn sie schon relativ gross sind (etwa 10 8 oder
10 9 Zellen) (Abbildung 3.13). Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass der Tumor bereits vor
der Entdeckung metastasiert hat, was wiederum die Behandlung erschwert. Es ist offensichtlich,
dass ein Tumor umso kleiner ist, je früher er entdeckt wird. Dies verbessert die Prognose und
das Resultat für den Patienten, vor allem, wenn der Tumor entdeckt wird, bevor Metastasen
entstanden sind. Je ausgedehnter die Metastasierung, desto schwieriger ist die Beseitigung des
Tumors.
Das Wachstum von Tumorzellen ist wichtig im Zusammenhang mit der Entwicklung von Krebs.
Tumoren wachsen exponentiell (Abbildung 3.13), weil jede Zellteilung die Anzahl der Zellen
3.18

3
Durchmesser des Tumors (mm)
100
10
1
0.1
0
1 10 20 30 40 50
Verdoppelung der
Anzahl Tumorzellen
Abbildung 3.13. Exponentielles Tumorwachstum.
Normal
HER2-Rezeptor-
Protein
HER2
mRNA
Tod des Patienten
(10 12 Zellen)
Tumor erstmals palpabel
(10 9 Zellen)
Tumor erstmals im Röntgen
sichtbar (10 8 Zellen)
verdoppelt, so dass aus zwei Zellen vier werden, aus vier acht, dann 16, 32, 64 und so weiter.
Die Entwicklung eines Tumors aus einer nicht-malignen Vorstufe zu einem invasiven Tumor und
zu einer metastasierenden Erkrankung benötigt viele aufeinander folgende Mutationen und eine
natürliche Selektion. Eine einzelne Mutation ist also meist noch nicht ausreichend um Krebs zu
verursachen, sondern es scheint, dass Krebs erst durch mehrere von einander unabhängige
Faktoren entsteht.
Die Schritte der Tumorentwicklung können in Zusammenhang gebracht werden mit Mutationen,
die spezifische Onkogene aktivieren und spezifische Tumor-Suppressor-Gene inaktivieren. Zum
Beispiel sind der Verlust der Funktion von p53 und die Überexpression von HER2 häufige
Ereignisse in der Entwicklung von Krebs. Eine HER2 Gen-Amplifikation (Abbildung 3.14) führt
zu onkogenetischer Transformation durch vermehrte Transkription (Synthese von RNA) des
HER2-Gens, welche zur Vermehrung der HER2 mRNA Mengen führt.
Amplifikation/Überexpression
1
2
3
Die Entwicklung
eines Tumors aus
einer nichtmalignen
Vorstufe
zu einem
invasiven Tumor
und zu einer
metastasierenden
Erkrankung
benötigt viele
aufeinander
folgende
Mutationen und
eine natürliche
Selektion.
Die Schritte der
Tumorentwicklung
können in
Zusammenhang
gebracht werden
mit Mutationen,
die spezifische
Onkogene
aktivieren und
spezifische Tumor-
Suppressor-Gene
inaktivieren.
Zytoplasma
Zytoplasma-
Membran
Zellkern
HER2 DNA
1 = vermehrte Genkopien
2 = erhöhte mRNA-Transkription
3 = erhöhte Expression von
Zelloberflächen-Rezeptorproteinen
Abbildung 3.14. Indikatoren des HER2-Status.
3.19

3
Der genaue Mechanismus, welcher der HER2-Amplifikation unterliegt, und der Weg wie dies zur
Bösartigkeit von Krebs beiträgt, ist bis jetzt nicht bekannt. Was auch immer die Ursachen dafür
sind, die Konsequenzen der HER2-Amplifikation sind eine Höherregulation von Zellwachstum und
eine onkogene Transformation (siehe Abbildung 3.7). Biologische therapeutische Strategien mit
dem Ziel der Beeinflussung von tumorspezifischen molekularen Anomalien werden in Kapitel 6
und 7 beschrieben.
Zunahme von Mutationen durch Tumorwachstum
Mutationen sind wichtige Eigenschaften von Krebszellen und ermöglichen deren eindrückliche
Fähigkeit, kontinuierlich zu wachsen und menschliche Abwehrmechanismen zu umgehen. Wie
schon früher beschrieben, ist dies oft das Resultat einer Exposition von Tumor-Initiatoren und
Tumor-Promotoren. Die Hypothese des Mutator-Phänotyps schreibt dieses Phänomen einer
wachsenden Zahl von Fehlern in der DNA-Replikation zu. Entsprechend dieser Theorie spielen
DNA-Polymerasen, DNA-Reparatur-Enzyme und andere Moleküle eine wichtige Rolle. Als Folge
davon können andere Gene, die für die Aufrechterhaltung der Stabilität des Genoms und für die
Kontrolle der Proliferation verantwortlich sind, mutiert werden.
Zusammenfassung
Tumoren sind wachsende Massen nicht normaler Zellen. So lange diese neoplastischen Zellen in
einer einzigen Masse zusammen bleiben, ist der Tumor lokalisiert. Die neoplastische und maligne
Natur von Krebszellen bedeutet, dass sie sich auch ohne wachstumsfördernde Signale vermehren
und die menschlichen Abwehrmechanismen umgehen. Die Umwandlung einer normalen Zelle in
eine maligne Zelle ist die Folge von genetischen Mutationen, üblicherweise in Folge der
Einwirkung eines Karzinogens. Eine einzelne Mutation (eine Sequenz-Veränderung der DNA)
genügt meist nicht zur Auslösung von Krebs. Es weist einiges darauf hin, dass die Entwicklung
von Krebs im Allgemeinen von mehreren unabhängigen Störungen in derselben Zelle abhängt.
Tumoren wachsen exponentiell und das Fortschreiten eines Tumors beinhaltet mehrere
Mutationsrunden und auch eine natürliche Selektion. Dies erhöht die Fehlerquote in der DNA-
Replikation im Laufe des Tumorwachstums.
Ein Proto-Onkogen ist ein Gen mit normalen Funktionen in der Kontrolle der Zellproliferation, das
sich mutieren und ein Onkogen werden kann. Ein Tumor-Suppressor-Gen ist ein Antiproliferations-
Gen in einer normalen Zelle. Es wird angenommen, dass Krebs als Folge einer Serie von
Mutationen in Onkogenen und Tumor-Suppressor-Genen entsteht. Beispiele dafür sind HER2, ein
Proto-Onkogen, und p53, ein Tumor-Suppressor-Gen. Diese Gene haben sehr wichtige Rollen bei
Brustkrebs und Kolorektalkrebs. Neuere Entdeckungen weisen darauf hin, dass Mismatch-
Reparatur-Gene ebenfalls eine Rolle spielen bei der Prädisposition von Zellen für Mutationen. Die
Apoptose, ein Mechanismus des Zelltodes, ist ein biologischer Vorgang, welcher eine wichtige
Rolle in der Entwicklung der Homöostase und in vielen Krankheitsprozessen spielt. Beschädigte
und überflüssige Zellen auf eine präzise und systematische Art zu vernichten, ist ein wichtiger
Bestandteil normaler Entwicklung. Einige Krebsarten scheinen Zelltod-Abfolgen zu verhindern,
was in exzessiver und unkontrollierter Proliferation endet.
Gene, die in der Entstehung von Krebs eine Rolle spielen, kodieren oft Moleküle wie
Wachstumsfaktoren und ihre Rezeptoren, welche normalerweise die Zellreplikation stimulieren
oder Faktoren, die zur Verursachung des Zelltods (Apoptose) beitragen. Wachstumsfaktoren
beinhalten Proteine, Peptide (kleine Proteine) oder Steroid-Hormone. Wenn sie an die
entsprechenden Rezeptoren an der Zelloberfläche gebunden sind, aktivieren Wachstumsfaktoren
3.20

3
eine Kommunikation oder einen Signalpfad, Signaltransduktion genannt, der die Zelle zu einer
Antwort stimuliert, entweder über die Expression oder die Hemmung von Proteinen.
Eine gut bekannte und gut beschriebene Familie von Wachstumsfaktor-Rezeptoren ist die
Gruppe der Tyrosinkinase-Rezeptoren, welche das Zellwachstum und die Differenzierung
kontrollieren. Eines der am besten erforschten Mitglieder dieser Familie ist HER2, das eine
wichtige Rolle in der Zellsignalisation spielt und dessen Anomalien einen engen
Zusammenhang mit der Prognose von Brust- und anderem Krebs haben. HER2 wird bei der
biologischen Therapie mit Herceptin ® inaktiviert (siehe Kapitel 6).
Im Gegensatz dazu befähigt p53 die Zellen, gut mit DNA-Schäden umzugehen und verhütet
die unkontrollierte Proliferation von Tumorzellen, indem die DNA-Replikation während dem
Zellzyklus angehalten wird, was die Reparatur von chromosomalen Anomalien erlaubt oder den
Zelltod herbeiführt. Der Verlust oder die Inaktivierung von p53 bewirkt, dass dieser
Überwachungsmechanismus nicht funktioniert, und vermindert die Fähigkeit, durch Apoptose
die Zellzahl zu regulieren. p53-Mutationen bewirken, dass andere Mutationen an Tochterzellen
weitergegeben werden können, und sind deshalb sehr wichtig in der Entstehung von Krebs. Sie
betreffen mehr als 50% aller Krebsarten und werden in Verbindung gebracht mit einer hohen
klinischen Aggressivität. Leider sind heute noch keine spezifisch auf p53 zugeschnittenen
Therapien verfügbar.
3.21

3
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Genetische Elemente und Prozesse können in einer hierarchischen und folgerichtigen
Reihenfolge dargestellt werden. Vervollständigen Sie das folgende Fliessdiagramm, indem
Sie die passenden Begriffe von der unten stehenden Liste einfügen. Die zwei Sternchen
stehen für die zwei Mutations-Wege, die unkontrolliertes Zellwachstum und invasives
Tumorwachstum bewirken können. Bitte nennen Sie diese.
DNA Chromosomen Translation Protein
Genom
(Gesamtheit der Gene)
Gene
**
mRNA
Transkription
Basen
2. Wie kann ein Proto-Onkogen in ein Onkogen umgewandelt werden? Welche Arten von
Prozessen werden von den bekannten Proto-Onkogenen kontrolliert?
3. Beschreiben Sie, wie Mutationen zur Entwicklung von Krebs führen können, und benützen
Sie dazu einerseits das Tumor-Suppressor-Gen p53 und andererseits den Wachstumsfaktor-
Rezeptor HER2 als Beispiel.
4. Was ist eine Signal-Transduktion und was bewirkt sie?
5. Zählen Sie kurz die wichtigsten Stadien und Ereignisse bei einem typischen Signal-
Transduktions-Ablauf auf und benützen Sie dazu einen Wachstumsfaktor als ersten Schritt.
6. Beschreiben Sie die Rolle von Genmutationen bei der Auslösung von Krebs.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.5.
3.22

Das Immunsystem: Die Basis für alle biologischen Therapien
4
Einführung
In den vorherigen Kapiteln haben wir gezeigt, dass Krebs eine biologische Grundlage hat und
dass die wissenschaftlichen Erkenntnisse darüber ständig erweitert werden. Kapitel 4 gibt nun
die Grundlage zum Verständnis, warum immunologische Therapien machbar und zum Fokus
therapeutischer Krebsforschung wurden. Immunologische Therapien haben das Ziel,
therapeutischen Nutzen zu bringen durch Ausnutzen des Immunsystems, indem auf spezifische
zelluläre Antworten abgezielt wird.
Dieses Kapitel gibt einen Überblick über das Immunsystem und zeigt besonders die Teile,
welche Anwendungsmöglichkeiten für immunologische Therapien bieten. Die möglichen Wege,
wie Krebs und andere Erkrankungen die Immunsystem-Erkennung überwinden, werden
ebenfalls aufgezeigt. Und es wird erklärt, wie die Kenntnisse über das Immunsystem im
therapeutischen Rahmen angewandt werden können.
4.1

4
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Definieren und beschreiben Sie die Ergebnisse einer Immunantwort und geben Sie an,
warum die korrekte Identifikation eines Stoffes als fremd und potentiell schädlich so wichtig
ist.
2. Zeichnen und beschriften Sie ein generalisiertes Antikörper-Molekül und geben Sie an,
welche Teile an Antigene und welche an andere Zellen des Immunsystems binden.
3. Beschreiben Sie, wie Antikörper als Antwort auf einen Fremdstoff gebildet werden, und
zählen Sie die drei Hauptwege auf, wie sie wirken.
4. Geben Sie an, welche der folgenden Aussagen richtig oder falsch sind, und wenn sie falsch
sind, geben Sie die richtige Antwort:
a. Das angeborene (oder natürliche) Immunsystem antwortet schnell auf fremde
Organismen.
b. Wenn es einmal geprägt wurde von einem ersten Antigen-Kontakt, hat das erworbene
Immunsystem ein Antigen-Gedächtnis und ist fähig, die Stärke und Effektivität der
Antwort auf nachfolgende Reize mit demselben Antigen zu erhöhen.
c. Die zellvermittelte Immunantwort ist Antikörper-abhängig.
d. T-Zellen und B-Zellen, die durch ein Antigen stimuliert worden sind, sind morphologisch
nicht zu unterscheiden.
e. T-Zellen werden so genannt, weil sie im Thymus reifen.
5. Beschreiben Sie, wie ein einzelner Typ von Antikörpern (monoklonaler Antikörper MAb) im
Labor hergestellt werden kann und geben Sie zwei Vorteile von MAbs gegenüber
polyklonalen Antikörpern an.
6. Sowohl normale wie auch nicht normale Aktivitäten des Immunsystems können Krankheit
erzeugen. Ergänzen Sie die folgenden Sätze mit dem passendsten Beispiel von Erkrankung
aus der Liste:
Allergische Reaktionen Autoimmun Immunüberwachung
Immunabwehrschwäche- Perniziöse Anämie Tuberkulose
Erkrankungen
a. Bei ……………….………. widersteht das Bakterium der Zerstörung durch Makrophagen
und vermehrt sich stattdessen innerhalb des Makrophagen. Wenn der Makrophag
schlussendlich platzt, breitet sich das Bakterium aus, Lysosomen-Inhalt strömt aus und
verursacht Schäden am Gewebe des Wirts.
b. ………………..………. geschehen wegen einer übermässigen T-Zell-Antwort auf ein
schwach immunogenes Antigen.
c. Mangel an T- und B-Zellen aus verschiedenen Gründen, inklusive T-Zell-Zerstörung, kann
………………………. verursachen.
d. Wenn das Immunsystem Komponenten der Wirts-Zellen angreift, dann können
………………………. Erkrankungen wie ………………………. entstehen.
e. Der Prozess, bei dem das Immunsystem des Körpers fähig ist, Zellen mit ungewöhnlichen
Typen oder Mengen von Proteinen an ihrer Zelloberfläche zu finden und sich dagegen
zu wehren, ist bekannt als ……………………….
7. Obwohl viele Krebszellen ungewöhnliche Gene oder aussergewöhnliche Mengen von
Antigenen an ihrer Oberfläche haben, ist die Immunabwehr dort ineffektiv. Geben Sie zwei
mögliche Erklärungen dafür.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.7.
4.2

4
Das Immunsystem verstehen
Der menschliche Organismus hat zwei physikalische Barrieren, um sich gegen Angriffe durch
Bakterien, Viren, Pilze und Parasiten zu wehren: die Haut und die Schleimhautmembranen,
welche den Verdauungstrakt, die Atemwege und die Fortpflanzungsorgane überziehen. Wenn
aber diese zwei physikalischen Barrieren durchbrochen werden, haben Menschen noch zwei
andere Verteidigungsebenen:
● das angeborene Immunsystem, das schnell auf fremde Organismen reagiert
● das erworbene Immunsystem, das sich verändern kann, um auf fremde Organismen zu
reagieren.
Wichtige Eigenschaften des Immunsystems sind:
● es ist ein komplexes und hoch entwickeltes Netzwerk, das viele verschiedene Arten von
Zellen einschliesst, die miteinander interagieren. Dies sind Lymphozyten (T- und B-Zellen, die
so genannt werden, weil sie zuerst als Zelltypen erkannt worden sind, die im Thymus und
der Bursa Fabrici, einem Organ in den Vögeln, reifen), Phagozyten und dendritische Zellen
(Tabelle 4.1)
● sein Zweck ist einfach: Eindringlinge finden und töten
● es ist hochspezifisch und kann unterscheiden zwischen fremden und eigenen Molekülen
● es kann sich anpassen und sich erinnern (immunologisches Gedächtnis).
Was ist eine Immunantwort?
Die Reaktion der Zellen und Moleküle des Immunsystems, die auf das Eindringen eines fremden
Stoffes folgt, wird Immunantwort genannt. Viele der Reaktionen des Immunsystems führen zur
Zerstörung und Eliminierung eindringender Organismen und der toxischen Moleküle, die diese
produzieren. Weil Immunantworten destruktiv sind, ist es wichtig, dass sie nur als Antwort auf
fremde Moleküle geschehen und nicht als Antwort auf den Wirt selber. Manchmal versagt das
Immunsystem und kann nicht mehr zwischen fremden und eigenen Molekülen unterscheiden;
solche autoimmunen Erkrankungen können fatal sein.
Es existieren zwei Klassen von Immunantworten:
● humorale Antikörper-Antworten, hervorgerufen durch B-Zellen
● zellvermittelte Immunantworten, einschliesslich Antikörper-abhängige zellvermittelte
Zytotoxizität (ADCC), hervorgerufen durch T-Zellen.
Die Reaktion der
Zellen und
Moleküle des
Immunsystems,
die auf das
Eindringen eines
fremden Stoffes
folgt, wird
Immunantwort
genannt.
Was ist ein Antigen?
Jede Substanz, die fähig ist, eine Immunantwort hervorzurufen, wird Antigen genannt. Dies
schliesst eine ganze Reihe von Substanzen ein, von simplen Chemikalien, Zucker und kleinen
Peptiden zu Proteinen. Antigene können entweder als freie Moleküle oder in die Membranen
von Parasiten, Bakterien oder Viren integriert vorkommen. Die dreidimensionale Struktur und
spezifische Beschaffenheit des Antigens triggert die Produktion von Antikörpern, die sich an das
Antigen binden.
Was ist ein Antikörper?
Antikörper sind Immunoglobulin (Ig)-Proteine, die von B-Zellen produziert werden. B-Zellen sind
weisse Blutkörperchen (oder Lymphozyten), die im Knochenmark vorkommen. Jede B-Zelle hat
Rezeptoren an ihrer Oberfläche, die spezifisch sind für ein einziges Antigen. Bei Kontakt mit
Antikörper sind
Immunoglobulin-
Proteine, die von
B-Zellen
produziert
werden.
4.3

4
Tabelle 4.1 Zusammenfassung der Hauptfunktionen von Zellen, die im
Immunsystem eine Rolle spielen.
Zelltyp
Neutrophile
Basophile
Eosinophile
B-Zellen
Plasmazellen
Zytotoxische T-Zellen
T-Helfer-Zellen
Suppressor-T-Zellen
Natürliche
Killerzellen (NK)
Memory T- und
B-Zellen
(Gedächtniszellen)
Makrophagen
Monozyten
Dendritische Zellen
Mastzellen
Hauptfunktionen
Phagozytose
Setzen Stoffe frei, die bei einer Entzündung eine Rolle spielen
Setzen Histamin und andere Botenstoffe frei, die bei der Entzündung wichtig sind
Ähnliche Funktion im Blut, wie sie Mastzellen im Gewebe haben
Zerstören Parasiten-Würmer
Sind Teil unmittelbarer allergischer Reaktionen
Lösen Antikörper-bedingte Immunreaktionen durch Binden spezifischer Antigene an
ihre Plasmamembran-Rezeptoren aus
Wenn sie aktiviert sind, verwandeln sie sich in Plasmazellen, welche Antikörper
produzieren
Produzieren Antikörper
Binden an Antikörper und zerstören direkt Zellen
Scheiden Zytokine aus, welche B-Zellen, zytotoxische T-Zellen, NK-Zellen,
Makrophagen und andere T-Helferzellen aktivieren
Binden an Antigene, welche von Makrophagen präsentiert werden
Hemmen B-Zellen und zytotoxische T-Zellen
Binden direkt und unspezifisch an Virus-infizierte Zellen und Krebszellen und töten sie
Handeln als Killerzellen in ADCC
Leicht aktivierbare T- und B-Zellen, die auf die Wiederbegegnung mit einem Antigen
reagieren, welchem das System schon mal ausgesetzt war, indem sie eine schnelle
und spezifische Antwort produzieren
Zelltyp, der bei Impfungen aktiviert wird, welche eine lebenslange Immunität
bewirken
Phagozytose und intrazelluläre Zerstörung
Extrazelluläre Zerstörung durch Sekretion toxischer Substanzen
Verarbeiten Antigene und präsentieren diese an T-Helfer-Zellen
Scheiden Zytokine aus, welche bei Entzündungen, Aktivierung von T-Helfer-Zellen
und bei Verletzungen eine Rolle spielen
Die Funktionen im Blut sind gleich wie die der Makrophagen im Gewebe
Treten ins Gewebe ein und verwandeln sich in Makrophagen
Verarbeiten Antigene und präsentieren diese den T-Helfer-Zellen
Setzen Histamine und andere an Entzündungsreaktionen beteiligte Substanzen frei
4.4

4
dem entsprechenden Antigen und Co-Stimulation von B-Helfer-Zellen reifen die B-Zellen zu
Antikörper-Fabriken, genannt Plasma-Zellen (für weitere Details siehe Seite 4.7).
Es gibt fünf Klassen von Antikörpern, von denen jeder eine spezielle Funktion ausübt.
● IgA ist das zweithäufigste Ig. Schutzfunktion im Bereich der äusseren Körperoberfläche
(Schleimhäute).
● IgD wird von sich entwickelnden B-Zellen produziert und kommt nur auf der Oberfläche
dieser Zellen vor.
● IgE ist an allergischen Histamin-Reaktionen beteiligt.
● IgM ist die erste Antikörper-Klasse, welche reifende B-Zellen produziert. Während die
B-Zellen sich entwickeln, wechseln sie zur Herstellung anderer Antikörper-Klassen.
● IgG ist die grösste Ig-Klasse und wird in grossen Mengen produziert. IgG kann das
Komplementsystem (siehe Seite 4.9) aktivieren, Phagozytose durch Makrophagen oder
Neutrophile induzieren und ADCC stimulieren.
Antikörper-Struktur
Ein Antikörper ist ein Molekül, das geformt ist wie ein Y mit einer Antigen-bindenden Region
(welche Fab genannt wird) an jedem Ende der beiden Arme des Y. Zwei verschiedene Proteine,
die schwere Kette und die leichte Kette, bilden die Arme (siehe Abbildung 4.1). Dank der Fab-
Regionen an jedem Ende der Antikörper-Arme kann jeder Antikörper gleichzeitig zwei Antigene
binden. Weil die Antigen-bindenden Regionen an jedem Arm identisch sind, binden sie
dasselbe Antigen. Zusätzlich bestimmt die Fc-Region (am Stamm des Y) die biologischen
Eigenschaften des Antikörpers und kann zum Beispiel an spezielle Rezeptoren (Fc-Rezeptoren)
binden, welche sich an den Oberflächen von Zellen wie Makrophagen befinden.
Die Produktion verschiedener Antikörper
Die menschlichen Antikörper-Antworten schliessen die Produktion von Antikörpern mit ein,
welche im Blutstrom zirkulieren und in andere Körperflüssigkeiten eindringen, wo sie speziell an
Leichte Kette
Variable Region (bildet die Fab-Region)
Disulphid-Brücken
Schwere Kette
Konstante Region (mit Fc-Region)
Abbildung 4.1. Die Struktur eines typischen Antikörper-Moleküls.
Ein Antikörper ist
ein Molekül, das
geformt ist wie
ein Y mit einer
Antigenbindenden
Region (welche
Fab genannt
wird) an jedem
Ende der beiden
Arme
des Y.
Die menschlichen
Antikörper-
Antworten
schliessen die
Produktion von
Antikörpern mit
ein, welche im
Blutstrom
zirkulieren und in
andere
Körperflüssigkeiten
eindringen,
wo sie speziell an
das fremde
Antigen
anbinden,
welches sie auch
induzierte.
4.5

4
Schätzungsweise
100 Millionen
verschiedener
Antikörper sind
nötig, um den
Organismus vor
jedem möglichen
Eindringling zu
schützen.
das fremde Antigen anbinden, welches sie auch induzierte. Diese Bindung inaktiviert das
Antigen und „markiert“ es für die Zerstörung durch Zellen, welche Phagozyten genannt werden,
oder induziert ein Antigen-zerstörendes System von Blutproteinen, genannt Komplement,
welches Sie weiter unten beschrieben finden (Seite 4.9).
Schätzungsweise 100 Millionen verschiedener Antikörper sind nötig, um den Organismus vor
jedem möglichen Eindringling zu schützen. Ein spezieller Prozess namens klonale Selektion
befähigt B-Zellen zur Produktion einer derart grossen Zahl verschiedener Antikörper-Typen. Jede
B-Zelle produziert Antikörper, die nur einen Typ Fab haben. Und jede Fab ist nur spezifisch für
ein einziges Antigen. Jede B-Zelle zeigt ihre Antikörper an ihrer Oberfläche. Diese Antikörper
sind bekannt als B-Zell-Rezeptoren und signalisieren der B-Zelle, wenn ihr zugehöriges Antigen
anwesend ist. So agieren B-Zell-Rezeptoren wie Antennen auf der Suche nach dem korrekten
Signal.
Der Teil eines Antigens, der mit der Antigen-bindenden Zone eines Antikörper-Moleküls oder
eines Lymphozyten-Rezeptors zusammenpasst, heisst Epitop. Die meisten Antigene haben eine
Anzahl verschiedener Epitope und stimulieren die Produktion von mehr als einem Antikörper.
Diese Epitope variieren in der Stärke ihrer Antigen-Eigenschaften. Diejenigen mit den stärksten
Antigen-Eigenschaften dominieren die Gesamt-Antwort und werden immunodominant genannt.
Die wichtigste
Aufgabe von
Antigenpräsentierenden
Zellen ist die
Aktivierung von
T-Helferzellen.
Antigen-präsentierende Zellen stimulieren Lymphozyten-Klone
Auch wenn ein Antigen viele Antikörper-produzierende B-Zell-Klone stimuliert, wird nur ein sehr
kleiner Anteil der totalen Lymphozyten-Population stimuliert. Um sicherzustellen, dass die
richtigen Lymphozyten-Populationen dem Antigen ausgesetzt werden, werden Antigene in den
sekundären Lymphorganen gesammelt (Abbildung 4.2). Dort zirkulieren dauernd T- und
B-Zellen. Eine der häufigsten Arten von Antigen-präsentierenden Zellen sind dendritische Zellen.
Die wichtigste Aufgabe von Antigen-präsentierenden Zellen ist die Aktivierung von T-
Helferzellen. Diese Aktivierung ist nötig, damit die T-Helferzellen proliferieren, sich
differenzieren und so das Wachstum anderer T-Helferzellen und B-Zellen stimulieren und damit
sie zytotoxische T-Zellen zur Vernichtung einer infizierten Zelle stimulieren und Makrophagen
Adenoid-Drüsen
Tonsille
Lymphbahnen
Peyer’sche Drüsen
im Dünndarm
Lymphknoten
Milz
Blinddarm
Abbildung 4.2. Organe und Gewebe des lymphatischen Systems.
4.6

4
aktivieren. Diese Stimulation wird via Zytokin-Sekretion angeregt, z.B. werden Interleukin-2
(IL-2) und Interleukin-4 (IL-4) durch T-Helferzellen ausgeschieden und stimulieren das Wachstum
von T-Zellen und B-Zellen (und bringt sie dazu, dass sie ihre Produktion auf IgE-Antikörper
umstellen), während die Produktion von IL-1 und Interferon-γ Makrophagen aktiviert.
Wenn ein B-Zell-Rezeptor sein Ziel-Antigen erkennt und die nötigen Signale von einer T-Helfer-
Zelle ebenfalls vorhanden sind, bindet es an das Antigen. Dies stimuliert die B-Zelle zur Teilung
und zur Produktion von Tausenden (ungefähr 20’000) identischen B-Zellen (klonale Expansion).
Diese Gruppe identischer Zellen wird ein B-Zell-Klon genannt und seine Produktion braucht
ungefähr eine Woche. Alle Zellen im Klon haben die identische Antigen-Spezifität.
Die Schaffung einer breiten Antikörper-Verschiedenheit
Antikörper bestehen aus zwei Paaren von identischen Untereinheiten, genannt leichte und
schwere Ketten, welche chemisch aneinander gebunden sind. Sowohl die leichten als auch die
schweren Ketten eines Ig-Moleküls haben konstante und variable Regionen. Grosse Teile sind in
allen Antikörpern gleich, solche Teile werden konstante (K) Regionen genannt. Innerhalb der
variablen Region am amino-terminalen Ende der leichten und schweren Ketten, die zusammen
die antigen-bindende Region bilden, bestehen Unterschiede von Antikörper zu Antikörper. Es
gibt drei kurze hypervariable Regionen, welche für die Antikörper-Spezifität verantwortlich sind,
und die deshalb sehr unterschiedlich sind.
Leichte und schwere Ketten sind aus sich wiederholenden Segmenten oder Bereichen gemacht
(Abbildung 4.3), von denen jeder eine kompakte Funktionseinheit bildet. Eine leichte Kette
besteht aus einem variablen (V L ) und einem konstanten (K L ) Bereich, während die meisten
schweren Ketten aus einem variablen Bereich (V H ) und drei konstanten Bereichen (K H 1, K H 2, und
K H 3) bestehen. Die variablen Bereiche sind verantwortlich für die Antigen-Bindung, während die
konstanten Bereiche der schweren Ketten (ausser K H 1) die Fk-Region formen, welche andere
biologische Eigenschaften des Antikörpers bestimmt.
Antikörper
bestehen aus
zwei Paaren von
identischen
Untereinheiten,
genannt leichte
und schwere
Ketten, welche
chemisch
aneinander
gebunden sind.
Die schweren Ketten von Antikörpern in unreifen B-Zellen bestehen aus vier Typen von Modulen
(V, D, J, und K). Es gibt zahlreiche verschiedene Typen von jedem dieser individuellen Module
Hypervariable
Region
V L
Leichte Kette
K L
V H
K1 H
Gelenk
K H
2
K H3
Schwere Kette
Abbildung 4.3. Antikörper Bereichs-Struktur.
4.7

4
(Abbildung 4.4). Ebenso gibt es auch Unterschiede bei den Modulen der leichten Ketten. Diese
Vielfalt sorgt für genug Module, so dass durch Mischen und Zusammenfügen etwa 10 Millionen
verschiedene Kombinationen von schweren und leichten Ketten geschaffen werden können. Die
Antikörper-Vielfalt wird zudem noch grösser durch Hinzufügen oder Weglassen von kleinen
DNA-Stücken in der Verbindungsregion, wenn die Module zusammengefügt werden.
Antikörper
identifizieren und
binden Antigene
über ihre Fab-
Regionen und
markieren sie für
die Zerstörung.
Die Funktion der Antikörper
Antikörper identifizieren und binden Antigene über ihre Fab-Regionen und markieren sie für die
Zerstörung. Ihre freie Fc-Region (der Stamm) kann an Fc-Rezeptoren an der Oberfläche von
Phagozyten (Zellen welche Eindringlinge zerstören) binden. Dies bildet eine Brücke zwischen
dem Antigen und dem Phagozyten, so dass das Antigen zerstört werden kann.
Gen-Abschnitt
für die schwere
Kette unreifer B-Zellen
Ungefähr 100
verschiedene V-Segmente
V 2 V n D 1 D n J 1 J n K m K n
>4
D-Segmente
6
J-Segmente
Ungefähr 10
K-Segmente
V 1
V 2 D 1 J 4 K m
Selektion
Gen-Abschnitt für
die schwere Kette
reifer B-Zellen
Abbildung 4.4. Die zufällige Auswahl von V, D, J und K Segmenten schafft eine grosse Antikörper-
Vielfalt.
Antikörper arbeiten auf drei Weisen:
● Neutralisierung durch Blockieren der biologischen Aktivität ihres Zielmoleküls
Das angeborene
Immunsystem
produziert nicht
nur schnelle
Antworten auf
normale
Eindringlinge,
sondern aktiviert
und kontrolliert
auch das
erworbene
Immunsystem.
● Opsonisation von Bakterien und damit Einleiten derer Zerstörung durch eine Immunantwort
● Komplement-Aktivierung mit direkter Zerstörung der Zellstruktur (Lyse) durch das
Komplementsystem und Förderung der Phagozytose.
Das angeborene Immunsystem
Das angeborene Immunsystem produziert nicht nur schnelle Antworten auf normale
Eindringlinge, sondern aktiviert und kontrolliert auch das erworbene Immunsystem. Es ist
wichtig zu wissen, dass, anders als das erworbene Immunsystem, das angeborene
Immunsystem keine Erinnerung an eine Begegnung mit einem fremden Antigen behält.
Es gibt drei Komponenten des angeborenen Immunsystems:
● Komplement-System
● Phagozyten
● natürliche Killer-Zellen.
4.8

4
Das Komplement-System – der Domino-Effekt
Das Komplement-System agiert sehr schnell auf eigene Faust und in Zusammenarbeit mit
Antikörpern, um vor Infektionen zu schützen. Es besteht aus etwa 20 verschiedenen Proteinen,
die zusammenarbeiten, um Eindringlinge zu zerstören und um anderen Immunsystem-Zellen wie
den Makrophagen das Signal zum Angriff zu geben. Die löslichen Komplement-Proteine
werden hauptsächlich von der Leber produziert und zirkulieren im Blut und in der
extrazellulären Flüssigkeit. Bevor das Komplement-System funktionieren kann, muss es durch
Antikörper-Antigen-Komplexe oder Mikroorganismen aktiviert werden. Die Komplement-Proteine
machen eine Serie von Protein-Spaltungs-Reaktionen (proteolytischen Reaktionen) durch
(Abbildung 4.5), danach folgt eine Reihe von Angriffen auf die Membran, es entstehen Löcher
im Mikroorganismus und dieser wird getötet. Oder es werden Komplement-Anteile, die nahe an
die Zielzellen gebunden sind, von einem spezifischen Rezeptor von Neutrophilen oder
Makrophagen erkannt, und so wird die Phagozytose eingeleitet. Andere Komponenten sind
löslich und ziehen weisse Blutzellen auf die Zielseite. Das Komplement ist also verantwortlich für
die ganzen Vorgänge, die die Membran angreifen und so direkt gegen Zielzellen wirken. Es
aktiviert ebenfalls die akute Entzündungsantwort.
Das Komplement-
System agiert
sehr schnell auf
eigene Faust
und in
Zusammenarbeit
mit Antikörpern,
um vor
Infektionen zu
schützen.
Antikörper an
Antigen gebunden
Mikro-Organismus
Komplement-Aktivierung
Komplement-
Aktivierungs-
Kaskade
oder
Direkte
Löcherung
der Membran
Aufbieten von
Makrophagen
Abbildung 4.5. Der Vorgang des Komplements und seine Rolle in der Elimination der Zielzellen.
4.9

4
Phagozyten
Zwei Arten von Phagozyten arbeiten zusammen um Zellen zu töten: Makrophagen und
Neutrophile. Makrophagen sind bewegliche Zellen, die als Abfallsammler, als Antigenpräsentierende
Zellen und als Killer von fremden Organismen funktionieren. Makrophagen
spielen auch eine wichtige Rolle in der Synthese von Zytokinen, vor allem vom Tumor-Nekrose-
Faktor-α (TNF-α) und IL-1. Sie sind in fast allen Geweben vorhanden.
Neutrophile sind kurzlebige (5 Tage) Zellen, die im Blut in sehr grosser Zahl zirkulieren.
Neutrophile sind wichtige Killerzellen. Wenn sie aktiviert werden durch Zytokine, die von
Makrophagen produziert wurden, erhalten sie ein Signal, die Blutbahn zu verlassen und ins
Gewebe zu kommen, wo sie dann direkt am Ort der Infektion angreifen.
Natürliche
Killerzellen sind
grosse granuläre
Lymphozyten, die
zytotoxisch sind
ohne vorherige
Stimulation.
Natürliche Killerzellen
Natürliche Killerzellen (NK) sind grosse granuläre Lymphozyten, die zytotoxisch sind ohne
vorherige Stimulation. Sie können ebenfalls die Blutbahn verlassen und in infizierte Gewebe
eintreten. NK Zellen exprimieren an ihrer Oberfläche keine Antikörper oder T-Zell-Rezeptoren.
Wichtig ist, dass sie Zytokine produzieren und Rezeptoren für Immunoglobulin exprimieren. NK
Zellen können Tumorzellen, durch Viren infizierte Zellen, Bakterien, Parasiten und Pilze töten.
Sie töten, indem sie Löcher bohren und spezifische Enzyme absondern, was zum Absterben der
Zelle führt (Apoptose). NK Zellen vermitteln ADCC, also eine Zelltötung, die abhängig ist von
der Anwesenheit oder Aktivität von Antikörpern. IFN-α und IFN-β sind Proteine, die von
verschiedenen Zellen als Antwort auf eine virale Infektion freigesetzt werden und NK Zellen
aktivieren.
Das erworbene Immunsystem
Nach dem ersten
Kontakt mit einem
Antigen erfolgt
die primäre
Immunantwort,
und nach dieser
erwirbt das
Immunsystem
lebenslange
Immunität auf das
Antigen.
Eine zweite Stufe der Immunität wird vom erworbenen Immunsystem gewährleistet. Diese
zusätzliche Stufe der Abwehr wird mit jeder Begegnung mit einem spezifischen Antigen stärker
und effektiver. Nach dem ersten Kontakt mit einem Antigen erfolgt die primäre Immunantwort,
und nach dieser erwirbt das Immunsystem lebenslange Immunität auf das Antigen. Dieses
Antigen-spezifische Gedächtnis führt zu einer schnelleren und längeren Immunantwort bei einer
nächsten Begegnung mit dem Antigen. Dieses Antigen-Gedächtnis ist die Basis für Impfungen
gegen infektiöse Krankheiten wie Masern und Mumps.
Das angeborene Immunsystem verstärkt die Effektivität der erworbenen Immunantwort, indem es
die Antwort auf den Ort des Eindringens/der Infektion richtet. Der Unterschied zwischen
angeborener und erworbener Immunität liegt in der Antigen-Spezifität von Lymphozyten. Sie
exprimieren Zelloberfächen-Rezeptoren, die einzelne Teile des Antigens (bekannt als Antigen-
Epitope) erkennen. Das grosse Repertoire an verschiedenen Antigen-Spezifitäten macht das
Immunsystem fähig, auf praktisch alle potentiellen Antigene zu antworten.
Zellvermittelte Immunantworten
Diese Art von Immunantwort beinhaltet die Produktion spezialisierter Zellen, die mit fremden
Antigenen an der Oberfläche anderer Wirtszellen reagieren. Diese reagierende Zelle tötet eine
infizierte Wirtszelle oder einen fremden Organismus, bevor die Infektion sich ausbreiten kann.
Oder die reagierende Zelle sondert chemische Signale ab, die spezielle Killerzellen, genannt
Makrophagen, aktivieren, welche Eindringlinge zerstören.
4.10

4
Lymphozyten
Die hauptsächlich am Immunsystem beteiligten Zellen sind in Tabelle 4.1 aufgeführt. Eine
Gruppe von weissen Blutzellen, genannt Lymphozyten, ist verantwortlich für die hohe Spezifität
des Immunsystems. Lymphozyten werden in hoher Zahl im Blut, in der Lymphe und in den
Lymphorganen wie Thymus, Lymphknoten, Milz und Blinddarm gefunden. Lymphozyten
exprimieren Rezeptoren mit unterschiedlicher Affinität für Antigene. Die Zelle mit der höchsten
Affinität für das häufigste Antigen wird also einen Wachstumsvorteil haben und deshalb
vorzugsweise Nachkommen produzieren. Dieser wichtige Vorgang wird vom Antigen gesteuert
und klonale Expansion genannt. Lymphozyten können entweder T-Zellen oder B-Zellen sein.
B-Zellen
B-Zellen entwickeln sich im Knochenmark des Erwachsenen oder in der Leber des Fötus und
sind verantwortlich für die Produktion von Antikörpern (humorale Immunantwort) und von
löslichen Proteinen, genannt Zytokine. Sich entwickelnde B-Zellen produzieren immer zuerst
IgM-Antikörper, aber wenn sie sich weiterentwickeln, können sie auch auf die Produktion
anderer Antikörper-Klassen umschwenken (Abbildung 4.6).
Unreife B-Zelle, die einen
Antikörper für ein
spezifisches Antigen exprimiert
B-Zelle begegnet einem
Antigen, das sich an der
Zelloberfläche an einen
Antikörper bindet
(IgM oder IgD)
B-Zellen
entwickeln sich
im Knochenmark
des Erwachsenen
oder in der Leber
des Fötus und
sind
verantwortlich für
die Produktion
von Antikörpern
und von löslichen
Proteinen,
genannt Zytokine.
B-Zelle reift und scheidet
grosse IgM Antikörper aus,
welche im Plasma zirkulieren
Reife B-Zelle wird einer klonalen
Expansion unterzogen, um eine
grosse Anzahl von identischen
B-Zellen zu produzieren
IgG IgA IgE
Antikörper-Expression verändert
sich so, dass verschiedene
Klassen derselben
Antigen-Spezifität produziert
werden
Abbildung 4.6. Der Wechsel von Antikörper-Klassen, die durch B-Zellen während ihrer Reifung
produziert werden. IgM-Antikörper werden zuerst produziert, gefolgt von IgA, IgE und IgG-
Antikörpern.
4.11

4
T-Zellen
T-Zellen werden im Knochenmark produziert, aber sie reifen im Thymus. Sie helfen anderen
T- und B-Zellen und sind auch verantwortlich für die zellvermittelte Immunität, inklusive ADCC.
T-Zellen sind auch verschiedenartig und werden einer klonalen Selektion unterzogen. Die
Proliferation benötigt ungefähr eine Woche und ist spezifisch. Wie B-Zellen haben auch T-Zellen
ein Antikörper-ähnliches Molekül an ihrer Oberfläche, den T-Zell-Rezeptor (TCR). Anders als
B-Zellen, welche alle organischen Moleküle erkennen können, erkennen T-Zellen nur Protein-
Antigene. Sie erkennen spezifisch Peptid-Fragmente von Antigenen, welche an MHC (major
histocompatibility complex) Moleküle gebunden sind und von Antigen-präsentierenden Zellen
präsentiert werden. So erkennen T-Zellen verarbeitete Antigene. T-Zell-Rezeptoren werden nicht
wie die Antikörper der B-Zellen ins Blut abgegeben.
Es gibt zwei verschiedene Arten von T-Zellen:
● T-Helfer-Zellen, welche bei der Aktivierung von B-Zellen und Makrophagen helfen
Zytotoxische
T-Zellen töten von
Viren infizierte
Zellen, indem sie
Löcher in sie
machen.
● Zytotoxische T-Zellen, welche direkt in der Infektionsabwehr mitarbeiten.
Zytotoxische T-Zellen töten von Viren infizierte Zellen, indem sie Löcher in sie machen. T-Helfer-
Zellen helfen den zytotoxischen T- und B-Zellen, indem sie Proteine (genannt Zytokine)
produzieren. Von T-Zellen kommende Zytokine erhöhen die Antigen-präsentierende Aktivität von
Makrophagen und dendritischen Zellen. Dieses erhöhte Aufkommen von Antigenen führt zu
einer positiven Feedback-Schlaufe, bis alle Antigen-Moleküle eliminiert sind.
Die Produktion von Antikörpern im Labor
Antikörper können sehr einfach hergestellt werden, indem kleine Mengen eines Antigens
mehrmals einem Tier, wie einer Maus oder einem Kaninchen, injiziert werden. Dies stimuliert
die B-Zellen des Tieres, so dass sie Antikörper zum Antigen produzieren. Diese können vom
Antikörper-reichen Serum (genannt Antiserum) des Tiers gewonnen werden. Jedoch enthält
dieses Antiserum eine Mischung verschiedener Antikörper, welche spezifisch für verschiedene
Regionen des Antigen-Moleküls sind. Dies ist bekannt als polyklonale Antwort, weil
verschiedene B-Zell-Klone daran beteiligt sind. Die Heterogenität eines polyklonalen Antiserums
kann reduziert werden durch Reinigung des Antiserums.
Die Produktion monoklonaler Antikörper im Labor
Ein Weg, um die Heterogenität von Antiseren zu vermeiden, ist der Gebrauch einer Technik, die
nur einen einzigen Typen von Antikörper, genannt monoklonaler Antikörper, produziert. Bei
dieser Technik, genannt Hybridom-Technik, wird ein Zellklon von einer einzelnen B-Zelle, die
Antikörper ausscheidet, produziert, so dass ein homogenes Präparat von Antikörpern in grosser
Zahl hergestellt werden kann.
Aber B-Zellen haben in Kulturen nur eine limitierte Lebenszeit. So werden B-Zellen von einem
immunisierten Tier, z.B. einer Maus, mit unsterblichen Zellen von einem B-Zell-Tumor
verschmolzen, so dass eine Mischung, eine Hybridzelle, entsteht (Abbildung 4.7). Diese Zellen
werden genau durchgesehen, und diejenigen Hybriden, die sich unendlich in der Kultur
vermehren und den Antikörper produzieren können, werden herausgesucht. Diese Hybrid-
Zellen, die beide Kriterien erfüllen, werden Hybridom genannt. Individuelle Hybridom-Klone
produzieren so Antikörper mit einer einzigen Spezifität. Die Antikörper, die aus diesen Klonen
produziert werden, werden dann auf ihre Affinität gegen das Ziel-Antigen überprüft, um so
diejenigen mit der gewünschten Spezifität herauszufinden.
. . . monoklonale
Antikörper, die
von einem
Hybridom
ausgeschieden
worden sind,
haben identische
Antigen-
Bindungszonen
und die gleiche
Spezifität . . .
4.12

4
Vorteile von monoklonalen Antikörpern
Anders als polyklonale Antikörper haben monoklonale Antikörper, die von einem Hybridom
ausgeschieden worden sind, identische Antigen-Bindungszonen und die gleiche Spezifität,
womit sie brauchbarer sind als konventionelle Antiseren. Zudem werden monoklonale
Antigen A
Eine Maus wird mit dem
gewünschten Antigen
immunisiert, um eine
humorale Antikörper-
Antwort zu produzieren
Anti A
Milz-Zellen
Unsterbliche
(immortalisierte)
B-Zellen
Anti X
Antikörper-produzierende
B-Zellen mit Spezifität
für das gewünschte
Antigen (Antigen A)
und für irrelevante
Antigene (Antigen X)
werden von der Milz
geerntet
Antikörper-produzierende
B-Zellen werden mit
unsterblichen B-Zellen
(Tumor-Zellen)
verschmolzen, um eine
Population von
Hybridomzellen zu
produzieren
Hybridomzellen
Versuchsplatte
Individuelle Hybridom-
Zellen werden isoliert
und in Kultur vermehrt
(klonale Expansion).
Nur diejenigen
Hybridome mit den
korrekten Genen können
überleben, proliferieren
und Antikörper
produzieren
Zelltod
Anti
A
Kein
Antikörper
Anti
X
Versuchsplatte
+ – – – Resultat
Antikörper, die durch
individuelle Klone
produziert wurden,
werden getestet auf
ihre Bindungsaffinität
gegen das bestimmte
Antigen (Antigen A),
um Zellen zu identifizieren,
welche monoklonale
Antikörper mit der
gewünschten Affinität
produzieren
Abbildung 4.7. Die Produktion monoklonaler Antikörper mit der Hybridom-Technik.
4.13

4
Antikörper von einer unsterblichen B-Zell-Linie produziert, was bedeutet, dass die Versorgung
mit dem Antikörper auf lange Zeit gewährleistet ist. Ein anderer wichtiger Vorteil der Hybridom-
Technik zur Produktion monoklonaler Antikörper ist die Möglichkeit der Produktion grösserer
Mengen des monoklonalen Antikörpers. Die wichtigsten Anwendungsarten monoklonaler
Antikörper werden in Tabelle 4.2 dargestellt, und einige davon werden auch noch im Detail in
Kapitel 6 beschrieben.
Tabelle 4.2. Klinische Applikationen monoklonaler
Antikörper bei Krebs.
Diagnose
● Screening der Körperflüssigkeiten (Serum, Sputum, Ergüsse, Urin, zerebrospinale
Flüssigkeit) auf die Anwesenheit von zirkulierendem TAA (Tumor-assoziiertem
Antigen)
● Nukleares Scannen mit radioaktiven monoklonalen Antikörpern
– Suche nach primären Läsionen oder Metastasen
– Lymphoszintigraphie, um einen Lymphknotenbefall festzustellen.
● Verwendung von radioaktiven monoklonalen Antikörpern mit intraoperativer
γ-Strahlen-Messung
● Immunopathologie
– diagnostisches Dilemma: bösartig oder gutartig
– Differentialdiagnostik der Tumorart
– Subklassifikation des Tumors anhand der TAA-Expression
• Metastasierungspotential
• Spezifische Metastasierungsorte
• voraussichtliches Ansprechen auf spezifische therapeutische Kuren
• Prognose
Monitoring der Krankheitsprogression
● Screening von Körperflüssigkeiten auf zirkulierendes TAA (Tumor-assoziiertes
Antigen)
● Nukleares Scannen mit radiobeladenem Kontrastmittel, um ein Wiederauftreten des
Tumors zu entdecken oder dessen Grösse festzustellen
● Immunopathologie zur Entdeckung okkulter Metastasen
– Aspirationszytologie
– Lymphknoten- oder Knochenmarksbiopsie
– Zytologie von Körperflüssigkeiten
Therapie
● Direkte Zytotoxizität von monoklonalen Antikörpern (z.B. Herceptin ® , MabThera ® )
– Komplement-vermittelt
– Zell-vermittelt
● Medikamentöse Ergänzung von monoklonalen Antikörpern (z.B. Doxorubicin)
● Toxin-Ergänzung von monoklonalen Antikörpern (z.B. Ricin)
● Radionuklid-Ergänzung von monoklonalen Antikörpern
● Ex-vivo Tumor-Entfernung von gesammeltem Knochenmark
● Hemmung von Rezeptoren für Wachstumsfaktoren
4.14

4
Immunsystem und Krankheit
Das Immunsystem ist normalerweise dazu da, den Körper vor fremden Organismen zu schützen
und so Infektionen und Schäden zu verhüten. Jedoch kann die normale Aktivität des
Immunsystems in gewissen Fällen auch Krankheiten verursachen. Ein Beispiel dafür ist die
Tuberkulose, bei welcher das Bakterium der Zerstörung durch die Makrophagen widersteht und
sich stattdessen im Zytoplasma des Makrophagen vermehrt. Diese Makrophagen platzen
irgendwann, und so kann das Bakterium sich hin zu weiteren Makrophagen ausbreiten. Dazu
kommt, dass es durch die Enzym-Aktivität des Zellinhaltes Gewebeschäden verursacht. Ein
anderes Beispiel ist die Sepsis, bei welcher die normalerweise lokalisierte Antwort auf eine
Infektion durch Makrophagen und natürliche Killerzellen und die Freisetzung von Zytokinen
generalisiert wird und die Blutgefässe dazu bringt, durchlässig zu werden. Dies kann zu einem
Blutdruckabfall, Schock und Herzversagen führen.
. . . die normale
Aktivität des
Immunsystems
kann in gewissen
Fällen auch
Krankheiten
verursachen.
Andererseits kann eine Fehlfunktion des Immunsystems ebenfalls zu Krankheiten führen. Ein
bekanntes Beispiel dafür sind Allergien. Allergien entstehen durch eine übermässig grosse
T-Zell-Antwort und IgE-Freisetzung als Antwort auf ein schwach immunogenes Antigen. Ein
anderes Beispiel sind Immunabwehrerkrankungen wie das schwere kombinierte
Immunschwäche-Syndrom und AIDS, welche aufgrund von T- und B-Zell-Mangel entstehen.
Manchmal attackiert das Immunsystem auch Zellteile des Wirtes. Dies führt zu pathologischen
Veränderungen, welche als Autoimmunität bezeichnet werden. Autoimmun-Reaktionen sind
meist kurzlebig und lösen sich von selbst wieder auf. Aber bei 5% der Menschen gibt es eine
chronische Reaktion, diese kann in seltenen Fällen lebensbedrohlich werden. Unter den
Krankheiten mit einer autoimmunen Komponente sind der systemische Lupus Erythematodes, die
Addison Krankheit und die perniziöse Anämie zu finden.
Zusätzlich zu diesen Erkrankungen, die wegen Fehlfunktionen des Immunsystems oder wegen
der Unfähigkeit des Organismus, normale Immunfunktionen zu ihrem Ende zu führen,
geschehen, spielt das Immunsystem auch eine Rolle bei Krebs.
Krebs
Wie schon in früheren Kapiteln beschrieben, haben die meisten Krebszellen an ihrer
Zelloberfläche abnorme Moleküle oder aussergewöhnliche Mengen normaler Moleküle. So
wäre es zu erwarten, dass das Immunsystem Krebszellen angreifen würde. Dieser Prozess heisst
Immunüberwachung. So ist es nicht klar, ob die Immunüberwachung eine grosse Rolle beim
Schutz des Körpers gegen Krebs spielt. Es ist aber bekannt, dass Menschen, welche
immunsupprimiert sind oder an AIDS leiden, häufiger an Lymphomen, Leukämien und mit Viren
verbundenen Krebsarten erkranken. Die Erkrankungsrate solider Tumoren bei Menschen mit
einem intakten Immunsystem und bei solchen, deren Immunsystem defekt ist, ist gleich hoch und
zeigt, dass die Immunüberwachung keine grosse Rolle in der Abwehr solider Tumoren spielt.
Die Fähigkeit der Immunüberwachung, Tumoren zu erkennen, ist Gegenstand intensiver Studien,
mit der Konzentration auf Makrophagen und NK Zellen. Die abnorme Expression von
Oberflächen-Molekülen an Tumorzellen schliesst oft Rezeptoren für TNF-α ein, welcher von
Makrophagen ausgeschieden wird. In-vitro wurde gezeigt, dass die Bindung von TNF-α an diese
Tumorzellen oft eine Tumorzell-Apoptose herbeiführt. Dies wurde bei einem Maus-Sarkom
gezeigt, wo die Blutzufuhr zum Tumor so unterbunden wurde. NK Zellen, welche den Tod der
Tumorzellen veranlassen können, scheinen auch Tumorzellen zu wählen, welche eine
aussergewöhnliche Molekülexpression an der Tumorzelloberfläche haben. Allerdings ist das
Ausmass der Aktivität dieser Immunzellen in der Tumorzell-Zerstörung in-vivo noch nicht bekannt.
. . . die meisten
Krebszellen
haben an ihrer
Zelloberfläche
abnorme
Moleküle oder
aussergewöhnliche
Mengen normaler
Moleküle.
4.15

4
Das Immunsystem
besteht aus
Millionen von
Lymphozyten-
Klonen, von
denen jeder eine
einzigartige
Zelloberfläche
hat, welche ihn
fähig macht, sich
an ein ganz
bestimmtes
Antigen zu
binden.
. . . die
Immunüberwachung
hat
ihre Grenzen
und kann nur
ungenügend der
Entstehung und
dem Wachstum
von Tumoren
vorbeugen.
Zusammenfassung
Diese Antworten sind ideal für die Erkennung von Tumorzellen, weil sie schnell und
unterschiedlich sind. Zudem wird die Antwort durch das positive Feedback zwischen
Makrophagen und NK Zellen aufrechterhalten und verstärkt. Im Gegensatz dazu würden
zytotoxische T-Zellen in der Theorie eine starke Antwort auf Tumorzellen produzieren. Dies wird
jedoch in der Realität nicht beobachtet, vielleicht weil Tumoren sich in Zonen entwickeln, wo
die T-Zell-Überwachung normalerweise nicht stattfindet. Dies geschieht, weil T-Zellen dort nicht
zirkulieren, wo sie eigenen Antigenen begegnen könnten. So ist also eine Tumorzelle, die sich
in der Lunge entwickelt und ein nicht normales Eigen-Antigen exprimiert, nicht von der T-Zell-
Überwachung betroffen. Weiter können die meisten Tumorzellen, die mit T-Zellen in Kontakt
kommen, nicht erkannt werden, weil sie keine entsprechenden Antigene präsentieren. So
scheint es wahrscheinlich, dass in den frühen Stadien der Tumorentwicklung T-Zellen entweder
den Tumorzellen gar nicht begegnen oder dass Tumorzellen nur schwach immunogen sind.
Schliesslich macht eine weitere spezifische Eigenschaft der Tumorzellen die Immunüberwachung
ineffektiv. Tumorzellen eignen sich dauernd Mutationen an. Dies kann die Fähigkeit des
Immunsystems, alle Tumorzellen zu erkennen, beeinflussen. In vielen Fällen sind Tumorzellen nur
schwach immunogen, was die Immunantwort auf sie limitiert und so die Krebsentwicklung
erlaubt.
Auch wenn die Immunantwort auf Tumoren noch nicht vollständig verstanden wird, ist somit
klar, dass die Immunüberwachung ihre Grenzen hat und nur ungenügend der Entstehung und
dem Wachstum von Tumoren vorbeugen kann.
Der Zweck des Immunsystems ist der Schutz gegen alle Fremdkörper, seien es infektiöse
Organismen oder nicht normale Zellen. Zwei Ebenen von Immunität sind aktiv: die angeborene
Immunität und die erworbene Immunität. Das Immunsystem besteht aus Millionen von
Lymphozyten-Klonen, von denen jeder eine einzigartige Zelloberfläche hat, welche ihn fähig
macht, sich an ein ganz bestimmtes Antigen zu binden. Das Immunsystem beinhaltet eine
Anzahl verschiedener Zelltypen: Lymphozyten, Phagozyten und dendritische Zellen. Von den
Lymphozyten gibt es zwei verschiedenen Arten: B-Zellen und T-Zellen. B-Zellen produzieren
Antikörper und T-Zellen sind verantwortlich für die zellvermittelte Immunantwort. Antikörper sind
Y-förmige Immunoglobulin-Proteine und enthalten leichte und schwere Ketten. Es gibt fünf
verschiedene Klassen von Antikörpern, sie binden Antigene und schützen so vor Infektionen.
Wenn Tieren wie Kaninchen oder Mäusen mehrmals kleine Mengen von Antigenen injiziert
werden, können diese zur Produktion von Antikörpern stimuliert werden. So entsteht eine
Mischung verschiedener Antikörper, welche spezifisch sind für die verschiedenen Regionen des
Antigen-Moleküls. Im Labor ist es möglich, Antikörper herzustellen, die ein einzelnes Antigen
erkennen, diese werden monoklonale Antikörper genannt. Sie werden gezüchtet, indem man
die Hybridom-Technik benutzt. Diese monoklonalen Antikörper können sowohl diagnostisch als
auch in der Krebstherapie genutzt werden.
4.16

4
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Definieren und beschreiben Sie die Ergebnisse einer Immunantwort und geben Sie an, warum
die korrekte Identifikation eines Stoffes als fremd und potentiell schädlich so wichtig ist.
2. Zeichnen und beschriften Sie ein generalisiertes Antikörper-Molekül und geben Sie an, welche
Teile an Antigene und welche an andere Zellen des Immunsystems binden.
3. Beschreiben Sie, wie Antikörper als Antwort auf einen Fremdstoff gebildet werden, und
zählen Sie die drei Hauptwege auf, wie sie wirken.
4. Geben Sie an, welche der folgenden Aussagen richtig oder falsch sind, und wenn sie falsch
sind, geben Sie die richtige Antwort:
a. Das angeborene (oder natürliche) Immunsystem antwortet schnell auf fremde Organismen.
b. Wenn es einmal geprägt wurde von einem ersten Antigen-Kontakt, hat das erworbene
Immunsystem ein Antigen-Gedächtnis und ist fähig, die Stärke und Effektivität der Antwort
auf nachfolgende Reize mit demselben Antigen zu erhöhen.
c. Die zellvermittelte Immunantwort ist Antikörper-abhängig.
d. T-Zellen und B-Zellen, die durch ein Antigen stimuliert worden sind, sind morphologisch
nicht zu unterscheiden.
e. T-Zellen werden so genannt, weil sie im Thymus reifen.
5. Beschreiben Sie, wie ein einzelner Typ von Antikörpern (monoklonaler Antikörper MAb) im
Labor hergestellt werden kann und geben Sie zwei Vorteile von MAbs gegenüber
polyklonalen Antikörpern an.
6. Sowohl normale wie auch nicht normale Aktivitäten des Immunsystems können Krankheit
erzeugen. Ergänzen Sie die folgenden Sätze mit dem passendsten Beispiel von Erkrankung
aus der Liste:
Allergische Reaktionen Autoimmun Immunüberwachung
Immunabwehrschwäche- Perniziöse Anämie Tuberkulose
Erkrankungen
a. Bei ……………….………. widersteht das Bakterium der Zerstörung durch Makrophagen
und vermehrt sich stattdessen innerhalb des Makrophagen. Wenn der Makrophag
schlussendlich platzt, breitet sich das Bakterium aus, Lysosomen-Inhalt strömt aus und
verursacht Schäden am Gewebe des Wirts.
b. ………………..………. geschehen wegen einer übermässigen T-Zell-Antwort auf ein
schwach immunogenes Antigen.
c. Mangel an T- und B-Zellen aus verschiedenen Gründen, inklusive T-Zell-Zerstörung, kann
………………………. verursachen.
d. Wenn das Immunsystem Komponenten der Wirts-Zellen angreift, dann können
………………………. Erkrankungen wie ………………………. entstehen.
e. Der Prozess, bei dem das Immunsystem des Körpers fähig ist, Zellen mit ungewöhnlichen
Typen oder Mengen von Proteinen an ihrer Zelloberfläche zu finden und sich dagegen zu
wehren, ist bekannt als ……………………….
7. Obwohl viele Krebszellen ungewöhnliche Gene oder aussergewöhnliche Mengen von
Antigenen an ihrer Oberfläche haben, ist die Immunabwehr dort ineffektiv. Geben Sie zwei
mögliche Erklärungen dafür.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.7.
4.17

Technologien zur Ermöglichung biologischer Therapien
5
Einführung
Die Biologie galt früher als ein relativ unergründlicher Bereich der Wissenschaft mit Forschung,
die primär auf Beobachtungen und Klassifizierungen verschiedener Spezies und Organismen
beruhte. In den letzten 50 Jahren haben überzeugende technologische Fortschritte in der Zellund
Molekularbiologie sowie in der Genetik zu neuen Untersuchungsmethoden geführt, die
unser Verständnis über das Verhalten von Zellen und von Genen im besonderen erweitern.
Eindrückliche Fortschritte, wie die Entwicklung der rekombinanten DNA-Technologie, führten
dazu, dass es heute möglich ist, bestimmte Regionen aus der DNA herauszuschneiden und fast
unbegrenzt zu kopieren. So ist es möglich, die exakten Sequenzen der Basen, welche die DNA
formieren, schnell zu definieren und für diesen Bereich genetisch zu bearbeiten oder neu
aufzubauen und nachher wieder in die Zellkulturen einzufügen. Ein neu geschaffenes Gen kann
sogar in eine Tier- oder Pflanzenzelle eingesetzt werden, wird so zu einem stabilen Teil von
dessen Erbsubstanz und kann mittels Vermehrung weitergegeben werden. In diesem Kapitel
wird das Gelernte vom vorhergehenden Kapitel genutzt, um die verschiedenen Komponenten
der rekombinanten DNA-Technologie aufzuzeigen. Diese Komponenten haben die Art und
Weise, wie Forscher Zellen und biologische Prozesse untersuchen, revolutioniert und neue
Möglichkeiten für medizinische Interventionen eröffnet. Wie später erwähnt wird, ist dieser
Fortschritt entscheidend, weil er die Entwicklungen von Untersuchungsmethoden zur Erforschung
der Krebsentstehung sowie die Entdeckung und Entwicklung von neuen Therapien erleichtert,
wie zum Beispiel zielgerichtete, monoklonale Antikörper-basierte Therapien zur Bekämpfung
von Krebserkrankungen.
Die Forscher sind sich darüber im Klaren, dass die Behandlung menschlicher Erkrankungen und
Beschwerden zukünftig stark durch heute noch unbekanntes molekulares und genetisches
Wissen beeinflusst werden wird. Viele Forschungsprojekte werden heute auf internationaler
Ebene durchgeführt, um fehlendes Wissen in möglichst kurzer Zeit vervollständigen zu können.
Das grösste internationale Forschungsprojekt ist das „Human-Genom-Projekt“. Dieses
eindrückliche Forschungsprojekt wird, im Rahmen der neuen Entdeckungen, ebenfalls in diesem
Kapitel vorgestellt.
5.1

5
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Verschiedene Enzyme und Technologien werden benutzt, um DNA zu analysieren und zu
manipulieren. Wählen Sie aus der unten stehenden Liste die passenden Enzyme oder
Techniken aus, um die folgenden Aktivitäten auszuführen:
DNA-Sequenzierung
Gel-Elektrophorese
Ligase
Nukleinsäure-Hybridisierung
Polymerase
Restriktionsenzym
Reverse Transkription
DNA-Synthese
………………………………………………………………………………….............................
Produziert zusätzliche DNA (cDNA) von Boten-RNA (mRNA)
………………………………………………………………………………….............................
Schneidet oder spaltet DNA für die Analyse in Fragmente
………………………………………………………………………………….............................
Verbindet DNA-Fragmente
………………………………………………………………………………….............................
Separiert DNA-Fragmente entsprechend ihrer Grösse
………………………………………………………………………………….............................
Ordnet die Basen-Paare in DNA-Fragmente
………………………………………………………………………………….............................
Ermöglicht die genaue Lokalisation der DNA oder RNA
………………………………………………………………………………….............................
2. Das Klonen von Genen ist entscheidend für viele Techniken bei der Analyse von Genen und
für das Verstehen ihrer Funktion. Beschreiben Sie die grundlegenden Schritte für das Klonen
von DNA.
3. Manchmal werden viele Fragmente zur selben Zeit geklont, um eine Art Bibliothek von
Klonen aufzubauen. Wie kann ein Klon, welcher ein spezielles DNA-Fragment enthält,
identifiziert werden?
4. Die Fähigkeit, Proteine in grossen Mengen herzustellen, ist eine der Haupterrungenschaften
der Gentechnologie. Beschreiben Sie einige therapeutische Auswirkungen der
Gentechnologie, speziell im Bezug auf Krebs.
5. Unten finden Sie ein schematisches Diagramm mit den Zielen funktionaler Genetik.
Beschreiben Sie, was das Diagramm darstellt, und weisen Sie darauf hin, welche Rolle das
Human-Genom-Projekt und die Bioinformatik in diesem Prozess spielen können.
Gen
Eiweiss
Funktion
Struktur
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.10.
5.2

5
Technische Entwicklungen
Rekombinante DNA-Technologie
Die rekombinante DNA-Technologie hat die Art, wie Forscher Zellen und deren biologischen
Abläufe untersuchen, revolutioniert und hat für die Medizin Türen geöffnet. Die rekombinante
DNA-Technologie umfasst Methoden, die die Untersuchung und – besonders wichtig – die
Manipulation von Struktur und Funktion der DNA in einer Zelle ermöglichen. Die wichtigsten
Techniken in der rekombinanten DNA-Technologie sind:
● DNA-Synthese, Spaltung und Umwandlung unter Anwendung von Enzymen
● DNA-Sequenzierung, eine Technik, welche die Reihenfolge der Basen in der DNA aufzeigt
● Nukleinsäure-Hybridisierung, welche die präzise Lokalisation der DNA oder RNA mit Hilfe
einer Testsubstanz ermöglicht
● Klonen von DNA, was die Produktion einer scheinbar unbegrenzten Anzahl von Kopien
eines spezifischen DNA-Teils ermöglicht
● Gentechnologie, welche ermöglicht, Generationen von abgewandelten Genen in Zellen
oder Organismen zu integrieren.
DNA-Synthese, Spaltung und Modifikation unter Anwendung von Enzymen
Enzyme (Eiweisse, welche eine Reaktion einleiten) spielen eine entscheidende Rolle in der
Isolation und Manipulation von individuellen Genen in der rekombinanten DNA-Technologie.
DNA kann viele Enzyme synthetisieren, ausschneiden oder umwandeln. DNA-synthetisierende
Enzyme, welche auch DNA-Polymerase genannt werden, produzieren einen neuen DNA-
Strang, ergänzend zum alten Strang (Vorlage) und sind in die DNA-Replikation involviert. In
ähnlicher Weise wird eine ergänzende DNA (cDNA) von der mRNA synthetisiert, wobei das
Enzym Transkriptase (Reverse Transcriptase) eine bestimmte Funktion hat. Wie später gezeigt
wird, können mRNA-Moleküle im Labor isoliert werden und als Vorlage dienen, um einen
cDNA-Strang zu synthetisieren, welcher dann für die Lokalisierung der korrespondierenden
Gene auf den Chromosomen verwendet werden kann. Weil cDNA nach Vorlage der mRNA
entsteht, enthält sie nur kodierende DNA-Sequenzen (Exons), was vorteilhaft ist für das Ableiten
der Aminosäuren-Sequenz eines Proteins oder für die Produktion grösserer Eiweissmengen mit
Hilfe von Bakterien- oder Hefezellen. (Die DNA des Genoms enthält Exons, die durch nicht
kodierende Sequenzen, genannt Introns getrennt werden. Während der Transkription von DNA
zu RNA werden die Introns weggelassen. So wird ein RNA-Strang produziert, welcher nur noch
kodierende Sequenzen enthält.)
Viele Enzyme, so genannte Restriktionsenzyme, schneiden DNA an einem zufälligen oder
beabsichtigten Ort aus. Ausschneidevorgänge können nur einen oder beide Stränge zur selben
Zeit betreffen. Am Ende des Stranges ist das Enzym Exonuklease und inmitten des Stranges das
Enzym Endonuklease zuständig. Ligasen sind ebenfalls wichtige Enzyme in der rekombinanten
DNA-Technologie, weil sie verschiedene DNA-Stränge befähigen, sich zu verbinden und neue
DNA-Stränge mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung zu bilden.
DNA-Sequenzierung
Die DNA-Sequenzierung ist eine wirkungsvolle und sehr wichtige Technik, welche auf der
Technik der Gel-Elektrophorese basiert. Gel-Elektrophorese ist eine Technik, die DNA-Fragmente
aufgrund ihrer Grösse trennen kann. Eine Mischung von DNA-Fragmenten mit unterschiedlichen
Grössen wird in ein farbloses Gel appliziert, welches ein komplexes Netzwerk von Poren
Enzyme spielen
eine
entscheidende
Rolle in der
Isolation und
Manipulation von
individuellen
Genen in der
rekombinanten
DNA-Technologie.
Gel-
Elektrophorese ist
eine Technik, die
DNA-Fragmente
aufgrund ihrer
Grösse trennen
kann.
5.3

5
aufweist, und durch welches die DNA schlüpfen kann. DNA hat insgesamt eine negative
Ladung, so dass mit Hilfe von elektrischem Strom im Gel DNA-Fragmente in Richtung der
positiven Elektrode bewegt werden können. Je kürzer das Fragment, desto schneller kann es
durch das Gel wandern. Die DNA-Fragmente trennen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen
Grösse. Normalerweise wird eine Färbung verwendet, um die DNA und damit das Resultat
sichtbar zu machen. Wenn ein Referenz-Fragment mit bekannter Länge sich neben einem
unbekannten DNA-Fragment befindet, ist es möglich, die Länge des Fragments zu bestimmen.
Durch die DNA-
Sequenzierung
kann die exakte
Reihenfolge der
Basen-Paare in
einem DNA-
Segment festgelegt
werden.
Durch die DNA-Sequenzierung kann die exakte Reihenfolge der Basen-Paare in einem DNA-
Segment festgelegt werden. Abbildung 5.1 zeigt einen kleinen Teil einer Darstellung einer
Fluoreszenz-basierten Gel-Sequenzierung. Jede Spitze korrespondiert mit einem durch
Fluoreszenz bezeichneten DNA-Fragment, welches mit einer bestimmten Base endet. Auf diese
Weise können Forscher DNA-Sequenzen ermitteln. Diese Information erlaubt es festzustellen,
wo ein Gen (Mapping) sich befindet und für welches Protein es kodiert. Wenn die DNA
manipuliert wird, dient dies auch der Überprüfung, ob einzelne Schritte in einem Vorgang
erfolgreich waren. Das Erkennen der DNA-Sequenz gibt uns Auskunft über das Eiweiss, für
welches die DNA kodiert.
C AAC A A T G A T T T T A G A
G G AAT G A T G C
Abbildung 5.1. Ausschnitt aus einer Darstellung einer Fluoreszenz-basierten Gel-Sequenzierung.
Es gibt
grundsätzlich
zwei
Sequenzierungsverfahren,
welche
nach ihren
Erfindern benannt
sind: Maxam-
Gilbert und
Sanger.
Es gibt grundsätzlich zwei Sequenzierungsverfahren, welche nach ihren Erfindern benannt sind:
Maxam-Gilbert und Sanger. Beide Methoden basieren auf der sehr exakten Trennung von DNA-
Molekülen mit Hilfe der Gel-Elektrophorese. Beispielsweise können Fragmente, die sich in der
Grösse nur durch ein einzelnes Nukleotid unterscheiden, getrennt werden. Sie unterscheiden
sich primär dadurch, wie Familien von DNA-Fragmenten, die auf dem Original-DNA-Molekül
basieren, produziert werden. Inzwischen sind beinahe alle Schritte in diesen
Sequenziermethoden automatisiert.
Bei der Maxam-Gilbert-Sequenzierungsmethode werden Chemikalien benutzt, die die DNA bei
bestimmten Basen aufspaltet. So entstehen Fragmente von verschiedener Länge. Im Gegensatz
dazu wird bei der Sanger-Sequenzierungsmethode ein enzymatisches Verfahren verwendet, um
DNA-Ketten von verschiedener Länge in vier verschiedenen Reaktionsschritten zu synthetisieren,
indem die DNA-Replikation an einer der vier Basen gestoppt und dann die Länge der
Fragmente bestimmt wird.
5.4

5
Kürzlich wurde auch die auf kapillarer und ultradünner Elektrophorese basierende
Sequenzierung entwickelt. Beide Methoden erhöhen die Rate der Fragment-Trennung. Mit einer
gellosen Sequenzierungstechnologie der dritten Generation erhofft man sich eine effizientere
Arbeitsweise und erwartet, dass sie bei der Sequenzierung des menschlichen Genoms
angewandt werden kann.
Nukleinsäure-Hybridisierung
Die Information der DNA-Sequenz ist ebenfalls hilfreich, weil sie die Generierung einer
Hybridisierungsprobe speziell für eine bestimmte Sequenz erlaubt. Nukleinsäuren-
Hybridisierung entspricht einer Technik, die die präzise Lokalisation von DNA (Southern Blot)
oder RNA (Northern Blot) mit Hilfe einer Probe erlaubt (Abbildung 5.2). Die Hybridisierung ist
wichtig für verschiedene diagnostische Zwecke, welche weiter unten besprochen werden.
Das Klonen von Genen
Ein Klon ist eine Gruppe von identischen Genen, Zellen oder Organismen, die vom selben
Vorläufer abstammen. Die Fähigkeit, Gene zu klonen, hat weitgehende Einflüsse auf die
Forschung. Das Klonen von Genen besteht aus der Isolation spezieller DNA-Segmente von
ihrem Wirtorganismus und deren Vermehrung (Amplifizierung) im gleichen oder einem
Inkubation
Die komplementäre (ergänzende)
Einzelstrang-Probe ist radioaktiv markiert
AGCCA
TGTGC
ACACG
TCGGT
Einzelstrang-DNA, getrennt und
immobilisiert an einer Membran
AGCCA
TCGGT
TGTGC
ACACG
Die Probe wird hybridisiert (gekreuzt)
mit der immobilisierten,
komplemetären DNA auf der Membran
Radioaktive Signale auf einem Röntgenfilm
werden mit Autoradiographie erkannt
Röntgenfilm
Die DNA-Fragmente werden als
Bänder auf einem Film sichtbar gemacht
Abbildung 5.2 Nukleinsäuren-Hybridisierungstechnik.
5.5

5
unterschiedlichen Wirt, mit dem Ziel, identische Kopien zu produzieren. Das Klonen erlaubt die
Analyse von Gen-Sequenzen. Umgekehrt erlaubt dieses Wissen die Ableitung einer Protein-
Sequenz, für welche die DNA kodiert. Trotzdem ist es nötig, die Aminosäuren-Sequenz mit der
eines besser charakterisierten Eiweisses zu vergleichen, um die dreidimensionale Struktur des
Eiweisses bestimmen zu können. Wenn Eiweisse einen hohen Grad an Sequenz-Ähnlichkeit
aufweisen (Homologie), wird angenommen, dass auch die Funktion ähnlich ist.
Die grundsätzliche Klon-Methode
Die wesentlichen Schritte um ein Gen zu klonen (Abbildung 5.3):
1. Ein Fragment der DNA, welches das zu klonende Gen enthält, wird in ein zirkuläres DNA-
Molekül, genannt Vektor, eingesetzt. Das Einfügen eines zu untersuchenden Gens in den
Vektor produziert eine Chimäre beziehungsweise ein rekombinantes DNA-Molekül.
2. Der Vektor dient als Transportmittel, um das Gen in die Wirtzelle zu transportieren. In der
Wirtzelle vervielfacht sich der Vektor in zahlreiche identische Kopien, nicht nur von sich
selbst, sondern auch von dem Gen, in dem er sich befindet.
Fremde DNA
Gen für
Antibiotika-
Resistenz
Plasmid
PstI
PstI
Ausgewählte Region
PstI
1. Schritt
PstI
PstI
Haftende
Enden
Hybridisierung mit
Hilfe von DNA-Ligase
Rekombinante
DNA
Insertion (Einfügen)
von DNA
2. Schritt
Bakterienzelle
Bakterien-
Chromosom
Klonen
3. Schritt
Klon
4. Schritt
Bakterien beschichten ein
Antibiotika-enthaltendes Medium
Nur Bakterien mit der rekombinanten
DNA können wachsen
Kultur
DNA-
Reinigung
Abbildung 5.3. Grundsätzliche Methode für das Klonen von Genen in einem Plasmid.
5.6

5
3. Wenn die Wirtzelle sich teilt, enthalten die neuen Zellen Kopien des rekombinanten DNA-
Moleküls und die weitere Vektor-Reproduktion findet statt.
4. Durch viele Zellteilungen werden eine Kolonie oder ein Klon von identischen Wirtzellen
produziert. Jede Zelle im Klon enthält eine oder mehrere Kopien des rekombinanten DNA-
Moleküls. Das Gen im rekombinanten Molekül ist nun geklont.
Plasmide und Bakteriophagen
Zwei Typen von natürlich vorkommenden Vektoren werden üblicherweise als Transportmittel
zum Klonen gebraucht: Plasmide und Bakteriophagen. Plasmide sind kleine Ringe von DNA,
die in Bakterien und einigen anderen Organismen vorkommen. Plasmide replizieren sich
unabhängig von dem Chromosom der Wirtzelle und führen fast immer ein oder mehrere Gene
mit sich, die für nützliche Eigenschaften, welche vom Wirt-Bakterium vorgegeben werden,
verantwortlich sind. Ein Beispiel ist die Antibiotika-Resistenz. Ein Antibiotika-Resistenz-Gen ist
hilfreich, da es als wählbarer Marker dient, um sicherzustellen, dass die Bakterien in einer
Kultur ein bestimmtes Plasmid enthalten. Kleine Plasmide benutzen gelegentlich einige der Wirt-
Enzyme für die Replikation (Vervielfältigung), während grössere oft Gene in sich tragen, welche
für die Enzyme kodieren, die sie für die Replikation brauchen. Wenige Arten eines Plasmids
sind in ein Bakterien-Chromosom eingebaut und werden Episome genannt.
Zwei Typen von
natürlich
vorkommenden
Vektoren werden
üblicherweise als
Transportmittel
zum Klonen
gebraucht:
Plasmide und
Bakteriophagen.
Grösse und Anzahl der Kopien sind zwei sehr wichtige Eigenschaften eines Plasmids. Eine
Grösse von weniger als 10kb (bezieht sich auf die Anzahl Basen im genetischen Material der
Plasmide, in diesem Fall weniger als 10’000) ist für das Klonen wünschenswert. Grössere
Plasmide neigen zur Instabilität und können, im Bestreben eine stabile Grösse zu erhalten, jede
zusätzlich eingefügte DNA abstossen. Die Anzahl Kopien bezieht sich auf die Anzahl Moleküle
eines individuellen Plasmids, die man normalerweise in einer einzelnen Bakterienzelle findet.
Eine grosse Kopienzahl ist für die Produktion einer grossen Menge rekombinanter DNA-
Moleküle wünschenswert.
Bakteriophagen oder Phagen (Viren, welche speziell Bakterien infizieren) sind ebenfalls
geeignete Vektoren zum Klonen. Sie bestehen aus einem DNA- oder manchmal RNA-Molekül,
welches mehrere Gene beinhaltet, einschliesslich solcher, welche zur Phagen-Replikation
benötigt werden. Die Nukleinsäure wird von einer Eiweisshülle, genannt Kapsid, umgeben.
Wenn der Phage das Bakterium infiziert, heftet er sich auf die Aussenseite des Bakteriums und
injiziert sein DNA-Chromosom in die Zelle. Die Phagen-DNA wird dann repliziert und die
Eiweisshülle synthetisiert. Neue Phagen-Partikel sammeln sich und werden durch Lyse des
Bakteriums freigesetzt. Während der Infektion wird das DNA-Molekül des Bakteriophagen in
die Wirtzelle injiziert, wo es weiter repliziert wird. M13 und λ sind zwei üblicherweise
gebrauchte Typen von Phagen-Vektoren.
Für erfolgreiches
Klonen ist man auf
gereinigte DNA
angewiesen.
Viren werden oft als Transportmittel zum Klonen von Tierzellen benutzt. Üblich sind die bei
Säugetieren vorkommenden Viren, wie Adenoviren und Simian-Viren 40 (SV40).
Reinigung der DNA
Für erfolgreiches Klonen ist man auf gereinigte DNA angewiesen. Normalerweise müssen
mindestens drei verschiedene Arten von DNA durch den Gentechniker gereinigt werden. Zuerst
die DNA der ganzen Zelle, die aus Bakterienkulturen oder Tierzellen stammt und von der wir
die zu klonenden Gene erhalten. Als zweites wird reine Plasmid-DNA (Vektor-DNA) von
bakterieller chromosomaler DNA gereinigt. Wenn Phagen zum Klonen eingesetzt werden, wird
ausserdem gereinigte Phagen-DNA benötigt.
5.7

5
Um ein
rekombinantes
DNA-Molekül zu
produzieren, ist es
nötig, den Vektor
und die zu
klonende DNA an
bestimmten Stellen
zu zerschneiden
und sie dann
zusammenzufügen
(Ligation).
Es gibt verschiedene Methoden, um Zell-DNA von Bakterien und anderen Organismen zu
reinigen. Den Methoden gemeinsam ist das Sammeln von Zellen und deren anschliessende
Öffnung, damit sie ihren Inhalt freisetzen. Das Zell-Extrakt wird dann behandelt, um alle
Zellkomponenten, mit Ausnahme der DNA, zu entfernen. Die unerwünschten Bestandteile
werden Verunreinigungen genannt und enthalten Eiweisse und RNA. Schlussendlich wird die
DNA in der Lösung konzentriert.
Die Reinigung von Plasmid-DNA erfolgt nach dem gleichen Prinzip, beinhaltet aber zusätzliche
Schritte um die Plasmid-DNA von der bakteriellen chromosomalen DNA zu trennen. Dies kann
durch Zentrifugieren der Mischung von beiden DNAs mit hoher Geschwindigkeit oder mit Hilfe
von Gel-Filtration oder Affinitäts-Chromatographie erfolgen. Die beiden DNA-Typen werden
entsprechend ihrer Grösse und ihrer elektrischen Ladung getrennt.
Die Bildung von rekombinanter DNA aus gereinigter DNA
Um ein rekombinantes DNA-Molekül zu produzieren, ist es nötig, den Vektor und die zu
klonende DNA an bestimmten Stellen zu zerschneiden und sie dann zusammenzufügen
(Ligation). Dabei ist es wichtig, dass die Enden zusammenpassen, damit sie sich erfolgreich
ligieren (verbinden) können und dass die Richtung der Insertion (Einfügung) der DNA in den
Vektor korrekt ist.
Die Spaltung gereinigter DNA beim Klonen wird mit Hilfe hochgereinigter Enzyme, genannt
Restriktionsenzyme, durchgeführt. Typ II Restriktions-Endonukleasen schneiden an bestimmten
Stellen, genannt Restriktionsorte. Sie sind die hilfreichsten Schneide-Enzyme beim Klonen aus
Genen (Abbildung 5.4). Restriktionsenzyme werden aus verschiedenen Bakterien isoliert. Ihre
natürliche biologische Funktion ist, die Bakterien vor Angriffen durch Viren-DNA oder durch
andere fremde DNA zu schützen. Sie erkennen kurze DNA-Sequenzen und zerschneiden die
DNA-Moleküle an bestimmten Erkennungsorten. Einige Restriktionsenzyme zerschneiden die
DNA nur selten und generieren eine kleine Zahl sehr grosser Fragmente (mehrere tausend bis
eine Million Basenpaare). Die Mehrzahl der Restriktionsenzyme aber zerschneiden die DNA
häufiger, in eine grosse Anzahl kleiner Fragmente (weniger als 100 bis über
A
HpaI
5'––N N G T T A A C N N––3'
3'––N N C A A T T G N N––5'
Cut
5'––N N G T T
3'––N N C A A
A A C N N––3'
T T G N N––5'
B
EcoRi
5'––N N G A A T T C N N––3'
3'––N N C T T A A G N N––5'
Cut
5'––N N G A A T T C N N––3'
3'––N N C T T A A G N N––5'
C
Pst I
5'––N N C T G C A G N A––3'
3'––N N G A C G T C N N––5'
Cut
5'––N N C T G C A G N N––3'
3'––N N G A C G T C N N––5'
Abbildung 5.4. DNA-Sequenzen, welche durch drei häufig gebrauchte Typ II Restriktionsenzyme
erkannt werden. Diese Restriktionsenzyme hinterlassen (A) ein stumpfes oder (B und C) gestufte
Enden.
5.8

5
1’000 Basenpaare). Individuelle Restriktionsenzyme haben ganz bestimmte, verschiedene
Erkennungsorte, während einige den Erkennungsort miteinander teilen. Üblicherweise haben
sie eine Länge von vier, sechs oder acht Basenpaaren. Seitdem viele Hunderte von
verschiedenen Restriktionsenzymen charakterisiert werden konnten, kann die DNA zum Klonen
in viele kleine Fragmente mit unterschiedlichen Endungen zerlegt werden.
Je nach Klonforschungsprojekt können Fragmente mit stumpfem Ende (in diesem Fall werden
beide Stränge exakt in der Mitte der Erkennungssequenz zerschnitten) oder Fragmente mit
gestuftem Ende (die Schnittstelle befindet sich innerhalb der Erkennungssequenz, wobei ein
Strang etwas länger bleibt als der andere und überhängt) gebildet. Letztgenannter Typ der
Restriktionsreaktion bildet „klebende“ Enden. Eine hilfreiche Eigenschaft der Restriktionsenzyme
ist, dass unterschiedliche Erkennungsorte die gleichen klebenden Enden produzieren, so dass
Fragmente, die durch Spaltung mit zwei unterschiedlichen Enzymen hergestellt wurden, mit
Hilfe ihrer komplementären Enden zusammengefügt werden können.
Bevor die Vektoren zum Klonen eingesetzt werden können, werden die gereinigten Plasmid-
DNA-Ringe zuerst mit einer Restriktions-Endonuklease auseinander geschnitten, um lineare
DNA-Moleküle zu formen. Die zu benutzende zelluläre DNA wird mit der gleichen Restriktions-
Endonuklease geschnitten. Die entstandenen Fragmente, welche das zu klonende Gen
enthalten, werden den Plasmiden beigefügt und abgekühlt um rekombinante DNA-Ringe zu
formen. Diese rekombinanten Moleküle werden mit Hilfe einer DNA-Ligase kovalent gebunden.
Transfektion
Die rekombinanten Moleküle werden dann mittels eines Verfahrens, das man Transfektion
nennt, in Zellen eingefügt (meist in Bakterien- oder Hefezellen) (Abbildung 5.3). Bei der
Transfektion müssen Zellen eine durchlässigere Membran als üblich besitzen, um die Aufnahme
der DNA zu ermöglichen. Dies wird erreicht durch bestimmte chemische/physikalische
Methoden. Diese Zellen werden als kompetent bezeichnet. Da nur von einem kleinen Teil der
Zellen die DNA tatsächlich aufgenommen wird, ist es nötig, in einem Auswahlverfahren die
Zellen (so genannte Transfektanten) zu identifizieren, die transfiziert worden sind. Hier ist der
Einsatz eines wählbaren Markers hilfreich, der durch ein Plasmid transportiert wird.
Ein wählbarer Marker ist ein Gen, das eine transfizierte Zelle mit neuen Merkmalen ausstattet.
Dies kann eine Antibiotikaresistenz sein, welche bei nicht-transfizierten Zellen nicht vorkommt.
Nur Transfektanten können bei Vorhandensein von Antibiotika wachsen. Diese überlebenden
Zellen sollen eine DNA-Sammlung enthalten, welche einer ungeordneten Reihe von geklonten
DNA-Fragmenten entspricht.
Die
rekombinanten
Moleküle werden
mittels eines
Verfahrens, das
man Transfektion
nennt, in Zellen
(meist in
Bakterien- oder
Hefezellen)
eingefügt.
Die Auswahl des gewünschten Klons
Nur wenige der überlebenden Bakterien werden das rekombinante Plasmid mit dem zu
isolierenden Gen enthalten. Es gibt verschiedene Ansätze, um die gewünschten Klone in der
DNA-Sammlung zu identifizieren. Eine Möglichkeit ist, ein Stück saugfähiges Papier in die
Kultur mit den wachsenden Bakterienkolonien einzutauchen. Die Zellen bleiben am Papier
kleben und werden mit einer radioaktiven DNA-Probe, welche die Sequenz des gesuchten
Gens beinhaltet, untersucht. Die radioaktive Probe hybridisiert zum entsprechenden Gen und
kann dann durch die Exposition des Papiers auf einem fotografischen Film sichtbar gemacht
werden. Dieser Prozess der Hybridisierung ist eine Form von Screening.
Eine andere Screening-Methode um die Echtheit von Bakterien-Klonen zu prüfen, ist die in-vitro
Translation. Bei dieser Methode wird die geklonte DNA benutzt, um die komplementären
mRNA-Moleküle von einem Gemisch aus zellulärer mRNA zu reinigen. Dieser Prozess wird
5.9

5
Hybrid-Selektion genannt. Die produzierten Eiweisse werden dann mit denen verglichen, die
man erwartet.
Eine Genbank ist
eine Sammlung
einer genügenden
Menge Klone, die
mit hoher
Wahrscheinlichkeit
jedes einzelne
Gen eines
bestimmten
Genoms von
einem
Organismus
enthalten.
Die Genbank
Eine Genbank ist eine Sammlung einer genügenden Menge Klone, die mit hoher
Wahrscheinlichkeit jedes einzelne Gen eines bestimmten Genoms von einem Organismus
enthalten. Genbanken werden durch Reinigung der zellulären DNA hergestellt. Dies geschieht
durch Zerteilen der DNA mit Hilfe von Restriktionsenzymen, um eine Serie von Fragmenten zu
produzieren, die man in einen passenden Vektor klont. Es ist ebenfalls möglich, Chromosomenspezifische
Sammlungen anzulegen, die aus Fragmenten bestehen, welche von der DNA eines
bestimmten Chromosoms abstammen.
Gentechnologie
Um die Struktur und Funktion von einzelnen Proteinen, wie Onkoproteinen, zu studieren, ist es
nötig, genügend Proteine zur Verfügung zu haben. Die meisten Proteine in einer tierischen
Zelle, inklusive solcher mit sehr wichtigen Funktionen, sind nur in kleinen Mengen vorhanden.
Das macht es schwierig oder gar unmöglich, das reine Protein zu isolieren. Einer der
wichtigsten Beiträge des DNA-Klonens und der Gentechnologie für die Zellbiologie ist, dass es
nun möglich ist, Zellproteine auch in grossen Mengen zu produzieren. Die Gentechnologie
wendet rekombinante DNA-Technologie an, um das Gen für das gewünschte Eiweiss zu klonen
und es in ein speziell hoch replizierendes Stück der DNA, einem so genannten Expressions-
Vektor, einzusetzen. Dieser kann dann grosse Mengen des Proteins produzieren.
Die Gentechnologie hat wichtige therapeutische Auswirkungen. Zum Beispiel ist das Klonen
aller Gene für einen bestimmten biosynthetischen Pfad und deren Überexpression eine
Möglichkeit, um eine bestimmte intrazelluläre Komponente zu vermehren. Im Gegensatz dazu
ist es möglich, einen Pfad zu unterbrechen, um zu verhindern, dass ein bestimmtes Produkt
hergestellt wird. Es ist wichtig zu wissen, dass Gentechnologie nicht auf Proteine begrenzt ist.
Sie kann eine Überexpression aller zu klonenden Gene ermöglichen.
. . . kürzlich
haben Fortschritte
in der
Gentechnologie
nicht-menschliche
Quellen von
Antikörpern wie
Herceptin ® und
MabThera ®
ermöglicht.
Zudem ermöglicht die Gentechnologie den Aufbau von Proteinen von jeder gewünschten
Sequenz. Zum Beispiel haben kürzlich Fortschritte in der Gentechnologie nicht-menschliche
Quellen von Antikörpern wie Herceptin ® und MabThera ® ermöglicht. Humanisierte monoklonale
Maus-Antikörper (MAbs) machen Gebrauch von der Reverse-Transkriptase Polymerase
Kettenreaktion (RT-PCR, siehe Seite 5.15), um entweder variable oder hypervariable Regionen
des Antikörpers von der mRNA oder einem Hybridom (zum Beispiel von einer Maus) zu klonen,
und dann diese mit konstanten menschlichen Regionen zu fusionieren. Als Folge davon sind
mehr als 90% der Aminosäuren-Sequenzen des humanisierten MAb mit derjenigen des
menschlichen Proteins identisch. Auf diese Weise kann eine Neutralisierung durch das
menschliche Immunsystem vermieden werden. Durch die Wahl der entsprechenden Region für
die schwere Kette als Klonpartner, könnten mit diesem Ansatz Antikörper mit bestimmter Ziel-
Funktion entwickelt werden. Die daraus entstehenden Klone können dann in Zellkulturen grosse
Mengen von modifizierten Antikörpern produzieren. Die Grundlagen der Tier-Zellkulturen und
die Methode, rekombinante Gene in Tierzellen einzuführen, werden unten beschrieben.
Tier-Zellkulturen
Unter angepassten Bedingungen können die meisten Tierzellen in einer Gewebekulturschale
leben, sich teilen und differenzierte Eigenschaften aufweisen. Diese Art von Kultur wird in-vitro-
Kultur genannt. In dieser künstlichen Umgebung ist es möglich, die Zellen unter dem Mikroskop
5.10

5
zu beobachten oder sie biochemisch zu analysieren, wenn verschiedene spezifische Moleküle,
wie zum Beispiel Hormone oder Wachstumsfaktoren, zugefügt oder entfernt werden. Es ist
ebenfalls möglich, die Interaktionen zwischen verschiedenen Zelltypen zu untersuchen. Eine
wichtige Anwendung von Zellkulturen ist ihre Nutzung zur Produktion von grossen Mengen
bestimmter Zellen, die ein genetisch bearbeitetes Gen enthalten. Wie in Kapitel 6 beschrieben
wird, werden gezüchtete Zellen auch in der Zell-Therapie, als Krebs-Impfungen zur Stimulation
einer Immunantwort auf einen Tumor, erforscht.
Zellen werden in Kultur-Gefässen wie in Platten oder Flaschen in einer Nährlösung, genannt
Medium, gezüchtet. Ein wesentlicher Bestandteil des Mediums ist Serum, weil dieses
Wachstumsfaktoren, Steroid-Hormone und andere Faktoren, die für Wachstum und Proliferation
wichtig sind, enthält. Die Zellen in der Zellkultur wachsen am Boden der Platten als einfache
Zellschicht (Monolayer) und das Medium deckt sie zu. Für ein normales Wachstum und für die
Proliferation ist es wichtig, dass die Zellen verankert sind. Das Medium wird in bestimmten
Intervallen ausgewechselt, um sicherzustellen, dass die Zellen nicht verhungern oder durch
Abfallprodukte aus ihrem eigenen Stoffwechsel vergiftet werden. Wenn sich die Zellen geteilt
haben und die gesamte Fläche in der Kulturplatte bedecken, beenden die Zellen ihre Teilungen.
Die Zellkultur kann dann aufgeteilt werden, um neue Kulturen anzulegen, die wieder wachsen
und proliferieren können.
Eine wichtige
Anwendung von
Zellkulturen ist
ihre Nutzung zur
Produktion von
grossen Mengen
bestimmter Zellen,
die ein genetisch
bearbeitetes Gen
enthalten.
Kulturen, die aus Gewebe eines Organismus hergestellt werden, nennt man primäre Kulturen.
Primäre Kulturen haben eine begrenzte Lebensdauer und unterliegen dem Prozess der
Umwandlung, der zur Bildung einer Zell-Linie führt. Zell-Linien können aus Krebszellen
hergestellt werden, unterscheiden sich aber von solchen aus normalen Zellen. Zum Beispiel
wachsen Zell-Linien oft, ohne an der Oberfläche zu haften und können in der Kulturschale bis
zu einer wesentlich höheren Dichte als normale Zellen proliferieren. In normalen Zellen können
experimentell ähnliche Eigenschaften durch Transformation mit einem Tumor-induzierenden Virus
oder einer chemischen Substanz induziert werden. Dies führt zu einer transformierten Zell-Linie
wie die Zell-Linie des chinesischen Hamster-Ovars (CHO) oder der Baby-Hamster-Niere (BHK).
Zell-Linien können normalerweise geteilt und unendlich gezüchtet werden. Neben vielen andern
Anwendungsmöglichkeiten sind sie nützlich zur Produktion von monoklonalen Antikörpern und
für das Studium der Aktivität bestimmter Gene.
Transfektion
Wie oben erwähnt, ist die Transfektion eine Technik, die angewandt wird, um fremde Moleküle,
wie DNA, in Zellen einzubringen. Sie ist ein wirksames Werkzeug für das Studium und die
Kontrolle der Gen- und Eiweiss-Expression. Zellen können so transfiziert werden, dass sie ein
Gen nur für eine kurze Zeit (vorübergehende Transfektion) oder permanent (stabile Transfektion)
exprimieren. Verschiedene Gene können zusammen transfiziert werden mit der Möglichkeit,
Interaktionen zwischen diesen Genen zu untersuchen. Dieses System bietet uns eine künstliche
Umgebung, in der Gen-Interaktionen untersucht werden können.
Bei der Isolierung einer einzelnen Tierzelle, welche ein rekombinantes Gen (gentechnisch
hergestellt) enthalten kann, und welcher das Wachstum zu einer großen Kolonie erlaubt wurde,
ist es möglich, einen Klon zu bilden, der aus genetisch identischen Zellen besteht. Es ist
ebenfalls möglich, zwei Zellen zusammenzufügen, um eine kombinierte Zelle mit zwei
separaten Zellkernen zu bilden, welche schlussendlich zusammenschmelzen, um eine Hybrid-
Zelle mit nur einem Zellkern zu bilden.
. . . die
Transfektion ist
eine Technik, die
angewandt wird,
um fremde
Moleküle, wie
DNA, in Zellen
einzubringen.
5.11

5
Die Anwendung neuer Technologien im Kontext von Krebs
. . . ist die HER2-
Überexpression
die erste Tumorassoziierte
Anomalie, deren
Rolle in
Pathogenese und
Prognose entdeckt
wurde, und die
erfolgreich
angewandt
wird, um
massgeschneidert
zu therapieren.
Antikörper sind
durch ihre genaue
Antigen-Spezifität
sehr hilfreiche
Instrumente in der
Forschung und in
vielen
Testverfahren.
Alle Krankheiten haben eine genetische Komponente, ob diese nun vererbt ist oder eine
Antwort des Körpers auf die Umgebungsbelastung darstellt. Deshalb ist bei der Beurteilung
eines Krebspatienten die Untersuchung von produzierten Onkogenen oder Proteinen
(Onkoproteine) eine wichtige Ergänzung zur Untersuchung physischer Parameter, wie zum
Beispiel Tumorgrösse, Krankheitsstadium bei der Diagnose oder Grad des Lymphknotenbefalls.
Um Faktoren der Krebspathogenese zu untersuchen, werden typischerweise Tumorgewebe oder
Serum gebraucht. Zum Beispiel sind Tumormarker (wie CA-125 und CA 15-3) Moleküle, die als
Hilfe zur Diagnosestellung oder zur Überwachung der Therapie für Ovarial- oder Brustkrebs
verwendet werden können. Tumormarker werden bei bestimmten Tumorerkrankungen in die
Blutbahn abgegeben und können so im Serum nachgewiesen werden.
Der klinische Wert biologischer Marker wird seit vielen Jahren untersucht. Heute gut etablierte
Marker sind zum Beispiel der Östrogen-Rezeptor-Status (ER) und der Progesteron-Rezeptor-Status
(PgR) für die Einschätzung der Prognose und des Ansprechens auf die Therapie bei Brustkrebs.
Ausserdem das Prostata-spezifische Antigen (PSA) bei der Verlaufskontrolle von Prostatakrebs
und das Philadelphia-Chromosom als ein spezifischer Marker der chronisch myeloischen
Leukämie. Erst kürzlich wurde der Stellenwert von Markern wie HER2 intensiv untersucht. Wie
auch in Kapitel 6 diskutiert wird, ist die HER2-Überexpression die erste Tumor-assoziierte
Anomalie, deren Rolle in Pathogenese und Prognose entdeckt wurde, und die erfolgreich
angewandt wird, um massgeschneidert zu therapieren. Dies deutet auf die zunehmende
Wichtigkeit hin, Tumor-assoziierte Anomalien sehr genau zu untersuchen, um die
Patientenbehandlung zu optimieren.
Ein Pathologe wendet eine Vielzahl von speziellen Techniken für die Untersuchung von Faktoren
an, die mit Krebs zusammenhängen. Diese diagnostischen Tests beinhalten Analysen der
relevanten Gene (DNA oder RNA) oder Proteine, die durch die DNA produziert werden.
Antikörper als molekularbiologische und biochemische Instrumente
Antikörper sind durch ihre genaue Antigen-Spezifität sehr hilfreiche Instrumente in der
Forschung und in vielen Testverfahren. Mit Fluoreszenz-Färbung versehen, sind sie von
unschätzbarem Wert bei der Lokalisation bestimmter Moleküle in Zellen mittels Fluoreszenz-
Mikrokopie. Sie können auch bei der Suche und Quantifizierung von Molekülen in
Zellextrakten, sowie bei der Identifizierung bestimmter Proteine nach deren Trennung mit
Elektrophorese, angewendet werden.
Die Sensitivität von Antikörpern zur Entdeckung bestimmter Moleküle in Zellen und im Gewebe
ist häufig durch die Signal-Amplifikations-Methode erhöht. Dies ist ein Verfahren, bei welchem
zwei Antikörper benutzt werden, um ein Antigen zu entdecken. Der erste Antikörper bindet sich
an das Antigen. Anstatt einen Marker wie eine Fluoreszenz-Färbung an den primären
Antikörper zu binden, um das Antigen nachzuweisen, wird ein zweiter Antikörper gebraucht,
der ein Marker-Molekül besitzt, das den gebundenen primären Antikörper erkennt. Viele
Systeme, bei denen unterschiedliche Arten von Marker-Molekülen angewandt werden, sind
erhältlich. Zum Beispiel kann ein Enzym als Marker-Molekül gebraucht werden. Dies ist ein sehr
sensitives System und erlaubt das Finden selbst kleinster Mengen von Antigenen.
Immunhistochemie
Wie der Name andeutet, ist die Immunhistochemie (IHC) eine Technik, die Antikörper, Gewebe
5.12

5
und Chemie einbezieht. Dieses Verfahren kann für die Analyse des Expressionsgrades von
Proteinen in einem Gewebe verwendet werden.
IHC ist eine relativ einfache Methode, bei der eine Vielzahl allgemein gebräuchlicher
Reagenzien und Fixiermittel benützt werden, und kann an frischem, gefrorenem und
konserviertem Gewebe angewendet werden. Bei dieser Technik wird ein Antikörper verwendet,
der spezifisch ist für ein bestimmtes Antigen, zum Beispiel HER2. Für IHC-Testmethoden wurde
eine Vielzahl von Mäuse-Antikörpern produziert mit dem Ziel, den Antikörper zu identifizieren,
der genauestens unterscheidet zwischen Patienten, die ein spezifisches Antigen besitzen oder
nicht. Der Antikörper ist oft mit Fluoreszenzfarbe, radioaktiv oder mit einem Enzym wie zum
Beispiel Peroxidase markiert. Im letzten Fall wird das Gewebe, das typischerweise in Paraffin
eingebettet ist, mit dem passenden Antikörper, der mit Peroxidase markiert ist, inkubiert. Der
bestimmte Antikörper findet das Antigen im Tumorpräparat und bindet sich daran. Die Probe
wird dann mit einer chemischen Substanz (Diaminobenzidin, DAB) in der Gegenwart von
Wasserstoffperoxyd bearbeitet und es entsteht eine blickdichte Ablagerung, welche
mikroskopisch sichtbar gemacht werden kann (DAB-Methode). Alternativ kann auch die
Peroxidase-Antiperoxidase Methode (PAP) benützt werden. Das Endresultat ist eine
Gewebeprobe, die gefärbte und ungefärbte Zellen aufweist.
Die Interpretation von solchen durch IHC gefärbten Proben ist oft qualitativ und abhängig vom
Prozentsatz der für das bestimmte Antigen positiv gefärbten Zellen, sowie von der Intensität der
Färbung. Die Interpretation kann so auch zwischen verschiedenen Untersuchern variieren. Als
Beispiel sei hier der üblicherweise für HER2-Überexpression angewandte Test DAKO
HercepTest ® erwähnt. Bei diesem wird eine Beurteilungsskala von 0 bis 3+ angewandt. 0 und
1+ bezeichnen eine Gradierung, die normalerweise keine Färbung oder nur wenige, schwach
gefärbte Zellen aufweist, während bei 3+ die Mehrheit der Zellen stark gefärbt ist
(Abbildung 5.5). Tatsächlich gibt es aber zwischen den Pathologen und den Labors
Unterschiede in der Bestimmung der Stufe 2+, wegen der subjektiven Einschätzung des
Auswertungssystems.
0
1+
IHC ist eine relativ
einfache Methode,
bei der eine
Vielzahl
allgemeingebräuchlicher
Reagenzien und
Fixiermittel
benützt
werden . . .
2+
3+
IHC Images courtesy of MJ Kornstein, MD, Medical College of Virginia
Abbildung 5.5. Beispiel von Zellmembran-Färbungen für HER2 mit IHC mit der entsprechenden
Auswertung (Scores).
5.13

5
Automatisierte zelluläre, bildgebende Systeme (ACIS) wurden als neue Technologie entwickelt
und sind so konstruiert, dass sie die Fehlerquote, die sich mit der individuellen Interpretation
einer Färbung ergibt, ausschalten. ACIS kombiniert Software für die farb-basierte Darstellung
mit der automatisierten Roboter-Mikroskop-Technologie und wurde beschrieben als genauere
Methode im Gegensatz zur qualitativen Einschätzung (Scoring).
Der Vorteil von
ELISA ist, dass die
Untersuchung mit
Blut und nicht mit
Tumorgewebe
gemacht werden
kann . . .
ELISA
Diese Technik einer Enzym-gebundenen, immunabsorbierenden Untersuchung (enzyme-linked
immunosorbent assay = ELISA) ist für Gewebe-Homogenate und Seren geeignet. Genau wie
bei IHC, wird bei dieser Methode ein Antikörper und ein quantifizierbares Enzym benutzt, um
Proteine zu entdecken. Der Vorteil von ELISA ist, dass die Untersuchung mit Blut und nicht mit
Tumorgewebe gemacht werden kann und daher, wegen der einfacheren Materialgewinnung,
auch wiederholt durchgeführt werden kann. Die Zusammenhänge zwischen den Tumorspezifischen
Markern im Serum (wie HER2) und der effektiven Anzahl von Tumorzellen wird
derzeit diskutiert und ist kontrovers. Es scheint wahrscheinlich, dass eine engere Beziehung
zwischen Serumspiegel und Tumorgrösse als zwischen Serumspiegel und Tumorexpression eines
Markers besteht. Deshalb wird der ELISA-Test eher für die Messung von Tumormarkern wie z.B.
PSA zur Kontrolle eines Krankheitsverlaufs angewandt, als für die Erkennung von Tumoren,
welche grosse Mengen von Markern exprimieren.
In-situ Hybridisierung
In-situ Hybridisierung (ISH) ist eine Technik, die angewandt wird, um bestimmte Nukleinsäuren-
Sequenzen im Gewebe, in Zellen oder in Chromosomen nachzuweisen. Bei dieser Methode
werden Nukleinsäure-Proben verwendet, welche eine ganz bestimmte Nukleotid-Sequenz
aufweisen, die in der Lage sind, sich spezifisch an komplementäre Nukleotid-Sequenzen in der
DNA oder RNA zu binden (oder hybridisieren). Die Probe enthält eine Erkennungssubstanz,
welche die Lokalisierung der gesuchten Nukleinsäure ermöglicht. ISH-Lokalisierung wird im
Allgemeinen durch fluoreszierende Marker (Fluoreszenz in-situ Hybridisierung, FISH) und mit
der Fluoreszenz-Mikroskopie, sowie mit chromogenen (farbproduzierenden) Markern
(chromogene in-situ Hybridisierung, CISH) und einem Hellfeld-Mikroskop erreicht. Die ISH-
Resultate werden verwendet, um das Vorkommen oder Fehlen von Genen, die Amplifizierung
eines Gens oder die Umstrukturierung von Chromosomen (Translokation) zu ermitteln. Es
handelt sich also um eine sehr wertvolle Technik in der Diagnostik von Genen, die in der
Krebsentstehung eine Rolle spielen (Onkogene).
FISH
FISH bedient sich fluoreszierender Marker, welche einer Probe beigefügt werden, die sich an
das entsprechende Gen bindet. Mit Hilfe des Fluoreszenz-Mikroskops werden die Lokalisation
der Gene sowie die Anzahl der vorhandenen Kopien ermittelt. Bei der Anwendung von
verschieden gefärbten Fluoreszenz-Markern und von zwei oder mehr Proben zum gleichen
Zeitpunkt, können verschiedene Hybridisierungssignale entsprechend ihrer unterschiedlichen
Färbung unterschieden werden. Diese Technik ist hilfreich beim Vergleich der Anzahl
verschiedener Zielobjekte in einer Zelle, zum Beispiel der Anzahl von Genen und
Chromosomen, welche ein bestimmtes Gen enthalten. So weisen zum Beispiel ungefähr 20%
der Patientinnen mit Brustkrebs mehrere Kopien des HER2 Gens auf (das bedeutet, das Gen
wird amplifiziert) (Abbildung 5.6). Andere Brustkrebs-Zellen weisen wieder multiple Kopien des
Chromosoms 17 auf (Aneuploidie), auf dem das HER2-Gen lokalisiert ist, wobei jedes
5.14

5
Abbildung 5.6. FISH-Test zum Nachweis einer Gen-Amplifikation.
Chromosom eine Gen-Kopie enthält. Der physiologische Effekt der Amplifikation und Aneuploidie
scheint hier unterschiedlich zu sein und diese Eigenschaften müssen unterschieden werden.
Deshalb werden Proben mit roten und grünen Fluoreszenz-Markern verwendet. Diese erlauben
eine Einschätzung des Verhältnisses von HER2 Genen zum Chromosom 17 und lassen so die
HER2-Amplifikation erkennen. FISH findet ebenfalls Verwendung beim Aufspüren von
chromosomalen Anomalien bei verschiedenen hämatologischen Malignomen und soliden
Tumoren. So gibt es Marker zum Auffinden des Philadelphia-Chromosoms und der bcr-abl Fusion
bei der chronischen myeloischen Leukämie.
FISH ist allgemein eine spezifische und sensitive Testmethode, die Tumore genau und zuverlässig
identifizieren kann, indem bestimmte Gen-Anomalien identifiziert werden. Zudem ist die
Interpretation der Resultate objektiv und quantitativ. Sie erfordert aber eine Spezial-Ausrüstung,
die derzeit noch nicht überall in Pathologie-Laboratorien vorhanden ist.
Polymerase-Kettenreaktion
Die Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction = PCR) ist ein Verfahren, bei dem ein
spezialisiertes Polymerase-Enzym einen komplementären Strang zu einem bestehenden DNA-
Strang synthetisiert, und zwar in einer Mischung, die vier DNA-Basen und zwei DNA-Fragmente,
genannt „Primer“, enthält. Die Polymerase-Kettenreaktion beinhaltet das unendliche Kopieren
eines bestimmte DNA-Stückes mit Hilfe des Enzyms DNA-Polymerase. Dieser Prozess ermöglicht
die selektive Amplifikation einer ausgewählten Region eines DNA-Moleküls.
Typischerweise wird die DNA einer Zelle mit kurzen Stücken von DNA (ungefähr 20 Basen lang),
genannt Primer, gemischt, deren DNA-Sequenzen sich an die ausgewählten Sequenzen anlegen.
Die Primer hybridisieren sich zu der gewünschten DNA in der Mischung und befähigen die
Enzyme, das gewünschte DNA-Segment zu synthetisieren. Normalerweise wird dafür ein DNA-
Polymerase-I-Enzym von einem Bakterium verwendet, das in heissen Quellen vorkommt und Taq-
Polymerase genannt wird. Aufgrund seines Ursprungs funktioniert dieses Enzym bei hohen
Temperaturen. Die PCR-Mischung wird erhitzt, um die Stränge der Doppelstrang-DNA, welche die
gewünschte Sequenz enthalten, zu trennen. Dann wird die Mischung abgekühlt, und so können
FISH ist allgemein
eine spezifische
und sensitive
Testmethode, die
Tumore genau und
zuverlässig
identifizieren
kann, indem
bestimmte
Gen-Anomalien
identifiziert
werden.
5.15

5
die Primer ihre komplementäre Sequenz am separierten Strang finden und sich an sie binden.
Die Polymerase kann die Primer in neue komplementäre Stränge einbauen (Abbildung 5.7).
Durch wiederholte Erhitzungs- und Abkühlungszyklen multipliziert sich die gewünschte DNA-
Sequenz exponentiell. Jeder neue Doppelstrang teilt sich und bildet so zwei Vorlagen für die
weitere Synthese. In ungefähr einer Stunde kann in 20 PCR-Schritten das gewünschte Stück
millionenfach amplifiziert werden. Am Ende der PCR ist es üblich, das Produkt unter
Anwendung von Agarose-Gel-Elektrophorese zu analysieren und die produzierte DNA zu
färben. Andererseits kann das PCR-Produkt an einen Plasmid- oder einen Bakteriophagen-Vektor
zum Klonen und zur weiteren Beurteilung gebunden werden.
Eine wichtige Eigenschaft der PCR ist ihre extreme Sensitivität. Wenn die Primer optimal sind,
kann PCR exakte Mengen der gesuchten DNA ermitteln. Dies macht PCR zu einer hoch
wertvollen Technik der Diagnostik. PCR kann ebenfalls für die Amplifikation von RNA verwendet
werden, unter der Bedingung, dass diese zuerst mit Hilfe der Reverse-Transkriptase in eine
Einzelstrang-cDNA konvertiert wird. Diese Methode wird Reverse-Transkriptase PCR genannt
(RT-PCR). Eine Hauptanwendung der RT-PCR ist die Analyse des Ausmasses der Gen-Expression.
Das Reaktions-Gemisch enthält
die ausgewählte DNA-Sequenz
für die Amplifikation, zwei Primer
(P1 und P2) und hitzebeständige
Taq-Polymerase
Das Reaktions-Gemisch wird auf 95ºC
erhitzt, um die gewünschte DNA zu
denaturieren. Die anschliessende
Abkühlung auf 37ºC erlaubt es den
Primern, die komplementäre Sequenz
der gewünschten DNA zu hybridisieren.
P1
Ausgewählte DNA
Taq
P2
Erster Zyklus
Bei einer Erhitzung auf 72ºC produziert
die Taq-Polymerase komplementäre
Stränge von den Primern
Der erste Synthese-Zyklus
führt zu zwei Kopien der
gewünschten DNA-Sequenz
DNA wird
denaturiert
Primer werden
hybridisiert
Zweiter Zyklus
Neue DNA-Stränge
werden aufgebaut
Der zweite Synthese-
Zyklus führt zu vier Kopien
der gewünschten DNA-Sequenz
Weitere Zyklen
Abbildung 5.7. Überblick über den PCR-Prozess.
5.16

5
Gen
Eiweiss
Funktion
Struktur
Abbildung 5.8. Verständnis der Gen-Funktion.
Funktionelle Genetik
Bis vor kurzem wurden Untersuchungen über die Funktion von Genen nur in einem sehr
beschränkten Zusammenhang durchgeführt. So wurde zum Beispiel nur ein einzelnes Gen oder
ein Reaktionsablauf auf einmal untersucht. Mit Hilfe der bedeutenden Fortschritte in der
Forschung und in der Technik, haben sich die Methoden zur Untersuchung der Gen-Funktionen
schnell entwickelt. Man nennt dies funktionelle Genetik. Mit diesem Studium versucht man sich
einen Überblick über die Genom-Funktionen inklusive des Expressionsprofils auf der mRNA-
Ebene und der Protein-Ebene zu verschaffen. Funktionelle Genetik setzt das Wissen über die
Genom-Struktur, die Anordnung und die Sequenz der Gene voraus. Um die Funktion der Gene
zu verstehen, bedarf es ebenfalls einer Analyse der dreidimensionalen Strukturen des Proteins,
für welches die Gene kodieren (Abbildung 5.8).
Das Hauptziel der funktionellen Genetik ist die Entwicklung neuer Technologien, um Gen-
Expressionen schnell und in grossem Umfang studieren zu können. Funktionelle Genetik soll
Biologen ein neues und umfassendes Verständnis der komplexen Systeme verschaffen und den
Zusammenhang zwischen DNA-Sequenz und ihrer Funktion vereinfachen. DNA-Sequenz-Daten
vermehren sich in phänomenaler Weise mit dem Ziel, eine genaue Sequenz des vollständigen
menschlichen Genoms bis zum Jahr 2002 vorlegen zu können.
Wie auch in Kapitel 7 besprochen wird, erwartet man, dass die Proteomik der funktionellen
Genetik folgen wird. Der Begriff Proteom bezieht sich auf den kompletten Satz von Proteinen,
welches durch das Genom exprimiert und später modifiziert wird. Mit Hilfe des Studiums von
Proteinen aus einer globalen Sichtweise erhoffen sich Biologen eine Klärung über die Ursachen
vieler Krankheiten und deren potentielle Therapien.
Das „Human-Genom-Projekt“
Das Human-Genom-Projekt (HGP) ist ein internationales Projekt, das seit 1990 bestrebt ist, alle
menschlichen Gene zu identifizieren. Primäres Ziel des HGP ist die Erstellung einer Reihe von
Diagrammen (Karten) von jedem menschlichen Chromosom. Der erste Schritt dieses Projektes ist
abgeschlossen und der nächste, in welchem die Basen-Sequenzen der DNA-Fragmente
bestimmt werden, ist gegenwärtig in Bearbeitung. Aufgrund des Entwurfs der Basen-Sequenzen
ist bereits bekannt, dass das Genom 30’000 bis 35’000 Gene enthält. Die Ergebnisse des
Projektes werden eine wertvolle Informationsquelle für die Entwicklung von Instrumenten im
. . . funktionelle
Genetik . . . ist
das Studium, mit
dem man sich
einen Überblick
über die Genom-
Funktionen
inklusive des
Expressionsprofils
auf der mRNA-
Ebene und der
Protein-Ebene zu
verschaffen
versucht.
Das Human-
Genom-Projekt ist
ein internationales
Projekt, das seit
1990 bestrebt ist,
alle menschlichen
Gene zu
identifizieren.
5.17

5
Verfahren, bei
denen Daten über
Gene und Proteine
ausgearbeitet und
ausgewertet
werden (wie zum
Beispiel die Daten
aus dem HGP),
werden
Bioinformatik
genannt.
Studium der Humanbiologie und Medizin. Parallelstudien laufen an ausgewählten
Modellorganismen, wie dem Bakterium E. coli, um die Vergleichsinformationen, die für das
Verständnis der Funktion des Human-Genoms nötig sind, zu liefern. Dieses Verfahren wird
vergleichende Genetik genannt.
Man erwartet, dass die Daten des HGP als Quelle biomedizinischer Wissenschaften des 21.
Jahrhunderts und für die Medizin einen unschätzbaren Gewinn darstellen werden. Weil der
Umgang mit einem derart grossen Daten-Pool den intensiven Einsatz von Computern erfordert,
ist die Entwicklung von Datenbanken eine der Hauptaufgaben des HGP.
Bioinformatik
Verfahren, bei denen Daten über Gene und Proteine ausgearbeitet und ausgewertet werden
(wie zum Beispiel die Daten aus dem HGP), werden Bioinformatik genannt. Da mehr und mehr
Genome sequenziert werden, wird es immer klarer, dass die Dechiffrierung dieser Sequenzen
eine enorme Herausforderung darstellt.
Die jüngsten Fortschritte in der Genetik ermöglichen eine Ausweitung des Angebotes der
Zielobjekte für potentielle Krebsmedikamente. Die Pharmakogenetik bedient sich vieler
genetischer Techniken, um die Medikamentenentwicklung voranzutreiben. Es werden
verschiedene Methoden angewandt, um das menschliche Genom zu durchsuchen. Ziel ist es,
Verbindungen von genetischen Varianten, Medikamentenwirkung und Sicherheit zu finden. Es
wird erwartet, dass diese Verfahren neue therapeutische Ansätze zur biologischen
Krebsbehandlung aufzeigen werden.
Zusammenfassung: Anwendung dieser Kenntnisse
. . . die
rekombinante
DNA-Technologie
revolutionierte die
Art, wie Forscher
Zellen und ihre
biologischen
Abläufe
untersuchen.
Die Kenntnis der Funktions- und Interaktionsmechanismen zwischen verschiedenen Molekülen
einer Zelle ermöglicht den Forschern die Entwicklung von Behandlungsmethoden für
Krankheiten, bei welchen die zellulären Prozesse versagen. Eine Vielzahl von technischen
Fortschritten hat die Entwicklung biologischer Tumortherapien erst möglich gemacht.
Insbesondere die rekombinante DNA-Technologie revolutionierte die Art, wie Forscher Zellen
und ihre biologischen Abläufe untersuchen. Die rekombinante DNA-Technologie umfasst eine
Reihe von Techniken, welche die Untersuchung und, noch wichtiger, die Manipulation von
Struktur und Funktion der Zell-DNA ermöglichen. Das Klonen von Genen ist der Eckpfeiler
dieser Technologie. Diese Methode verwendet einen Vektor, um eine gewünschte DNA-Sequenz
in einer Wirtzelle, wie Bakterien, Viren oder Hefezellen, zu amplifizieren. Plasmide und Viren
sind häufig eingesetzte Vektoren. DNA-Fragmente können, nachdem sie in eine passende
Wirtszelle eingesetzt worden sind, analog zu ihrer DNA reproduziert werden. Gentechnologie
beinhaltet das Klonen von Genen für ein bestimmtes Protein und dessen Einsetzen in ein sich
speziell schnell replizierendes Stück DNA, genannt Expressions-Vektor. Dieser produziert nun
große Mengen von Eiweissen beziehungsweise von gewünschten Molekülen. Die Methode ist
nützlich zur Herstellung neuer Proteine, wie zum Beispiel für humanisierte monoklonale
Antikörper. Zellen können in einer künstlichen Umgebung, genannt Zellkultur, gezüchtet und
manipuliert werden.
Rekombinante DNA kann mit Hilfe eines Vorgangs, der Transfektion genannt wird, in Zellen
eingefügt werden. Dies ermöglicht die Produktion grosser Mengen eines bestimmten Moleküls.
Die Diagnostik von genetischen Veränderungen, die im Zusammenhang mit Krebs stehen, hat
bedeutende technische Fortschritte gemacht. Mehrere Verfahren stehen nun zur Untersuchung
von Anomalien in Genen oder Proteinen im Tumorgewebe oder im Serum zur Verfügung. Ein
5.18

5
Pathologe wendet dabei verschiedene spezielle Untersuchungstechniken an, um Faktoren, die
mit Krebs in Verbindung stehen, zu testen. Diese diagnostischen Tests beinhalten die Analyse
der relevanten Gene (DNA oder RNA) oder des Proteins, welches durch diese DNA produziert
wird. So ist es möglich, am Beispiel von HER2 entweder die Anzahl von Kopien des HER2-Gens
(Amplifikation) oder die Überexpression von HER2 zu untersuchen. Die am meisten
verwendeten Tests sind IHC und FISH. PCR ist ein weiteres, nützliches diagnostisches Verfahren.
Dank intensiver Forschung und Optimierung der Untersuchungstechnik hat das Studium der
Gen-Funktionen, auch funktionelle Genetik genannt, rasche Fortschritte gemacht. Bei der
funktionellen Genetik versucht man einen Überblick über die Gen-Funktion und die
Expressionsprofile auf der Ebene der mRNA und der Eiweisse zu erhalten. Funktionelle Genetik
setzt das Wissen über die Genom- Struktur, die Anordnung der Gene (Mapping) und die Gen-
Sequenzierung voraus. Die funktionelle Genetik hat das Ziel, neue Technologien
hervorzubringen, um die Gen- Expression in großem Ausmaß und kurzer Zeit zu untersuchen.
Das HGP ist ein internationales Projekt mit dem Ziel, alle Gene der DNA-Sequenz zu
identifizieren. Es ermöglicht die Entwicklung von Hilfsmitteln, um diese Information in der
Biologie und Medizin des Menschen anzuwenden. Damit werden riesige Mengen Daten
generiert. Mit der Bioinformatik werden die Daten über Gene und Proteine, welche durch das
HGP hervorgebracht werden, bearbeitet und interpretiert.
Die Forschung im Bereich Molekularbiologie und Genetik gewinnt an Relevanz in der
Diagnostik und Therapie menschlicher Erkrankungen. Wenn Patienten von diesen Erkenntnissen
profitieren sollen, ist es wichtig, dass die Fachleute die genetische Medizin, wie andere
Aspekte der Medizin, in die klinische Praxis einbringen können. Der rasche Fortschritt in der
Entwicklung biologischer Therapien ist eine direkte Folge des verbesserten Verständnisses aus
der Molekularbiologie von normalen und Krebszellen. Die Behandlung von Patienten mit Hilfe
dieser Methoden wird immer wichtiger. Das öffentliche Interesse an den gentechnologischen
Fortschritten, zusammen mit der immensen Flut neuer Erkenntnisse aus dem Human-Genom-
Projekt, gibt den betreuenden Ärzten und Pflegenden eine zentrale Rolle in der Weitergabe
dieser Entdeckungen an ihre Patienten.
Das öffentliche
Interesse an den
gentechnologischen
Fortschritten,
zusammen mit der
immensen Flut
neuer Erkenntnisse
aus dem Human-
Genom-Projekt,
gibt den
betreuenden
Ärzten und
Pflegenden eine
zentrale Rolle in
der Weitergabe
dieser
Entdeckungen an
ihre Patienten.
5.19

5
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Verschiedene Enzyme und Technologien werden benutzt, um DNA zu analysieren und zu
manipulieren. Wählen Sie aus der unten stehenden Liste die passenden Enzyme oder
Techniken aus, um die folgenden Aktivitäten auszuführen:
DNA-Sequenzierung
Gel-Elektrophorese
Ligase
Nukleinsäure-Hybridisierung
Polymerase
Restriktionsenzym
Reverse Transkription
DNA-Synthese
………………………………………………………………………………….............................
Produziert zusätzliche DNA (cDNA) von Boten-RNA (mRNA)
………………………………………………………………………………….............................
Schneidet oder spaltet DNA für die Analyse in Fragmente
………………………………………………………………………………….............................
Verbindet DNA-Fragmente
………………………………………………………………………………….............................
Separiert DNA-Fragmente entsprechend ihrer Grösse
………………………………………………………………………………….............................
Ordnet die Basen-Paare in DNA-Fragmente
Gen
Eiweiss
Funktion
Struktur
………………………………………………………………………………….............................
Ermöglicht die genaue Lokalisation der DNA oder RNA
………………………………………………………………………………….............................
2. Das Klonen von Genen ist entscheidend für viele Techniken bei der Analyse von Genen und
für das Verstehen ihrer Funktion. Beschreiben Sie die grundlegenden Schritte für das Klonen
von DNA.
3. Manchmal werden viele Fragmente zur selben Zeit geklont, um eine Art Bibliothek von
Klonen aufzubauen. Wie kann ein Klon, welcher ein spezielles DNA-Fragment enthält,
identifiziert werden?
4. Die Fähigkeit, Proteine in grossen Mengen herzustellen, ist eine der Haupterrungenschaften
der Gentechnologie. Beschreiben Sie einige therapeutische Auswirkungen der
Gentechnologie, speziell im Bezug auf Krebs.
5. Unten finden Sie ein schematisches Diagramm mit den Zielen funktionaler Genetik.
Beschreiben Sie, was das Diagramm darstellt, und weisen Sie darauf hin, welche Rolle das
Human-Genom-Projekt und die Bioinformatik in diesem Prozess spielen können.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.10.
5.20

Biologische Therapien erklärt
6
Einführung
Die vorherigen Kapitel haben ein Verständnis dafür vermittelt, wie Krebs sich entwickelt und wie
das Immunsystem mit den Herausforderungen umgeht. Die technischen Fortschritte, welche die
Verwendung dieser Kenntnisse für Forschungszwecke möglich gemacht haben, wurden
ebenfalls beschrieben. Diese Fortschritte haben zur Erkenntnis geführt, dass biologische
Methoden grosses therapeutisches Potential haben. Dieses Kapitel beschreibt die verschiedenen
Arten biologischer Substanzen, die als Krebstherapien erforscht wurden. Dies sind:
● Zytokine
● Antikörper
● Gen-Therapie
● Impfungen.
Mehrere aktuell verwendete biologische Wirkstoffe (Granulozyten-Kolonisierungs-stimulierender
Faktor [G-CSF, Filgrastim], Rekombinantes Interleukin-2 [IL-2] und Herceptin ® ) werden detailliert
beschrieben. Diese Wirkstoffe werden erklärt, um den Unterschied zu illustrieren zwischen den
nicht-spezifischen Mitteln wie Filgrastim, die schon länger als supportive Krebstherapien in
Gebrauch sind, und den gezielt auf Tumoren wirkenden Stoffen wie Herceptin ® , welche eine
eigentliche Revolution in der Krebsbehandlung darstellen.
6.1

6
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Geben Sie zwei Gründe an, weshalb biologische Methoden für die Krebsbehandlung
entwickelt und benützt werden, indem Sie ihre potentiellen Vorteile gegenüber
konventionellen Therapien beschreiben.
2. Geben Sie in der unten stehenden Tabelle an, welche biologische Therapie den ebenfalls
unten beschriebenen Wirkungseffekt A-G hat. Als Beispiel ist die Zytokin-Therapie
aufgeführt.
Therapie
Zytokin-Therapie
Antikörper-basierte Therapie
Krebs-Impfung
Gen-Therapie
Zell-basierte Therapie
Wirkungsweisen
A, E, F, G
A. Tötet Krebszellen ab
B. Unterbricht oder kontrolliert Prozesse, die das Krebswachstum ermöglichen
C. Verändert das Wachstums-Verhalten von Krebszellen
D. Blockiert Prozesse, die zur Umwandlung einer normalen Zelle in eine Krebszelle führen
E. Steigert die Fähigkeit des Körpers, eine normale Zelle, die durch Chemotherapie oder
Bestrahlung geschädigt oder zerstört worden ist, zu reparieren oder zu ersetzen
F. Steigert die Anfälligkeit von Krebszellen auf Zerstörung durch das Immunsystem
G. Erhöht die Aktivität von T-Zellen, natürlichen Killerzellen und Makrophagen, und fördert
so die Zerstörung von Krebszellen.
3. Erklären Sie den Unterschied zwischen gezielten (spezifischen) und nicht-gezielten
(unspezifischen) biologischen Therapien und erörtern Sie die Vorteile der gezielten
Therapien.
4. Zytokine sind verantwortlich für die normale Funktion von diversen physiologischen
Prozessen, welche das Ergebnis oder Teil einer Immunreaktion sind. Definieren Sie, was ein
Zytokin ist und geben Sie vier Beispiele der Prozesse, die sie beeinflussen.
5. Erklären Sie, warum die Humanisierung von Antikörpern so wichtig ist für ein höheres
therapeutisches Potential.
6. Beschreiben Sie drei mögliche Wirkungsweisen monoklonaler Antikörper, durch welche sie
ihre Antikrebs-Wirkung entfalten.
7. Zählen Sie die Phasen in der Entwicklung einer biologischen Therapie auf, indem Sie die
Faktoren beschreiben, die einen bestimmten biologischen Marker zu einem attraktiven
therapeutischen Angriffsziel machen.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.12.
6.2

6
Warum biologische Therapien zur Krebsbehandlung benützen?
Wie in Kapitel 1 aufgezeigt wurde, können für die Behandlung von Krebs verschiedene
therapeutische Mittel wirksam sein. Jedoch sind diese oft invasiv, wie zum Beispiel die
Chirurgie, oder mit hoher Toxizität verbunden, wie die Chemo- und Radiotherapie. Dazu
kommt, dass die klinischen Vorteile dieser Therapien nun an ihre Grenzen angekommen zu sein
scheinen. Deshalb werden neue therapeutische Mittel benötigt, die zusätzliche klinische
Fortschritte mit weniger oder gleicher Toxizität versprechen. Eine Vielzahl von Wirkstoffen
wurde getestet, inklusive pflanzliche und tierische Substanzen, welche Medikamente wie
Paclitaxel (gewonnen aus der Rinde der pazifischen Eibe) hervorgebracht haben; aber
biologische Therapien sind besonders attraktiv, weil:
● die körpereigenen Abwehrmechanismen spezifische Antworten auf spezifische
Herausforderungen produzieren, wie zum Beispiel Antikörper-Reaktionen auf Antigen-
Herausforderungen
● durch den Gebrauch von Molekülen, die im Körper vorkommen, Probleme mit Reaktionen
auf körperfremde Stoffe vermieden werden können.
Biologische Therapien waren über die letzten 20 Jahre Inhalt intensiver Forschungen. Dies führte
zur Entwicklung einer Reihe von Methoden, von denen einige schon im klinischen Einsatz sind.
. . . neue
therapeutische
Mittel werden
benötigt, die
zusätzliche
klinische
Fortschritte mit
weniger oder
gleicher Toxizität
versprechen.
Arten biologischer Therapien
Der Ausdruck „biologische Therapie“ wird gebraucht, um eine ganze Reihe von entwickelten
Wirkstoffen zu beschreiben: Zytokine und Antikörper, gentechnisch veränderte Moleküle und
zelluläre Bestandteile des Immunsystems. Alle diese nutzen die Fähigkeit des menschlichen
Immunsystems, auf spezifische zelluläre Prozesse einzuwirken, bilden aber verschiedene
Gruppen therapeutischer Strategien, die wie folgt klassifiziert werden können:
● Zytokin-Therapien
● Antikörper-Therapien
● Krebsimpfungen
● Gen-Therapien
● Zell-basierte Therapien.
Wie in Kapitel 4 beschrieben wurde, ist es das Ziel vieler biologischer Therapien, die Fähigkeit
des Patienten zur Zerstörung von Krebszellen zu fördern. Wirkstoffe, die im Labor oder im
Körper selbst hergestellt werden, werden zur Stärkung, Lenkung oder Wiederherstellung der
natürlichen Abwehrkraft des Körpers benützt. Andere biologische Präparate sind Wirkstoffe,
die auf natürlich vorkommenden Molekülen wie Antikörpern basieren. Diese Mittel können
massgeschneidert werden, so dass sie auf spezifische Anomalien in Krebszellen abzielen,
indem sie deren Funktion verändern oder sie am Überleben hindern. Solche Therapien werden
auch als Immunotherapien bezeichnet.
Biologische Therapien können benützt werden, um:
● Krebszellen zu töten
● Prozesse, die das Krebswachstum ermöglichen, zu unterbrechen oder zu kontrollieren
● die Wachstumsmuster von Krebszellen zu verändern
Diese Mittel
können
massgeschneidert
werden, so dass
sie auf
spezifische
Anomalien in
Krebszellen
abzielen, indem
sie deren
Funktion
verändern oder
sie am Überleben
hindern.
6.3

6
● Prozesse, die zur Bildung einer Krebszelle aus einer normalen Zelle führen, zu blockieren
● die Fähigkeit des Körpers, durch Chemotherapie oder Bestrahlung beschädigte oder
zerstörte Zellen zu reparieren oder zu ersetzen, zu fördern
● der Ausbreitung von Krebszellen vorzubeugen
● die Anfälligkeit von Krebszellen auf Zerstörung durch das Immunsystem zu steigern
● die Aktivität von T-Zellen, natürlichen Killerzellen und Makrophagen zu steigern, und somit
die Tötung von Krebszellen zu fördern.
Die verschiedenen Arten biologischer Therapien werden unten im Detail beschrieben.
Zytokine sind
verantwortlich für
die normale
Funktion diverser
physiologischer
Prozesse, die das
Resultat oder ein
Teil von
Immunreaktionen
sind . . .
Zytokin-Therapie
Zytokine sind Proteine, die von einer Zelle durch Synthese aufgebaut und freigesetzt werden
und dann mit Rezeptoren anderer Zellen interagieren, normalerweise um die Immunantwort zu
regulieren. In-vitro Studien haben gezeigt, dass Zytokine verantwortlich sind für die normale
Funktion diverser physiologischer Prozesse, die das Resultat oder ein Teil von Immunreaktionen
sind, wie:
● Fieber
● Hämatopoese
● normale T- und B-Zell-Entwicklung
● Erzeugung normaler IgE-Mengen
● Anfälligkeit auf Gelenksentzündung
● Chemotaxis, d.h. Anziehung eines bestimmten Zelltyps an einen bestimmten Ort.
Viele Zytokine
werden als
Supportiv-
Therapie benützt,
um die Schwere
oder Häufigkeit
des Auftretens
von
Chemotherapieinduzierter
Toxizität zu
verringern. Sie
ermöglichen so
eine optimale
Dosierung
der Chemotherapie
. . .
Wegen des weiten Wirkungsfeldes von Zytokinen in klinisch relevanten Prozessen wurde viel
Forschung auf das klinische Potential dieser Stoffe angewandt. Diese Forschung wurde durch
die rekombinante DNA-Technologie möglich (siehe Kapitel 5), welche es erlaubt, Zytokine im
Labor herzustellen.
Einige Zytokine, die auf ihr therapeutisches Potential bei Krebs untersucht wurden, sind in
Tabelle 6.1 aufgeführt. Die Wirkungsweisen der verschiedenen Zytokine, die in dieser Tabelle
aufgelistet wurden, sind sehr komplex. Die Zytokine werden von vielen verschiedenen Zelltypen
freigesetzt und haben Auswirkungen auf viele Zellprozesse. Interaktionen zwischen Zytokinen
verändern diese Auswirkungen (Abbildung 6.1).
Die Freisetzung von Zytokinen ist normalerweise auf gewisse Stellen im Körper beschränkt, wo
sie eine örtliche Antwort stimulieren. Also bewirkt eine systemische Anwendung sowohl die
gewünschte Antwort als auch unerwünschte Antworten, die sich, wegen der nicht-selektiven
Stimulation und/oder Hemmung als Nebenwirkungen manifestieren.
Zytokine als Supportiv-Therapie
Viele Zytokine werden als Supportiv-Therapie benützt, um die Schwere oder Häufigkeit des
Auftretens von Chemotherapie-induzierter Toxizität zu verringern. Sie ermöglichen so eine
optimale Dosierung der Chemotherapie in der Menge, in der sie am wirkungsvollsten ist. In
dieser Situation werden Zytokine benutzt, um die Zellpopulation zu einer schnelleren Erholung
zu stimulieren, z.B. neutrophile Zellen, die durch eine Chemotherapie, welche alle momentan
sich teilenden Zellen angreift, beschädigt wurden. Einige der zytotoxischen Medikamente, wie
die Taxane und Vinorelbin, verursachen eine Neutropenie (tiefe Anzahl von Neutrophilen), was
6.4

6
Tabelle 6.1. Zytokine mit therapeutischer Anwendung bei Krebs.
Zytokin Aktivität Gebrauch bei Krebstherapie
Interleukin-1 (IL-1) Hauptmediator bei Entzündung Vorbeugung von Chemotherapieinduzierter
Thrombozytopenie
Direkte Aktivität bei Injektion in den
Tumor
Interleukin-2 (IL-2) Induktion der T-Zell-Proliferation Behandlung des malignen Melanoms
und Nierenzellkarzinoms
Ex-vivo Expansion von Killerzellen
und Tumor-infiltrierenden T-Zellen
Interleukin-4 (IL-4) Aktivator des B-Zell-Wachstums Möglicher direkter Antitumor-Effekt
via Apoptose
Erforscht als Gen-Therapie für
Tumoren des zentralen
Nervensystems (ZNS)
Interleukin-12 (Il-12) Förderung der Proliferation von Erforscht für Aktivität gegen
zytotoxischen T-Zellen und der Nierenzell-Karzinom und Melanom
natürlichen Killer-Zellen
Interferon-α Stimuliert Immunfunktion Behandlung von Nierenkrebs,
Melanom, karzinoiden Tumoren und
einigen Arten von Lymphomen
Granulozyten-Makrophagen- Stimuliert die Produktion von Vorbeugung von Chemotherapie-
Kolonie-stimulierender Makrophagen und neutrophilen bedingten Infektionen
Faktor (GM-CSF) Zellen Erlaubt höhere Dosierung von Chemotherapie
(Sargramostim)
Vermindert den Schweregrad von
Infektionen bei Patienten mit Neutropenie
Behandlung von febriler Neutropenie
Granulozyten-Kolonie- Stimuliert die Bildung neutrophiler Vorbeugung von Chemotherapiestimulierender
Faktor Zellen bedingten Infektionen
(G-CSF) (Filgrastim)
Erlaubt höhere Dosierung von
Chemotherapie
Vermindert den Schweregrad von
Infektionen bei Patienten mit
Neutropenie
Behandlung von febriler Neutropenie
Thrombopoetin Stimuliert die Reifung von Vermindert die Inzidenz von
Megakaryozyten
Thrombozytopenie (tiefe Zahl von
Blutplättchen) während der
Chemotherapie
Erythropoetin Stimuliert das Wachstum von Vermindert den Bedarf an
Vorläufern roter Blutzellen
Bluttransfusionen während der
Chemotherapie (Erythropoese)
Tumor-Nekrose Zytotoxizität und Wirkung auf Möglicher Nutzen bei Melanom und
Tumor-Mikro-Vaskularisierung Leberkarzinom, wenn Techniken, die
die zu behandelnde Zone isolieren,
angewendet werden
6.5

IL-12
6
Verschiedene Klassen von T-Helfer-
Zellen setzen verschiedene Zytokine frei,
was zur Regulierung von Antworten führt
Aktivierter Makrophag stimuliert
B-Zellen, Immunoglobuline via
Zytokin-Stimulation freizusetzen
T H
–ve TGF-α
IFN-γ
Block
T H
T H
T H
IL-4
IL-13
IL-10
–ve
IFN-γ
IFN-γ
B
B
Ig-produzierende
B-Zelle
IL-12
IFN-γ
NK
IFN-γ
IL-12
Aktivierter
Makrophag
IL-4
T H
T H 2
T H
IFN-γ
Makrophag
1
Zahlreiche Zytokine
beeinflussen, welche Klassen
von T-Helfer-Zellen sich entwickeln
T-Helfer-Zellen werden durch IL-12 stimuliert,
welches durch Makrophagen freigesetzt wird.
Sie stimulieren wiederum andere Makrophagen
Abbildung 6.1. Illustration der Komplexität der Wirkungen von Zytokinen auf zelluläre Prozesse,
gezeigt am Beispiel eines aktivierten Makrophagen und von T-Helfer-Zellen (T H ). Dieses stellt nur
einen kleinen Teil der möglichen Wirkungsweisen von Zytokinen im Immunsystem dar.
Das Hauptziel
dieser Zytokinbasierten
Ansätze
für die
Antikrebstherapie
ist die Stimulation
des
körpereigenen
Immunsystems zur
Zerstörung der
Krebszellen, und
nicht unbedingt
eine direkte
Wirkung auf
Krebszellen.
den Patienten anfälliger für Infektionen macht und deshalb potentiell lebensgefährlich ist.
Deshalb ist die schnelle Erholung der neutrophilen Zellen hilfreich. Die Neutropenie kann mit
Filgrastim (rekombinantes G-CSF) bekämpft werden (siehe Fallstudie 1). Ein anderer
Nebeneffekt von Chemotherapeutika (z.B. von Cisplatin) ist die Anämie. Diese kann erfolgreich
mit rekombinantem menschlichem Erythropoetin (Epoetin) behandelt werden. Erythropoetin ist
eine Form eines Zytokins, das von einem in Säugetier-Zellkulturen eingepflanzten menschlichen
Gen produziert wird.
Epoetin induziert die Produktion roter Blutzellen, indem es die Teilung und Differenzierung von
entsprechenden Vorläuferzellen im Knochenmark stimuliert. Diese Supportiv-Therapie bringt eine
grosse Verbesserung der Lebensqualität für die behandelten Patienten mit sich.
Antikrebstherapie mit Zytokinen
Unter den Zytokinen, die (im Gegensatz zu Supportivtherapien) als Antikrebs-Wirkstoffe
eingesetzt werden, sind Interferon-α (IFN-α) und IL-2. Diese Mittel sind Standard-Behandlungs-
Optionen bei fortgeschrittenem Nierenzellkarzinom und bei Melanom, wurden aber auch für
eine Reihe anderer Tumorarten erforscht, inklusive hämatologische maligne Erkrankungen.
Das Hauptziel dieser Zytokin-basierten Ansätze für die Antikrebstherapie ist die Stimulation des
körpereigenen Immunsystems zur Zerstörung der Krebszellen, und nicht unbedingt eine direkte
Wirkung auf Krebszellen. Die Stimulation einer Antitumor-Immunantwort ist möglich, weil
gewisse Tumoren schwach immunogen sind. Jedoch ist die Immunantwort, die durch diese
6.6

6
Tumoren ohne Zytokin-Therapie erzeugt wird, limitiert und wahrscheinlich ungenügend, um eine
Wirkung auf den Tumor zu haben (siehe Kapitel 4). Ersatz oder Zusatz von Zytokinen
ermöglicht eine Verstärkung der Immunantwort, was eine Antitumor-Aktivität zur Folge hat.
Die Zytokine, die zum Gebrauch als Antitumortherapie anerkannt sind (IFN-α, IL-2) werden
normalerweise subkutan verabreicht und haben den Vorteil, dass sie unter Umständen vom
Patienten selber oder von einem Helfer oder Verwandten verabreicht werden können. In einigen
Fällen ist eine intravenöse (i.v.) Anwendung zu Beginn der Therapie nötig, was einen
Spitalaufenthalt erforderlich macht. Subkutan (s.c.) verabreicht, sind Interferone wirksam bei
Nierenkarzinom, Melanom und karzinoiden Tumoren, während Interleukine bei
Nierenzellkarzinom und Melanom angewandt werden. (Für weitere Informationen bezüglich
Interleukine, siehe weiter unten: rekombinantes IL-2.)
Die Behandlung mit IFN-α hat eine bekannte Ansprechrate von 10–20% bei Patienten mit
fortgeschrittenem Nierenzellkarzinom, dem häufigsten Krebs der Niere. Dies ist ein
bemerkenswertes Ansprechen, wenn man mit der konventionellen Chemotherapie und
Hormontherapie vergleicht, wo die Ansprechrate nicht mehr als 10% beträgt. Ein
Langzeitüberleben ist jedoch selten (etwa 10% der Patienten überleben 3 Jahre oder länger)
und die Toxizität ist bei der hoch dosierten Interferon-α Behandlung (9 bis 10x10 6 E/Tag
dreimal wöchentlich), welche für das Ansprechen nötig ist, ausgeprägt. Eine
Kombinationstherapie ist nicht sinnvoll, haben doch Studien gezeigt, dass die Resultate von
IFN-α als Monotherapie und in Kombination mit Chemotherapie wie Vinblastin dieselben sind.
Kürzlich wurde gezeigt, dass der Nutzen der Behandlung mit IFN-α von Risikofaktoren
abhängig ist (wie vom Allgemeinzustand, erfolgter Nephrektomie oder Serum-Chemie), wobei
etwa 30% der Patienten ohne Risikofaktoren drei Jahre überleben.
Die Resultate der IFN-α-Behandlung bei Melanomen sind besser und erreichen bei 40% der
Patienten Rezidivfreiheit nach 5 Jahren und eine 5-Jahres-Gesamtüberlebensrate von 45%. Auch
hier sind hohe Dosierungen von IFN-α nötig (20 ME/m 2 /Tag i.v., fünfmal wöchentlich für 4
Wochen, danach 10 ME/m 2 s.c. dreimal wöchentlich für 11 Monate) und die Toxizität ist
beträchtlich (schwere Granulozytopenie bei bis zu 45% der Patienten, schwere Lebertoxizität
bei 30%, ausgeprägte Fatigue bei 25%). Studien über die Einstellung der Patienten bezüglich
Toxizität haben gezeigt, dass die meisten bereit sind, für den Preis der Rezidivfreiheit auch
schwere Nebenwirkungen in Kauf zu nehmen. Trotzdem konnte IFN-α wegen der hohen
Toxizität nicht als adjuvante Therapie eingeführt werden und hat zu einer Anzahl von Studien
geführt, die die Wirksamkeit niedrigerer Dosierungen untersuchen.
Wie schon oben erwähnt, ist die Anwendung von Zytokinen wie IFN-α und IL-2 mit einer Reihe
von Nebenwirkungen verbunden. Diese erfolgen auf Grund der direkten oder indirekten
Wirkung von Zytokinen auf andere Immunfunktionen, welche nicht das eigentliche Ziel der
Therapie sind. So wurden Techniken untersucht, die die Anwendung der Zytokine auf nur ein
Organ beschränken: direkte Injektion in Tumoren; Gebrauch an immunprivilegierten Orten wie
dem zentralen Nervensystem (ZNS); Anwendung spezialisierter Techniken, die den zu
behandelnden Tumor isolieren. Leider konnten bis heute auch die intensiven Studien keine
alternative Methoden zur Zytokin-Anwendung hervorbringen, die denselben direkten Antitumor-
Effekt haben wie die systemische Hochdosis-Therapie und gleichzeitig weniger toxisch sind.
Insgesamt ist die Zytokin-Therapie die am meisten angewandte biologische Therapiemethode
bei Krebs. Ihre Nutzung als Supportivtherapie ist weit verbreitet und normalerweise auch gut
verträglich, und gewisse Zytokine haben eine wichtige Antitumorwirkung bei der Behandlung
von Nierenzellkarzinom und Melanom.
Die Behandlung
mit IFN-α hat eine
bekannte
Ansprechrate von
10–20% bei
Patienten mit
fortgeschrittenem
Nierenzellkarzinom,
dem
häufigsten Krebs
der Niere.
6.7

6
Buchstäblich
Millionen von
Antikörpern, von
welchen jeder ein
spezifisches
Antigen erkennt,
können von den
B-Zellen des
menschlichen
Immunsystems
produziert
werden.
Antikörper-Therapie
Antikörper bilden einen wichtigen Bestandteil des Immunsystems und besitzen die Eigenschaft,
Antigene zu erkennen. Buchstäblich Millionen von Antikörpern, von welchen jeder ein
spezifisches Antigen erkennt, können von den B-Zellen des menschlichen Immunsystems
produziert werden. Das Erkennen eines Antigens durch einen Antikörper, welcher eine
spezifische Anbindungsstelle für genau dieses Antigen hat, führt zur Bindung und stimuliert eine
Vielzahl von Antworten wie:
● Aktivierung anderer Komponenten des Immunsystems
● Einleitung der Phagozytose (Prozess, bei dem fremdes Material aufgenommen und zerstört
wird)
● Stimulation der zellgesteuerten Immunität.
Entwicklung monoklonaler Antikörper für den therapeutischen Gebrauch
Die Fähigkeit, Antikörper klinisch zu verwenden, ist der Entwicklung der Hybridom-Technik zu
verdanken, bei der Zellklone, welche einen einzigen Typ Antikörper absondern, aus einer
einzelnen Maus-B-Zelle entwickelt werden. Dieser Vorgang wird in Kapitel 5 genauer
geschildert. Die Anwendung monoklonaler Antikörper beinhaltet:
● Forschung in der Pathogenese
● Diagnose
● Prognose
Indem man die
strukturellen
Sequenzen eines
monoklonalen
Antikörpers, die
der Maus
zugehören, durch
menschliche
Sequenzen
ersetzt, ist es
möglich,
monoklonale
Antikörper zu
produzieren, die
mindestens zu
90% menschlich
sind und so die
neutralisierenden
Reaktionen zu
vermeiden . . .
● Einschätzung des therapeutischen Ansprechens
● Krebstherapie.
Der Gebrauch monoklonaler Antikörper als Krebstherapie erfordert noch mehr technische
Fortschritte als nur die Entwicklung monoklonaler Antikörper. Monoklonale Antikörper von
Mäusen werden vom menschlichen Immunsystem als fremd erkannt. Das heisst, dass sie eine
Immunantwort stimulieren und schnell neutralisiert und/oder zerstört werden. So ist es nötig,
Mittel zur Vorbeugung dieser Immunantwort zu finden, damit monoklonale Antikörper klinisch
wirkungsvoll eingesetzt werden können. Rekombinante DNA-Techniken liefern dafür die
Antwort. Antikörper enthalten sowohl strukturelle als auch Antigen-erkennende Zonen (siehe
Kapitel 4). Strukturelle Sequenzen machen den grössten Teil des Antikörpers aus und sind bei
allen Antikörpern derselben Tier-Spezies gleich, während die Antigen-erkennenden Teile
verschieden sind, je nach dem erkannten Antigen. Indem man die strukturellen Sequenzen eines
monoklonalen Antikörpers, die der Maus zugehören, durch menschliche Sequenzen ersetzt, ist
es möglich, monoklonale Antikörper zu produzieren, die mindestens zu 90% menschlich sind
und so die neutralisierenden Reaktionen zu vermeiden, die bei einem monoklonalen Antikörper
von der Maus erfolgen würden (Abbildung 6.2).
Angriffspunkte/Ziele für monoklonale Antikörper-Therapie
Es wurde eine Anzahl von Antigenen mit verschiedenen Zielen für die Therapie mit
monoklonalen Antikörpern erforscht. Diese Ziel-Antigene sind normalerweise Antigene, von
denen bewiesen wurde, dass sie für eine oder mehrere Krebsarten spezifisch sind und die oft
auch mit der Überproduktion eines Rezeptors einhergehen. Einige dieser Ziel-Antigene sind in
Tabelle 6.2 aufgeführt.
6.8

6
a) Schaffung chimerischer
b)
Antikörper (z.B. MabThera ® )
Zur Maus gehörig
V L
C L
V H
C H
Schaffung menschlicher
spezifischer Antikörper (z.B. Herceptin ® )
Zur Maus gehörig
Ergänzende
bestimmende
Regionen
Es wurde eine
Anzahl von
Antigenen mit
verschiedenen
Zielen für die
Therapie mit
monoklonalen
Antikörpern
erforscht.
Menschlich
Menschlicher
Kontext
Abbildung 6.2. Zwei Methoden, um die Immunantwort auf monoklonale Antikörper zu umgehen: a)
Schaffung eines chimerischen Antikörpers, indem variable Sequenzen von der Maus mit menschlichen
konstanten Sequenzen zusammengefügt werden (ungefähr 70% menschliche); b) Schaffung eines
vermenschlichten Antikörpers, indem alle Maus-Sequenzen, ausser den Antigen-erkennenden, ersetzt
werden (ergänzende bestimmende Regionen [CDRs]) mit menschlichen Sequenzen (>90% menschlich).
Die Vorgehensweisen um Antikörper-basierte Therapien herzustellen, die auf diese Ziele
gerichtet sind, können wie folgt gruppiert werden:
● direkte monoklonale Antikörper-Methoden („nackter“ Antikörper)
● Immunokonjugate, inklusive Immunotoxine und Radio-Immunokonjugate
● bispezifische Antikörper.
Tabelle 6.2. Beispiele für Ziel-Antigene in der Therapie mit
monoklonalen Antikörpern bei Krebs.
Ziel
Human epidermal growth factor receptor (HER2)
(Menschlicher epidermaler
Wachstumsfaktor-Rezeptor)
Carzino-embryonales Antigen (CEA)
MUC1
Ganglioside
CD19, CD20, CD22
CD5
Tumor-Typ
Brust, Ovarial, Kolorektal
Kolorektal
Kolorektal, Brust, Ovarial
Melanom
Non-Hodgkin-Lymphom
Chronisch lymphatische
Leukämie, kutanes T-Zell-Lymphom
6.9

6
Monoklonale Antikörper
Der Gebrauch von „nackten“ oder unkonjugierten monoklonalen Antikörpern, um Tumoren
anzugreifen und direkte Wirkungen auf Tumorzellen zu erzielen, ist die einfachste der
untersuchten Antikörper-Methoden. Die Wirksamkeit dieser Art von Therapie hängt von
folgenden Faktoren ab:
● von der Auswahl eines geeigneten Ziel-Antigens; also z.B. von einem, das in abnormer
Weise von Tumorzellen, aber nicht von normalen Zellen, exprimiert wird, das ausgeprägt an
der Tumorzelloberfläche vorhanden ist, das stabil ist (nicht variabel durch Punktmutationen
im Gen) und das aktiv ist in der Tumorentwicklung und/oder Tumorerhaltung
● vom monoklonalen Antikörper, welcher eine hohe Affinität für das Ziel-Antigen haben muss,
aber keine Auswirkungen auf normales Gewebe haben sollte
● vom Tumor-Typ, inklusive Zugänglichkeit durch den Antikörper.
Diese Eigenschaften stellen sicher, dass der monoklonale Antikörper nicht gesunde Zellen
angreift, oder aber höchstens minimale Wirkung auf diese hat, während er Tumorzellen effektiv
unterdrückt oder vernichtet. Eine starke Ausprägung von Antigen-Expression durch Tumorzellen
erhöht die Zielgenauigkeit und Wirksamkeit des Antikörpers, während die Stabilität des
Antigens sicherstellt, dass der Zielbereich für die Therapie immer vorhanden ist. Die hohe
Affinität des monoklonalen Antikörpers für sein Zielobjekt verbessert auch die Tumorspezifität.
Früher war man der Ansicht, dass die Wirksamkeit der monoklonalen Antikörpertherapie eine
Folge der Stimulation der Immunantwort, welche schlussendlich im Zelltod endete, sei. Heute
glaubt man jedoch, dass die Antikrebs-Aktivität monoklonaler Antikörper auf verschiedene
Arten erzeugt wird, nämlich:
● gezielte Regulation nach unten (downregulation), welche zu Funktionsveränderungen führt,
z.B. Wachstumsfaktor-Rezeptoren
● Vorbeugung der Zielaktivierung, z.B. von Wachstumsfaktor-Rezeptoren
● Hemmung intrazellulärer Signalpfade, welche von Ziel-Antigen kontrolliert werden, z.B.
wachstumsstimulierende Signale, welche von einem an seinen Rezeptor bindenden
Wachstumsfaktor produziert werden
● Einleitung von Immunantworten
Der Gebrauch
von „nackten“
oder
unkonjugierten
monoklonalen
Antikörpern, um
Tumoren
anzugreifen und
direkte
Wirkungen auf
Tumorzellen zu
erzielen, ist die
einfachste der
untersuchten
Antikörper-
Methoden.
Monoklonale
Antikörper-
Therapie wurde
zur klinischen
Realität, als man
chimerische oder
humanisierte
Antikörper
herstellen
konnte . . .
● direkte Antikrebs-Aktivität durch programmierten Zelltod (Apoptose), z.B. Aktivierung von
Faktoren, die Apoptose induzieren als Folge eines Feedbacks gehemmter intrazellulärer
Wachstumsstimulations-Signalpfade.
Monoklonale Antikörper-Therapie wurde zur klinischen Realität, als man chimerische oder
humanisierte Antikörper herstellen konnte, welche die Antigen-Spezifität des elterlichen Mäuse-
Antikörpers beibehalten, aber nicht als fremdes Protein erkannt und neutralisiert werden. Diese
Methode hat sich in klinischen Versuchen als effektiv erwiesen, und mittlerweile sind zwei
Wirkstoffe für den Routinegebrauch in der Klinik erhältlich:
● MabThera ® , ein chimerischer anti-CD20-Antikörper, der bei ca. 50% der Patienten mit Non-
Hodgkin-Lymphom ein Ansprechen bewirkt und gut verträglich ist
● Herceptin ® , ein humanisierter anti-HER2 monoklonaler Antikörper, der eine Steigerung der
Gesamtüberlebensdauer bei Frauen mit HER2-positivem metastasierendem Brustkrebs
bewirkt (siehe detaillierte Beschreibung später in diesem Kapitel) (Abbildung 6.3).
6.10

6
Abbildung 6.3. Repräsentative Struktur eines humanisierten monoklonalen Antikörpers (Mäuse-
Sequenzen sind in Gelb abgebildet).
Diese beiden monoklonalen Antikörper zielen auf Antigene, welche von Tumorzellen in
ausgeprägter Menge exprimiert werden. CD20 wird von fast allen B-Zell-Lymphomen
exprimiert, aber nicht auf Stammzellen, frühen B-Zell-Vorläufern oder kritischen Organen. Diese
Spezifität der Expression zusammen mit seiner Lokalisation auf der Zellmembran, jedoch nicht
im Serum, macht es zum idealen Ziel für monoklonale Antikörpertherapie.
Die
Nebenwirkungen
der monoklonalen
Antikörpertherapie
treten
normalerweise
beim Infundieren
der Erstdosis auf.
HER2 wird zwar auch von der Mehrheit der Epithelialzellen exprimiert, jedoch wird es von
ungefähr 20% aller Brusttumoren und von einigen anderen Tumoren ausgeprägt exprimiert und
hat eine bewiesene Rolle in der Onkogenese von Brustkrebs. Diese Eigenschaften machen es zu
einem idealen Ziel für die monoklonale Antikörpertherapie.
Die Nebenwirkungen der monoklonalen Antikörpertherapie treten normalerweise beim
Infundieren der Erstdosis auf. Am häufigsten haben die Patienten Fieber und Frösteln
(beobachtet bei bis zu 40% der Patienten), selten Schüttelfröste. Mit angemessener
symptomatischer Therapie und Anpassung der Infusionsgeschwindigkeit können diese
Symptome jedoch gut behandelt werden.
Konjugierte Antikörper
Die Bezeichnung konjugierte Antikörper wird benützt, um monoklonale Antikörper zu
beschreiben, die mit Toxinen oder Radionukliden gepaart wurden, um Immunotoxine und Radio-
Immunokonjugate herzustellen (Abbildung 6.4). Beide Methoden haben zum Ziel, ein Molekül
freizusetzen, das einen zytotoxischen Effekt spezifisch auf Tumorzellen hat.
Die Toxine, die in Immunotoxinen von Nutzen sind, müssen Zytotoxine (den Zelltod
herbeiführende Stoffe) sein, die erkennen, wo sie die Zelle angreifen können, und die erst aktiv
werden, wenn sie in die Zelle aufgenommen worden sind. Diese Eigenschaften sind wichtig,
damit das Toxin nur den Tod derjenigen Zellen verursacht, die das Ziel-Antigen exprimieren,
und nicht andere Zellen, die das Toxin nicht aufnehmen (Abbildung 6.5).
Die gebräuchlichsten Toxine dieser Art sind bakteriellen oder pflanzlichen Ursprungs, wie z.B.
Rizin oder die Rizin-A-Untergruppe (pflanzlich), das Pseudomonas-Exotoxin und das Diphtherie-
Toxin (bakteriell). Das Zusammenfügen dieser Toxine mit Antikörpern kann entweder chemisch
6.11

6
Tumor-
Antigen
Immunisierung mit
Tumor-Antigen
Milz
Unsterbliche
B-Zelle
Entfernung von Milz-Zellen
und Verschmelzung mit
unsterblichen B-Zellen,
um Hybridome herzustellen
Bildung von Kolonien aus
einzelnen Hybridom-Zellen
Auswählen von Klonen,
die Antikörper
gegen produzieren
Monoklonaler Antikörper
P
P
Zusammenfügen mit
Radionuklid oder Toxin
Abbildung 6.4. Produktion von konjugierten Antikörpern.
Die
Internalisierung
und die
zytotoxische
Aktivität sind
obligatorische
Funktionen für
Toxine, die in der
Immunotherapie
gebraucht
werden können.
durchgeführt werden, oder durch Ersetzen der Bindungs-Sequenzen des Toxins mit dem Antigenerkennenden
Teil eines monoklonalen Antikörpers. Die zweite Technik wird vorgezogen, weil so
ein homogenes Immunotoxin-Produkt entsteht, das weniger immunogen und aktiver ist.
Die Immunotoxine, die auf diesem Weg produziert werden, binden sich an geeigneten Stellen
an die Tumorzellen, werden in diese aufgenommen und erst dann beginnt die zytotoxische
Aktivität durch Einwirken auf den Zellmetabolismus. Die Internalisierung und die zytotoxische
Aktivität sind obligatorische Funktionen für Toxine, die in der Immunotherapie gebraucht
werden können.
Mit Tumoren in Verbindung stehende Antigene, die für die Therapie mit Immunotoxinen
geeignet scheinen, sind folgende:
● CD5 in der Graft-Versus-Host Erkrankung und bei chronisch lymphatischer Leukämie
● IL-2 Rezeptor bei hämatologischen Erkrankungen
● CD22 bei B-Zell-Lymphomen und Leukämien
6.12

6
AK
Toxin
Rezeptor
Immunotoxin bindet an
Rezeptor an der
Zelloberfläche
Toxin
Aufnahme in die Zelle
Toxin
Antikörper wird vom
Toxin getrennt
Toxin
Hemmung der
Protein-Synthese
Das Toxin wird in die Zelle
transportiert und hemmt
die Protein-Synthese
Zelltod
Das Fehlen der
Protein-Synthese
bewirkt den Zelltod
Abbildung 6.5. Der Ablauf der Zelltötung durch ein Immunotoxin.
● Lewis Y Antigen bei Kolorektal-Karzinomen, Brustkrebs und anderen Karzinomen
● HER2 bei Brustkrebs
● CD56 bei nicht kleinzelligem Bronchuskarzinom.
In frühen klinischen Studien mit Immunotoxinen wurden Ansprechraten (z.B. Tumorschrumpfung
und Verschwinden des Tumors) von bis zu 40% beobachtet, obwohl Raten von 15–25%
üblicher sind. Präklinische Studien hatten jedoch auf bessere Ergebnisse hoffen lassen. Diese
Diskrepanz ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass grosse Tumormassen nicht penetriert
werden können, weil Immunotoxine grosse, wenig bewegliche Moleküle sind und keine
Tumorspezifität vorhanden ist. Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Inzidenz der mit dem
Immunotoxin verbundenen Toxizität relativ hoch ist, und dass bei etwa 60–70% aller Patienten
schwere Nebenwirkungen auftreten. Das „vascular leak syndrome“ (Austritt von Flüssigkeit aus
den Gefässen), welches zu generalisierten Ödemen und einer Reihe von Nebenwirkungen wie
Hypotension und Pleura-Erguss führt, ist das Hauptproblem. Bis heute hat die Toxizität ein
Fortschreiten der klinischen Anwendung dieser Behandlungsweise verhindert. So verursachte
zum Beispiel das Erb-38-Immunotoxin, welches einen anti-HER2 monoklonalen Antikörper und
Pseudomonas-Exotoxin enthält, bei der Anwendung bei Brusttumoren mit einer HER2-
Überexpression schwere Lebertoxizität.
Konjugierte Radio-Antikörper stellen einen attraktiven Therapieansatz dar, weil Strahlung
bekannt dafür ist, dass sie Zellen wirksam töten kann. Eine der grossen Herausforderungen bei
der Radiotherapie ist die Verhinderung der Schädigung des gesunden Gewebes und die
ausschliessliche Bestrahlung des Tumorgewebes. Der Gebrauch von konjugierten Radio-
Antikörpern wurde entwickelt, um die Strahlung gezielt auf den Tumor auszurichten.
. . . die Inzidenz
der mit dem
Immunotoxin
verbundenen
Toxizität ist relativ
hoch und bei
etwa 60–70%
aller Patienten
treten schwere
Nebenwirkungen
auf.
Zwei Arten von Radio-Isotopen sind erhältlich für die Produktion von Radio-Antikörpern: Beta-
Strahler wie Iod-131 und Yttrium-90; und Alpha-Strahler wie Astatin-211 und Actinium-225. Beta-
6.13

6
Strahler produzieren niedrige Strahlen-Dosen über relativ lange Distanzen, was bedeutet, dass sie
potentiell Auswirkungen auf benachbartes gesundes Gewebe haben. Deshalb ist ihre Anwendung
auf Situationen beschränkt, bei denen eine Knochenmarktransplantation möglich ist, oder wenn
eine grosse Tumormasse vorhanden ist. Im Gegensatz dazu produzieren Alpha-Strahler hohe
Strahlen-Dosen über eine kurze Distanz. So ist ihre Toxizität selektiver als bei Beta-Strahlern.
Die klinische
Anwendung von
Radio-Immunokonjugaten
hat
sich auf die
hämatologischen
Erkrankungen
ausgerichtet.
Die
Anbindungsorte
der bispezifischen
Antigene sind
spezifisch für ein
Tumorzugehöriges
Antigen und ein
Eigen-Antigen an
einer
Immunsystem-
Effektorzelle . . .
Krebsimpfungen
sind eine Form
von biologischer
Therapie, bei der
das Immunsystem
angeregt wird,
Krebszellen zu
erkennen und zu
zerstören.
Die klinische Anwendung von Radio-Immunokonjugaten hat sich auf die hämatologischen
Erkrankungen ausgerichtet. Anti-CD20 monoklonale Antikörper konjugiert mit Beta-Strahlern
wurden gut erforscht in der Behandlung von B-Zell-Lymphomen. Sowohl die Hochdosis-
Behandlungen, welche eine autologe Knochenmarktransplantation erfordern, als auch die
Niedrigdosis-Behandlungen haben sich als wirksam erwiesen, mit komplettem Tumor-
Ansprechen bei etwa 50% der Patienten. Die Versuche mit Iod-131und Yttrium-90 auf anti-
CD20 Radio-Immunokonjugaten stehen kurz vor der Auswertung. Studien für die Anwendung
von Radio-Immunokonjugaten zur Behandlung solider Tumoren waren wegen starker Toxizität
und limitierter Wirksamkeit weniger erfolgreich.
Bispezifische Antikörper
Normalerweise haben Antikörper zwei Anbindungsorte für dasselbe Antigen. Bispezifische
Antikörper sind mit Hilfe der Gentechnologie entwickelt worden und haben zwei
Anbindungsorte für zwei verschiedene Antigene. Die Anbindungsorte der bispezifischen
Antigene sind spezifisch für ein Tumor-zugehöriges Antigen und ein Eigen-Antigen an einer
Immunsystem-Effektorzelle, wie T-Zellen, natürliche Killerzellen, Monozyten oder Makrophagen.
Diese Technik ermöglicht direkten Kontakt von Immun-Effektorzellen mit bösartigen Zellen. Dazu
kommt, dass der Angriffspunkt der Effektorzelle für den Antikörper üblicherweise ein Rezeptor
ist, dessen Aktivierung eine Lyse und/oder Phagozytose durch die Effektorzelle triggert und so
zum Tumorzelltod führt. Die Effektorzellen scheiden Zytokine aus, die benachbarte Tumorzellen
angreifen und mehr Effektorzellen an den Tumor heranziehen.
Ein gutes Beispiel eines bispezifischen Antikörpers, der klinisch erprobt wurde, ist MDX-210,
welcher sich an HER2 und an einen T-Zell-Rezeptor anbindet. Dieser Antikörper hat in Phase I und
II Studien bei Frauen mit fortgeschrittenem HER2-positivem Brust- oder Ovarial-Karzinom
ermutigende Resultate hervorgebracht. Dabei wurde jedoch ein Maus-Antikörper benützt und es
konnte eine schnelle Immunantwort beobachtet werden. Diese Immunantwort neutralisierte die
Aktivität des bispezifischen Antikörpers. Die menschliche Form von MDX-210, welche MDX-H210
genannt wird, wurde bei fortgeschrittenem Mammakarzinom, Nierenzell-Karzinom, Prostata- und
Kolorektal-Krebs getestet. Vorläufige Resultate dieser Studien zeigen, dass gelegentliches Tumor-
Ansprechen erreicht werden kann, obwohl der grösste Therapieerfolg, der bis heute verzeichnet
werden konnte, bei etwa 45% der Patienten eine Krankheitsstabilisierung ergab.
Krebsimpfungen
Krebsimpfungen sind eine Form von biologischer Therapie, bei der das Immunsystem angeregt
wird, Krebszellen zu erkennen und zu zerstören. Im Gegensatz zu Impfungen gegen
Infektionskrankheiten, welche als Präventivmassnahme verabreicht werden, um das
Immunsystem gegen ein spezifisches Virus oder Bakterium zu wappnen, werden
Krebsimpfungen erst nach der Diagnosestellung verabreicht.
Die Hauptziele für Krebsimpfungen sind:
● Tumor-spezifische Antigene, wie mutierte Formen normaler Zell-Proteine oder ungewöhnlich
exprimierte Proteine
6.14

6
● Differenzierungs-Antigene, welche benützt werden, um die Immunabwehr gegen den Tumor
durch die Stimulation von T-Zell-Antworten zu fördern
● Virale Antigene. Diese Technik macht vom Umstand Gebrauch, dass 15–20% aller Tumoren
viral induziert sind und dass diese Tumoren mindestens einige virale Proteine an ihrer
Zelloberfläche exprimieren. Beispiele davon sind das EBNA-1 Protein des Epstein-Barr-Virus
und Kern- und Oberflächen-Antigene des Hepatitis-B-Virus
● Onkogene wie p53
● Kohlenhydrat-Antigene wie Ganglioside und Mucine werden in grossen Mengen durch
Tumorzellen exprimiert und erzielen eine starke Immunantwort. Ihre Rolle in intrazellulären
Interaktionen macht sie zu nützlichen Zielantigenen.
Die verschiedenen Formen von Krebsimpfungen, die erforscht wurden, sind unten beschrieben.
Tumorzell-Lysate und ganze Zellen
Tumorzell-Lysate (Extrakte) und ganze Zellen, zum Beispiel von Brustkrebs, Leukämie und
Melanom werden entweder von Tumorzellen des behandelten Patienten oder von andern
Patienten mit gleichen Tumoren, entwickelt. Tumorzell-Lysate und ganze Zellen führen zu Zytokinund
T-Zell-Antworten, welche die Tumor-Abtötung fördern sollen (Abbildung 6.6). Diese
Behandlungsmöglichkeit ist sehr attraktiv, aber um diese Impfstoffe herzustellen ist ein sehr
komplexes Verfahren erforderlich. Die Tumorzellen werden in einem frühen Tumorstadium
gewonnen und sehr präzise geklont, um eine beständige Quelle von Tumorzellen zu haben.
Zusätzlich muss auch die Tumor-Charakterisierung sehr präzise gemacht sein, so dass die
Tumor-assoziierten Antigene, die eine Immunantwort stimulieren, qualitativ hoch stehend sind.
Ganzzell- und Tumor-Lysat-Impfungen wurden in klinischen Studien schon sehr genau untersucht.
Obschon frühe Versuche bei Patienten mit fortgeschrittenen soliden Tumoren inklusive
Melanomen und Sarkomen Immunantworten mit kleiner Toxizität zeigten, ergaben diese
Antigene
Tumor-
Zelle
Tumor-assoziierte Antigene (Lysate oder
ganze Zellen)
Erfassen durch Antigen-präsentierende
Zelle, Verarbeitung und Präsentation
in erkennbarer Form
Ganzzell- und
Tumor-Lysat-
Impfungen
wurden in
klinischen Studien
schon sehr genau
untersucht.
B
T H
T H
T H
T
Stimulation von Immunzell-Klonen,
inklusive Antikörper-ausscheidende
B-Zellen, T-Zellen und Zytokinproduzierende
T-Helfer-Zellen (T H
Zellen)
Zytokine
IgG
IgM
T
T
Zytokine von T H
Zellen stimulieren
weitere Antworten durch B- und
T-Zellen
Antitumor-Aktivität
Abbildung 6.6. Ablauf der Induktion von Antitumor-Antworten durch Ganzzellen- und Tumor-Lysat-
Impfungen. Reproduziert mit der Erlaubnis von Principles and Practice of the Biological Therapy of
Cancer. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins, 2000.
6.15

6
Impfungen doch nur einen kleinen klinischen Nutzen. So wurden spätere Versuche bei Patienten
mit kleinen Resterkrankungen und bei krankheitsfreien Patienten postoperativ durchgeführt.
Diese Versuche zeigten einigen Nutzen sowohl bei Ganzzell-Impfungen als auch bei Tumor-
Lysat-Versuchen, und zwar bei Leukämie, Melanom, Nierenkarzinom und anderen Tumorarten.
Modifizierte Tumorzellen
Genetische Modifikation von Tumorzellen vor der Impfung ist eine oft angewandte Therapieart.
Die Einsetzung eines viralen Genoms in Tumorzellen kann folgende Wirkungen haben: es
steigert die Stimulation von T-Zellen, erhöht die Anziehung von Antigen-präsentierenden Zellen
durch Stimulation der Produktion von Zytokinen und andern Molekülen oder erhöht die
Präsentation von Antigenen an T-Zellen (Abbildung 6.7). Die ersten Studien benützten dafür
Influenza-Virus infizierte Tumorzell-Lysate und zeigten, dass eine Immun-Antwort auf den Tumor
erzeugt werden konnte. So wurden Krebszellen mit darin enthaltenen Zytokin-Genen, wie z.B.
Interleukinen, Interferonen oder Tumor-Nekrose-Faktor-α konstruiert. Ein Ansprechen wurde
beobachtet bei Melanompatienten, welche mit IL-2-transduzierten Tumorzellen behandelt
wurden.
Tumor-spezifische Proteine
Die Anwendung von Tumor-spezifischen Proteinen, um eine Immunantwort hervorzurufen, ist
eine attraktive und direkte Art von Impfung. Die Verfeinerung dieser Methode durch Isolierung
von Peptid-Fragmenten, die für die Immunogenität eines Proteins wichtig sind, ist speziell
attraktiv. So können Probleme mit der Verträglichkeit überwunden werden, welche bei der
Anwendung von grossen Proteinen auftreten würden, und es wird erst noch die Spezifität der
Immunantwort gesteigert. Erste Versuche, bei welchen Peptide von Melanom-assoziierten
Proteinen eingesetzt wurden, zum Beispiel MAGE-1 und MART-1, waren erfolglos, weil nur
wenige oder gar keine Patienten ausreichend immunisiert wurden. So wurden Methoden
erforscht, um durch selektive Peptid-Mutation die Immunogenität der Peptide und die Rezeptor-
Bindungs-Affinität zu steigern. Nun ist die Immunisierung dank dieser modifizierten Peptide
erfolgreicher und bewirkt ein Ansprechen bei Melanom-Patienten.
A) B)
Tumorzellen, die
konstruiert wurden, um
Zytokine zu produzieren,
welche an der APC-
Stimulation beteiligt sind
APC
IL-3
IL-4
GM-CSF
CTL
Antigen-präsentierende
Rezeptoren, die von
Immunzellen erkannt werden
. . . die Isolierung
von Peptid-
Fragmenten, die
für die
Immunogenität
eines Proteins
wichtig sind, ist
speziell attraktiv.
So können
Probleme mit der
Verträglichkeit
überwunden
werden, welche
bei der
Anwendung von
grossen Proteinen
auftreten
würden . . .
Tumor-
Zellen
T H
Tumor-
Antigen
CTL
Immunzellen werden direkt
von Tumorzellen, welche Antigene
präsentieren, stimuliert
T H
Antigen wird durch APC an
T H
Zellen und CTLs präsentiert
Abbildung 6.7. Mögliche Mechanismen der Tumor-spezifischen Aktivierung von T-Zellen durch
genetisch modifizierte Tumorzellen: A) Erhöhte Zytokin-Produktion und B) gesteigerte Antigen-
Präsentation. APC bedeutet Antigen-präsentierende Zelle; CTL Zytotoxische T-Lymphozyten; T H
T-Helfer-Zelle. Reproduziert mit Erlaubnis von von Principles and Practice of the Biological Therapy of
Cancer. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins, 2000.
6.16

6
Die Hauptüberlegung bei allen obigen Behandlungsmethoden ist, dass die Impfung dem
Immunsystem in einer Weise präsentiert wird, die eine spezifische Antwort stimuliert, welche
dann direkt auf den Tumor gerichtet werden kann. T-Zell-Immunität ist die therapeutisch
wirksamste Methode, sie verlangt Antigen-präsentierende Zellen, genannt dendritische Zellen.
Dendritische Zellen präsentieren den T-Lymphozyten Antigene auf eine Art, dass sie erkannt
werden können, und wenn die T-Lymphozyten einmal aktiviert sind, können sie T-Zellen
aktivieren. Dendritische Zellen sind interessant für Krebs-Impfungs-Strategien, und ihre
Anwendung für Zell-basierte Therapien ist viel versprechend.
Eine andere Überlegung bei der Entwicklung von Impfungen ist die, wie eine erzeugte
Immunantwort möglichst optimal ausgenützt werden kann. Dies wird normalerweise erreicht,
indem Immun-Adjuvantien benutzt werden, vor allem Zytokine, um die Immunantwort zu fördern
und zu verlängern. Aber auch Viren, bakterielle Proteine und andere Wirkstoffe wurden dazu
eingesetzt.
Krebs-Impfungen werden für die Behandlung von vielen verschiedenen Krebsarten untersucht, so
für Melanome, Lymphome und Krebs von Nieren, Brust, Ovarien, Prostata, Kolon und Rektum.
Je nach angestrebtem Therapieziel wird oft auch eine Kombination verschiedener Strategien mit
Krebs-Impfungen, Gentherapie und Zell-basierten Therapien zusammen angewandt (siehe
unten).
Gentherapie
Die Gentherapie beinhaltet den Transfer von genetischem Material in einen Tumor mit dem Ziel,
den Tumor zu behandeln. Dies ist attraktiv, weil die meisten Tumoren Gen-Mutationen enthalten,
welche mindestens zum Teil für ihre onkogene Natur verantwortlich sind, und deshalb
möglicherweise durch Gen-Transfer-Techniken korrigierbar sind.
Genetisches Material kann in Tumorzellen transferiert werden, indem Plasmide und genetisch
veränderte Viren benützt werden. Plasmide bestehen aus nackter DNA, welche so konstruiert
werden kann, dass sie die zu transferierende DNA enthält. Plasmide können in Zellen
eindringen, wo ihre DNA dann in die DNA des Zellkerns integriert wird. Leider ist plasmide
DNA einem Abbau unterworfen, was die Effizienz des Verfahrens limitiert.
Andere Peptide, welche auf ihre Wirkung als Impfung untersucht wurden, wurden von HER2,
dem ras Onkogen und dem Prostata-spezifischen Antigen (PSA) abgeleitet. Die Behandlungen,
die auf diesen Peptiden basierten, erwiesen sich aber als ineffektiv. Verschiedene andere
Peptide wurden schon als mögliche Impfstoffe vorgeschlagen, aber noch nicht klinisch getestet.
DNA
DNA-Impfungen sind Plasmide, nackte DNA-Moleküle, die rekombinante DNA enthalten,
welche für Immunogene wie das carcino-embryonale Antigen (CEA) kodieren. Die DNA-
Impfung hat Vorteile gegenüber der Peptid-Impfung bezüglich Stabilität, Immunogenität, Ort der
Immunogen-Expression und Bandbreite der erreichten Immun-Antworten. Klinische Versuche mit
DNA-Impfungen bei Melanomen, Lymphomen und Kolon-Karzinomen sind in einem frühen
Stadium.
Das grösste theoretische Risiko mit dieser Art von Impfstrategie ist, dass die rekombinante DNA
in die Wirts-DNA eingefügt wird und dort Mutationen verursacht. Dieser Nachteil wird
berücksichtigt mit dem Versuch, die nackte RNA zum Impfung zu verwenden, weil diese nicht
ins Wirts-Genom aufgenommen wird. Allerdings wurden solche Impfungen bis jetzt erst in-vitro
getestet.
Dendritische
Zellen sind
interessant für
Krebs-Impfungs-
Strategien, und
ihre Anwendung
für Zell-basierte
Therapien ist viel
versprechend.
Genetisches
Material kann in
Tumorzellen
transferiert
werden, indem
Plasmide und
genetisch
veränderte Viren
benützt werden.
6.17

6
Viren wurden für den Gen-Transfer angewandt, weil sie stabiler sind als nackte DNA oder RNA
(Abbildung 6.8). Allerdings muss beachtet werden, dass der Virus nicht selber eine Krankheit
verursacht (einige der Viren, die für Gen-Transfer-Techniken angewandt werden, haben das
Potential, bei Menschen pathogen zu wirken). Dieser Nachteil hat den Gebrauch des viralen
Gen-Transfers limitiert, obwohl die Forschung auf diesem Gebiet weiter geht.
Gen-Transfer-Techniken in der Behandlung von Krebs beinhalten:
● Gen-Transfer in Tumorzellen, um die Tumor-Immunogenität zu fördern und die onkogenen
Eigenschaften zu reduzieren
● Gen-Transfer von Tumor-Antigen-kodierender DNA in normale Zellen, um eine Immunantwort
auf das Antigen zu fördern
● Gen-Transfer mit dem Ziel, Immunzellen so zu modifizieren, dass sie Antitumor-
Immunantworten zeigen
● Einführen von Selbstmord-Genen, welche nicht toxische Moleküle in toxische Komponenten
umwandeln, und so den Zelltod verursachen
● Ersetzen von defekten Tumor-Suppressor-Genen, um so deren Funktion wieder herzustellen
● Gebrauch von „antisense“ Oligonukleotiden, d.h. von Oligonukleotiden, welche
komplementär sind zu bekannten mRNAs, um die Expression von spezifischen
wachstumsfördernden Genen zu eliminieren
● Hemmung von Onkogenen.
Die meisten bis heute durchgeführten klinischen Gentherapie-Studien waren Phase I
Sicherheitsstudien, das heisst erste Versuche, welche nur eine kleine Anzahl Patienten mit
fortgeschrittener Erkrankung einschloss, um zu erforschen, ob die Verträglichkeit eines Mittels so
gut ist, dass grössere Versuche an Patienten gerechtfertigt werden konnten. Diese haben
gezeigt, dass die Wirksamkeit des Gen-Transfers leider nur klein und ungenügend und die
Dauer der Gen-Expression oft kurz ist. (Zur Diskussion, wie diese Probleme sich vielleicht
überwinden lassen, lesen sie bitte in Kapitel 7). Diese Herausforderungen müssen zuerst
überwunden werden, ehe diese Technik für die Krebs-Therapie nützlich werden kann.
A) Integrierende Vektoren
B)
Nicht integrierende Vektoren
Retrovirus
Vaccinia-Virus
Adenovirus
Plasmide DNA
Abbildung 6.8. Mechanismen des Gen-Transfers mit viralen Vektoren.
6.18

6
Zell-basierte Therapie
Wie schon in Kapitel 4 gezeigt wurde, beinhaltet das Immunsystem einen humoralen Arm
(Antikörper und Komplement) und einen zellulären Arm. Die zelluläre Immunität ist wirkungsvoll
im Zerstören von Tumorzellen und im Aufrechterhalten der Antitumor-Immunität. So ist der
Transfer von zellulären Komponenten des Immunsystems in dasjenige von Krebspatienten eine
potentielle Methode, um die zelluläre Antitumor-Immunfunktion zu fördern. Diese Methode wird
adoptiver Zelltransfer genannt.
Adoptive Zelltransfer-Techniken beinhalten allgemein gesagt das Sammeln von Immunzellen des
Patienten und die Züchtung derselben ausserhalb des Körpers (Abbildung 6.9). So werden
allfällige Verminderungen der Zellzahl überwunden, welche sich durch die Tumor-Suppression
und Immunregulation ergeben könnten. Weiter können passende Immunzellen ausgewählt und
ihre Eigenschaften mit Mitteln verbessert werden, deren Anwendung am Patienten selber zu
toxisch wären. Diese Selektion ergibt dann Zellpopulationen, welche Antigene an der
Tumorzell-Oberfläche erkennen, und so wird eine auf den Tumor zugeschnittene Therapie
ermöglicht. Die weitere Anwendung des Prozesses stellt dann eine grosse Zellpopulation zur
Verfügung.
Oft ist der adoptive Zelltransfer auch eine passive Behandlung, welche die Tumorlyse und nicht
die Stimulation des Immunsystems zum Ziel hat. Aber er kann auch als aktive Immunisierungs-
Strategie eingesetzt werden, bei welcher die verabreichten Immunzellen sich vermehren und
das Wirts-Immunsystem zur Abtötung von Tumorzellen stimuliert wird. Einige der Methoden für
Zell-basierte Therapien werden in Tabelle 6.3 beschrieben.
. . . der Transfer
von zellulären
Komponenten des
Immunsystems in
dasjenige von
Krebspatienten ist
eine potentielle
Methode, um die
zelluläre
Antitumor-
Immunfunktion zu
fördern.
Tumor-Resektion
Zell-Separation
und -Kultur
Tumorzellen
Tumor-infiltrierende Lymphozyten
Genetische Manipulation
Genetische Manipulation /
Aktivierung
Genetisch manipulierte
immunogene Tumorzellen
Genetisch manipulierte
zytotoxische Tumor-infiltrierende
Lymphozyten
Abbildung 6.9. Schematische Illustration der Schritte, die zum adoptiven Zelltransfer nötig sind.
6.19

6
Tabelle 6.3. Zell-basierte Therapie-Methoden für die Krebstherapie.
Behandelte
Zell-Typen Aktivitäten/Charakteristika Krebsarten
Tumor-infiltrierende Infiltrieren Tumoren und verursachen eine Lyse Melanom, Nierenzell-
Lymphozyten Zellpopulationen, welche ein einzelnes Tumor-Antigen Karzinom
erkennen, können gut gezüchtet werden
Lymphokin-aktivierte Lysieren Tumorzellen, aber nicht normale Zellen Melanom, Nierenzell-
Killerzellen Können in-vitro vermehrt und aktiviert werden, Karzinom
zusammen mit Zytokinen
Autologe Memory Es wird angenommen, dass sie Tumor-Antigenen ausgesetzt Nierenzell-Karzinom
T-Zellen
waren und dass sie potentiell Antitumor-Aktivität haben
Werden mittels monoklonalen Antikörpern gegen CD3
Rezeptoren und Zytokine aktiviert
Dendritische Zellen Primäre Antigen-präsentierende Zellen für die von Nierenzell-Karzinom,
T-Zellen vermittelte Immunantwort
Brustkrebs
Können in-vitro gewonnen werden durch Reifung von
Monozyten-Vorläufern unter dem Einfluss von
Kolonie-stimulierenden Faktoren
Stammzellen Haben einen starken Antitumoreffekt durch die Graft-versus- Brustkrebs, Nierenzell-
Tumor Reaktion
Karzinom
Immunsuppression vor der Zell-Gabe ist nötig
Virus-spezifische Lymphoblastoide Zellen, welche Epstein-Barr-Virus-Proteine Lymphoproliferative
zytotoxische exprimieren Erkrankung, Lymphom,
T-Lymphozyten Hohe Immunogenität Morbus Hodgkin
Diese Zell-basierten therapeutischen Methoden werden eingeschränkt durch die Tatsache, dass
die Zellen vom Empfänger selber entnommen werden müssen. Der Gebrauch von Zellen
anderer Spender kann gleiche Reaktionen hervorrufen wie eine Organ-Transplantation und
bedingt deshalb Immunsuppression.
Klinische Studien dieser verschiedenen Zell-basierten Methoden haben gezeigt, dass Antitumor-
Aktivität erzeugt werden kann. Aber im Moment ist noch nicht klar, ob die Vorteile (gutes
Ansprechen mit reduzierter Toxizität) grösser sind als bei anderen Therapieformen.
Vergleich zwischen biologischen Therapien, welche spezifisch
auf Antigene einwirken und solchen, die unspezifisch wirken
Die biologische Therapie wird seit vielen Jahren als wichtiger Behandlungs-Fortschritt gefördert.
Interferon wurde 1957 entdeckt und als antivirale Substanz eingesetzt. Kolonie-stimulierende
Faktoren wie G-CSF und Erythropoetin werden schon lange als Supportivtherapie bei Krebs
benützt. Aber diese Wirkstoffe haben unterstützende Eigenschaften auf das Immunsystem und
richten sich nicht direkt gegen Tumoren.
6.20

6
Die Produktion von direkt auf Tumorzellen zielenden Wirkstoffen revolutionierte das Gebiet der
biologischen Therapien. Dies war möglich durch Fortschritte im Verständnis der
Molekularbiologie, Tumorbiologie und Tumorcharakterisierung.
Zusammenfassend lässt sich darüber sagen:
● Tumorwachstum beginnt mit einer Mutation (Strukturveränderung in der DNA)
● diese genetische Veränderung könnte das Resultat eines inkorrekten Ersatzes einer Base
durch eine andere, einer Auslassung oder Einfügung einer oder mehreren Basen, oder einer
Translokation, Replikation oder Auslassung eines ganzen Gens sein
● das veränderte Gen gibt dann fehlerhafte Instruktionen weiter, was zur Synthese eines
veränderten Proteins oder zur Produktion von zu viel oder zu wenig Protein führt, was
wiederum die Art, wie die Zelle arbeitet, verändert
Die Produktion
von direkt auf
Tumorzellen
zielenden
Wirkstoffen
revolutionierte
das Gebiet der
biologischen
Therapien.
● die veränderte Gen-Kodierung wird durch den Zellzyklus an andere Zellen weitergegeben
und so wächst die Population unnormaler Zellen.
Wie in Kapitel 3 gezeigt wurde, ist Krebs das Resultat einer Serie von Genmutationen, die von
Tumor zu Tumor unterschiedlich sind. Die Genmutationen beeinflussen die Produktion
regulierender Wachstumsproteine. Das Ungleichgewicht in der mengenmässigen Ausprägung
dieser Proteine stimuliert die Zellen, sich unkontrolliert zu vermehren, was zu Tumoren führt.
Die Nutzung spezifischer Tumor-Anomalien für gezielte Therapien
● Viele der Mutationen bei Onkogenen und Tumor-Suppressor-Genen sind spezifisch für
gewisse Tumorarten. Zum Beispiel sind bei Brustkrebs die MUC-1-Gene häufig mutiert.
● Weil diese Mutationen nur bei Tumorzellen vorkommen, sind sie ein gutes Angriffsziel für
tumorspezifische Therapie.
● Idealerweise sind mit dem Tumor in Verbindung stehende Anomalien, die zum Entwickeln
von tumorspezifischen Therapien geeignet sind:
– leicht messbar, um eine Patientenauswahl für die Behandlung möglich zu machen
– extrazellulär lokalisiert, so dass sie durch die Therapie erreicht werden können.
● Die gezielte Behandlung spezifischer Tumor-Anomalien ermöglicht die Reduktion von
Nebenwirkungen der Therapie, weil normale Zellen nicht betroffen sind.
● Traditionelle Chemotherapeutika greifen alle sich aktiv teilenden Zellen an und haben
deshalb nichtspezifische Wirkungen auf das ZNS, den Gastrointestinaltrakt und das
blutbildende System.
Die Vorteile der gezielten Therapie
Die Ausrichtung der Therapie auf spezifische zelluläre Anomalien erweist sich als effektiv bei
der Behandlung von Krebs, zum Beispiel bei MabThera ® für CD20-positive Lymphome und bei
Herceptin ® für HER2-positive Mammakarzinome. Diese Art Therapie hat eine Reihe von
Vorteilen, weil sie eine individualisierte Behandlung ermöglicht. Weitere Vorteile sind:
● bessere Verträglichkeit und weniger Nebenwirkungen dank dem spezifischen Einwirken auf
Tumorzellen
● Erhöhung der Immunantwort des Wirtes
● neue Wirkungsmechanismen, die von denjenigen konventioneller Chemotherapien
verschieden sind, was bedeuten kann, dass die Kombinationstherapie die klinischen
Resultate verbessern kann.
Die Ausrichtung
der Therapie auf
spezifische
zelluläre
Anomalien
erweist sich als
effektiv bei der
Behandlung von
Krebs . . .
6.21

6
Verbesserungen in der Charakterisierung von Tumoren können also sehr wahrscheinlich die
Anwendung gezielter biologischer Therapien bei Krebs noch verbessern (siehe Kapitel 7).
Die folgenden Fallstudien illustrieren die Unterschiede zwischen unspezifischen biologischen
Wirkstoffen und den neuen, auf bestimmte Tumoreigenschaften ausgerichteten Mitteln, welche
eindrückliche Verbesserungen in der Krebsbehandlung darstellen.
Fallstudie 1: Filgrastim, ein unspezifischer biologischer Wirkstoff
in der Supportivtherapie
Filgrastim ist eine rekombinante Form von menschlichem G-CSF, einem Zytokin, das
natürlicherweise von Körper produziert wird. G-CSF hat Funktionen in der Kontrolle der
Hämatopoese (der Produktion reifer Blutzellen).
Beim
Erwachsenen
findet die
Hämatopoese
hauptsächlich im
Knochenmark
statt.
Hämatopoese
Beim Erwachsenen findet die Hämatopoese hauptsächlich im Knochenmark statt. Blutzellen
werden aus primitiven Stammzellen gebildet, die sich im Knochenmark befinden und die
Vorläufer aller reifen Arten von Blutzellen sind: Erythrozyten (rote Blutkörperchen), Neutrophile,
Basophile, Eosinophile, Monozyten/Makrophagen, Osteoklasten, Lymphozyten und
Thrombozyten (Blutplättchen) (siehe Abbildung 6.10). Stammzellen sind einzigartig, indem sie
sich vermehren können, um mehr Stammzellen zu bilden, oder sich differenzieren und die
aufgeführten reifen Blutzellen bilden können.
Stammzellen sind also die wichtigsten Zellen der Hämatopoese, weil sie verantwortlich sind für
die Produktion aller Blutzellen. Die Differenzierung der Stammzellen zu reifen Blutzellen
beinhaltet mehrere Schritte. Zellen in verschiedenen Stadien der Entwicklung sind nur fähig,
eine begrenzte Anzahl dieser Art reifer Blutzellen zu bilden.
Wenn das hämatopoetische System ernsthaft durch Chemotherapie oder Bestrahlung
geschädigt worden ist, sind es die pluripotenten Stammzellen (Zellen, die fähig sich, sich zu
differenzieren und so sämtliche Zelltypen zu bilden, die für das hämatopoetische System nötig
Prä-T-Zellen
T-Lymphozyten
Bas-CFC
Basophile
BFU-E
Erythrozyten
Selbst-
Erneuerung
Pluripotente
Stammzellen
Differenzierung
Multipotenter
CFU-S/CFC-Mix
GM-CFC
G-CFC
M-CFC
Neutrophile
Makrophagen
und
Osteoklasten
Meg-CFC
Thrombozyten
Eos-CFC
Eosinophile
Prä-B-Zellen
B-Lymphozyten
Abbildung 6.10. Stadien der Hämatopoese. Es wird gezeigt, wie die Stammzellen eingeschränkt
werden, sobald sie sich differenzieren, um hämatopoetische Zellen zu bilden.
6.22

6
sind) im Knochenmark, die das System wieder mit neuen Zellen versorgen. Dies wird durch die
Differenzierung dieser Zellen erreicht, indem Progenitor-Zellen generiert werden und der
entsprechende Zelltyp produziert wird. Die Neubildung erfolgt dank schneller Proliferation und
Differenzierung von zirkulierenden Progenitor-Zellen. Deshalb ist das System der
Stammzellerneuerung und -Differenzierung sowie der Differenzierung ihrer Progenität von
grossem Interesse für die weitere Forschung in der Krebsbehandlung.
Hämatopoetische Wachstumsfaktoren
In-vitro-Studien haben anfangs gezeigt, dass Zellen durch unbekannte Faktoren im Nährboden
stimuliert werden können, so dass sie sich differenzieren und reife Blutzellen produzieren. Diese
Faktoren konnten erst isoliert werden, als die rekombinante DNA-Technologie es erlaubte, die
Gene, welche für diese Faktoren kodieren, zu isolieren und in bakteriellen oder Hefe-
Nährböden in grossen Mengen zu produzieren. Gleichzeitig wurde es möglich, die
verschiedenen Zelltypen des hämatopoetischen Systems sauber zu isolieren. Dies ermöglichte
den Beweis, dass die isolierten Faktoren nur auf gewisse Zelltypen Einfluss hatten.
. . . das System
der Stammzellerneuerung
und
-Differenzierung
sowie der
Differenzierung
ihrer Progenität ist
von grossem
Interesse für die
weitere Forschung
in der
Krebsbehandlung.
Es wurde gezeigt, dass G-CSF vorzugsweise die Entwicklung neutrophiler Zellen von ihren
entsprechenden Vorläuferzellen stimuliert. Neutrophile Zellen sind beteiligt an der Antwort auf
Infektionen und Gewebsschädigungen. Kleine Mengen von G-CSF, die an den Ort von
Gewebsschädigungen oder bakteriellen Infektionen gebracht werden, stellen die Anwesenheit
von reifen neutrophilen Zellen an diesen Orten sicher.
Die Wirkung von Filgrastim in-vivo
Filgrastim hat eine Wirkung auf zirkulierende Blutzellen, auf die Hämatopoese im Knochenmark
und auf Vorläuferzellen in Knochenmark und Blut. Diese werden in Tabelle 6.4 gezeigt.
Die Wirkungen, die in Tabelle 6.4 beschrieben sind, haben miteinander gemeinsam, dass sie
die Knochenmarks- und Blut-Vorläufer-Zellen amplifizieren und die reifen neutrophilen Zellen
früh freisetzen, so dass sich die Zahl der zirkulierenden neutrophilen Zellen erhöht.
Klinische Anwendung von Filgrastim
Die normale Funktion von neutrophilen Zellen zur Bekämpfung von Infektionen zusammen mit
dem in-vivo Effekt von Filgrastim auf die Anzahl der neutrophilen Zellen geben Aufschluss über
dessen klinische Anwendung: die Stimulation der Produktion von neutrophilen Zellen, um
Verluste, z.B. wegen Chemotherapie oder Myeloablation oder aus anderen Gründen, zu
ersetzen.
Tabelle 6.4. In-vivo Auswirkungen von G-CSF.
Betroffener Zelltyp
Zirkulierende Blutzellen
Hämatopoese im Knochenmark
Vorläufer-Zellen im Knochenmark
Vorläufer-Zellen im Blut
Wirkung
Vorübergehende Senkung der Anzahl neutrophiler Zellen, gefolgt von einer
anhaltenden Erhöhung
Vermehrung von Vorläufer-Zellen und frühere Freisetzung von reifen Zellen
Erhöhung der absoluten Zahl von Vorläufer-Zellen
Mobilisation peripherer Blut-Vorläufer-Zellen
6.23

6
Neutropenie, also
eine tiefe Anzahl
von neutrophilen
Zellen, kann
lebensbedrohliche
Komplikationen
verursachen . . .
Nach der Chemotherapie
Chemotherapeutika haben einen zytotoxischen Effekt auf alle sich aktuell teilenden Zellen. Wie
in Kapitel 1 gezeigt, ist diese unspezifische Aktivität verantwortlich für die Nebenwirkungen
dieser Mittel, wenn sie zur Krebsbehandlung eingesetzt werden. Eines der gesunden Organe,
die durch Chemotherapie angegriffen werden, ist das Knochenmark. So ist oft die
Knochenmarktoxizität der Dosis-limitierende Faktor für eine Chemotherapie. Die Neutropenie,
also eine tiefe Anzahl von neutrophilen Zellen, kann lebensbedrohliche Komplikationen
verursachen und ist ein häufiger Grund für Anpassungen in der Dosis und im
Chemotherapieplan. Diese Änderungen sind aber oft nicht genug wirksam, um eine völlige
Erholung des Knochenmarks zwischen den Chemotherapie-Zyklen zu erlauben.
Bei der Anwendung von Filgrastim in Dosen von 5–12µg/kg/Tag, zusammen mit der
konventionell dosierten Chemotherapie, wird eine Neutropenie vermindert oder manchmal
verhindert (Abbildung 6.11). Dies hat folgende Vorteile:
● Reduktion von Infektionen
● Reduktion der benötigten Antibiotika
● Verkürzung der Hospitalisationsdauer
● ermöglicht die Anwendung der Chemotherapie nach Behandlungsschema.
Filgrastim wird
auch benützt, um
die
Chemotherapie-
Dosen
aufrechterhalten
zu können oder
um eine Dosis-
Steigerung zu
ermöglichen.
Filgrastim wird auch benützt, um die Chemotherapie-Dosen aufrechterhalten zu können oder um
eine Dosis-Steigerung zu ermöglichen. Dies ist wichtig, weil bekannt ist, dass eine nicht optimal
ANZ (x10 9 /L)
100
10
1
CT CT CT
CT Chemotherapie (Doxorubicin)
75mg/m 2 (mit Filgrastim)
75mg/m 2 (Kontrollgruppe)
0 7 14 21 28 35 42
Zeit (Tage)
Abbildung 6.11. Diese Grafik illustriert das Ansprechen der neutrophilen Zellen auf Filgrastim bei
Patienten, die mit Doxorubicin behandelt werden (ANZ bedeutet absolute Anzahl neutrophiler Zellen).
6.24

6
dosierte Chemotherapie die Wirkung der Krebstherapie stark vermindert. Die Unterstützung mit
Filgrastim ermöglicht eine Steigerung der Chemotherapie-Dosen um das 1,3–2fache, verglichen
mit Patienten, die keine Zytokin-Therapie erhalten, was die Wirkung der Behandlung verbessern
kann.
Nach Knochenmarkstransplantation
Patienten, welche eine Knochenmarktransplantation erhalten, unterziehen sich einem Prozess
namens Myeloablation, bei welchem das Immunsystem vor dem Eingriff bewusst zerstört wird,
um Immunreaktionen auf das Transplantat vorzubeugen. Dieser schwere immunsupprimierte
Zustand kann zum Tod führen. Filgrastim konnte die Dauer der Neutropenie bei diesen
Patienten erfolgreich verkürzen, was ähnliche klinische Vorteile brachte wie bei den Patienten
mit Chemotherapie.
Mobilisation von Blut-Vorläufer-Zellen vor der Behandlung
Das Sammeln von Vorläufer-Zellen aus dem peripheren Blut und deren Re-Infusion nach der
Therapie, genannt periphere Blutstammzell-Transplantation, ist eine etablierte Methode, um die
Erholung nach intensiver Chemotherapie bei Patienten mit nicht myeloischen malignen
Erkrankungen zu beschleunigen. Um Vorläufer-Zellen ins periphere Blut zu bringen, wird
Filgrastim in Dosen von 5–10µg/kg/Tag gespritzt, was erwiesenermassen die Zahl der
gesammelten Zellen erhöht (Abbildung 6.12). Diese Behandlung kann sowohl bei Patienten mit
autologer Stammzellretransplantation als auch bei Spendern, deren Zellen als Stammzellspende
benötigt werden, angewandt werden.
GM-CFC/Kultur
10 5
10 4
10 3
10 2
Bandbreite der Anzahl
von peripheren
Blutzellen aus Kulturen
Um Vorläufer-
Zellen ins
periphere Blut zu
bringen, wird
Filgrastim
gespritzt, was
erwiesenermassen
die Zahl
der gesammelten
Zellen erhöht.
10 1
Durchschnitt von
Knochenmarkkulturen
10 0 0 2 4 6 8 10
Dauer der Kultur (Wochen)
Abbildung 6.12. Mobilisation von Blutvorläuferzellen durch Filgrastim.
6.25

6
Fallstudie – G-CSF
John Woodhouse ist ein 34jähriger männlicher Buchhalter, dem es bis im September 2000
gesundheitlich gut ging. Er ging zu seinem Hausarzt, nachdem er einen Monat lang unter
Nachtschweiss gelitten und 6–7kg abgenommen hatte. Dazu kamen Anämie-Symptome
und eine Harnwegsinfektion, welche mit Penicillin behandelt wurde. Sein Hausarzt
verordnete ein Blutbild, welches ein Hb von 8,6, weisse Blutkörperchen (Lc) von 5,2 und
Plättchen (Tc) von 27 zeigte. Es wurden Blasten gefunden. Seine Blutgerinnung war
normal.
Herr Woodhouse wurde an eine Krebs-Klinik überwiesen, wo eine Knochenmarkpunktion
vorgenommen wurde. Die Morphologie zeigte 95% Blasten und es wurde die Diagnose
einer akuten myeloischen Leukämie (AML) gestellt. Er wurde sofort an eine Abteilung für
Fertilitätsfragen überwiesen, um die Kryo-Konservierung der Samen sicherzustellen, und
bekam Transfusionen mit roten Blutkörperchen und Thrombozyten, um sein Blutbild zu
normalisieren. Er war febril (38,8ºC) und bekam Piperacillin, Tazocin und Gentamycin, die
Standardtherapie bei neutropenem Fieber. Auch wurde mit einer prophylaktischen
antimikrobiellen Therapie begonnen. Er wurde zur weiteren Behandlung ins Royal Free
Hospital in London überwiesen.
Er war fassungslos über seine Diagnose und wollte ausser Details über die geplante
Behandlung möglichst wenige Informationen erhalten. Er ist ein Einzelkind, ledig und
wohnt bei seiner Mutter. Sie ist, ausser einigen Freunden, seine einzige Bezugsperson.
Sein Vater starb an einem Kolon-Karzinom. Er ist Nichtraucher und trinkt wenig Alkohol.
Nach seiner Ankunft im Spital wurde Herrn Woodhouse unter Vollnarkose ein Hickman-
Katheter eingelegt. Die Diagnose wurde nochmals überprüft und die AML bestätigt. Die
zytogenetische Analyse war normal und die Prognose lautete auf ein „Standard-Risiko“.
So wurde er vollumfänglich über die Therapieoptionen informiert und er gab seine
Einwilligung für die AML 12 Studie des UK Medical Research Council für Erwachsene
unter 60 Jahren. Dies ist die Studie, in der die Standard-Therapie für AML in
Grossbritannien geprüft wird. Er entschied sich für die bereits empfohlene Therapie, weil er
es schwierig fand, so viele Informationen in so kurzer Zeit zu verarbeiten. Die Studie
beinhaltet zwei Randomisationen: die erste gibt zwischen zwei Dosen Cytarabin (Ara-C)
eine Kombination genannt DAT, nämlich Daunorubicin, Ara-C und Thioguanin, während
die zweite dies zwischen vier oder fünf Therapiezyklen macht und als letzten Zyklus eine
Stammzell-Retransplantation oder eine Chemotherapie vorsieht.
Herr Woodhouse wurde mittels Randomisation in den höher dosierten Arm eingeteilt und
bekam Daunorubicin 50mg/m 2 /Tag, Ara-C 200mg/m 2 /12stündlich und Thioguanin
100mg/m 2 /12stündlich. Nach der Chemotherapie war er wie erwartet neutropen und
hatte eine Fieber-Episode, welche antibiotisch behandelt wurde. Um Tag 15 erholten sich
seine neutrophilen Zellen auf >0,5x10 9 /L. Eine Knochenmarkpunktion bestätigte eine
Vollremission und er wurde für einige Tage entlassen, bevor er für den zweiten
Chemotherapiezyklus wieder eintreten musste.
Weil er sich in Remission befand, wurde entschieden, periphere Blutstammzellen zu
sammeln und für einen möglichen späteren Gebrauch aufzubewahren, falls er entweder für
eine Stammzell-Retransplatation in der Studie randomisiert würde, oder diese Therapie-
Option zu einem späteren Zeitpunkt selber wählen würde. Zudem könnte irgendwann ein
Stammzell-Aufbau wegen Regenerations-Schwierigkeiten des Knochenmarks nötig werden.
6.26

6
Stammzellen, manchmal auch Vorläufer-Zellen genannt, werden im Knochenmark gebildet
und sind die Vorläufer aller Blutzellen. Die Zellen differenzieren sich und legen sich somit
auf spezifische Zell-Linien fest, und werden demzufolge Erythrozyten, Makrophagen,
Granulozyten oder Lymphozyten. Jede Stammzelle hat die Fähigkeit, sich zu jeder dieser
Arten von Blutzellen zu entwickeln. Diese Zellen sind wichtig für Knochenmark- oder
Stammzell-Transplantation (SCT), weil sie neues Knochenmark und neue Blutzellen
erzeugen. Bei Patienten mit AML ist es oft schwierig, diese Zellen peripher zu gewinnen,
weil die Zellen durch vorangegangene Chemotherapien geschädigt sein können.
G-CSF wird natürlicherweise im Körper produziert und wirkt stimulierend auf das
Wachstum der weissen Blutkörperchen (Lc). Die DNA-Technologie hat die Herstellung
dieses Wachstumsfaktors als ein rekombinantes Präparat ermöglicht. Filgrastim (r-metHuG-
CSF) ist eine klare, farblose Flüssigkeit, erhältlich in Ampullen als Einzeldosen von 300µg
(1mL) oder 480µg (1,6mL) oder als Fertigspritzen, was den Patienten oder Angehörigen
ermöglicht, das Medikament zu Hause zu injizieren. Am wirkungsvollsten ist die subkutane
Verabreichung. Wenn jedoch die subkutane Verabreichung aus irgendeinem Grund
kontraindiziert ist, kann es auch in 50mL Kochsalzlösung als intravenöse Infusion (zentral
oder peripher) über 10–30 Minuten verabreicht werden, oder als Bolus einer laufenden
Kochsalzlösung zugespritzt werden. Mögliche Nebenwirkungen sind Knochenschmerzen,
Gelenkschmerzen, Myalgien, grippeähnliche Symptome und Kopfschmerzen. Dies ist die
Folge der erhöhten Leukozyten-Zahl und der Fähigkeit von G-CSF, die Bildung von
zusätzlichen Zellen im Knochenmark zu stimulieren. Filgrastim ist indiziert bei
Chemotherapie-induzierter Neutropenie, wo es die Dauer der Neutropenie verkürzt und so
das Infektionsrisiko vermindert. Eine weitere Indikation ergibt sich bei Patienten oder
Spendern, bei denen eine Mobilisation von Stammzellen ins periphere Blut erfolgen soll.
Am Tag 7, nach Beendigung der Chemotherapie, wurde Herrn Woodhouse Filgrastim
(300µg) subkutan in die Bauchdecke gespritzt. Er vertrug die Injektionen gut, ohne lokale
Rötung oder Reaktionen. Zu diesem Zeitpunkt betrugen seine weissen Blutzellen 0,7x10 9 /L
(normal 1,7–7,5x10 9 /L). Am Tag 6 der Anwendung verspürte er minimale
Nebenwirkungen mit leichten Gelenksschmerzen, welche mit Parazetamol 1g gelindert
wurden. Zu diesem Zeitpunkt stieg seine Leukozytenzahl an und betrug 8,8x10 9 /L, mit
8,1x10 9 /L neutrophilen Zellen. Am folgenden Tag war die Leukozytenzahl bereits
14,6x10 9 /L.
Der Marker, der normalerweise auf Stammzellen gefunden wird, heisst CD34 und das
periphere Blut kann auf die Anzahl von CD34-positiven Zellen untersucht werden. Wenn
die Anzahl 20µL oder mehr beträgt, wird üblicherweise mit der ersten Leukapherese
begonnen. Eine Leukapherese ist das Herausfiltern von weissen Zellen aus dem Blut. An
Tag 8 betrug der periphere CD34-Wert 70,6µL. Nun wurden beide Lumen des Hickmann-
Katheters des Patienten an die Leukapherese-Maschine angeschlossen. Ein Lumen diente
dazu, Blut aus dem Körper des Patienten abzuleiten und durch die Zentrifuge fliessen zu
lassen, um die weissen Blutkörperchen zu sammeln. Der Rest des Blutes wurde gemischt
und durch das andere Lumen wieder dem Patienten zurückgegeben. Dieser Vorgang
dauerte etwa 4 Stunden und Herr Woodhouse hatte keine Nebenwirkungen ausser einem
leichten Kribbeln an den Lippen und den Fingerspitzen. Dies wurde verursacht durch eine
Hypokalzämie infolge Anwendung von Zitrat-Dextrose-Säure zur Vorbeugung einer
Verklumpung des Blutes in der Maschine und ist eine bekannte Nebenwirkung der
Leukapherese.
6.27

6
Die Stammzellsammlung erwies sich als gut (3,8x10 6 /kg CD34-positive Zellen) und mehr
als genügend für die Retransfusion einer peripheren Stammzellsammlung. Die Zellen
wurden tiefgefroren und so aufbewahrt für den Fall, dass Herr Woodhouse sie benötigen
würde. Er war fit genug, um nach der Sammlung nach Hause zu gehen und nach einer
Woche wieder für seinen dritten Chemotherapie-Zyklus einzutreten. Möglicherweise wird
er seine Stammzellen nie benötigen. Sollte dies aber dennoch der Fall sein, würde sich die
gute Sammlung gelohnt haben. Ein hoher CD34-Wert kann eine schnellere Annahme des
Transplantates ermöglichen.
Zusammenfassung
G-CSF ist ein Zytokin, dessen Funktion in der Kontrolle der Hämatopoese besteht, speziell in der
Reifung von neutrophilen Zellen. Diese sind an der Immunantwort auf Infektionen und
Gewebsverletzungen beteiligt. Auch sind sie eine der zellulären Komponenten des
Immunsystems, welche durch die nicht-spezifische Wirkung der Chemotherapie auf sich häufig
teilende Zellen geschädigt werden können. Deshalb ist die Fähigkeit, die Erholung der
neutrophilen Zellen zu beschleunigen, klinisch wichtig.
. . . das
rekombinante
G-CSF Filgrastim
hat eine
fördernde
Wirkung auf die
Erholung der
neutrophilen
Zellen.
Rekombinantes
Il-2 wird
gebraucht, um
das Immunsystem
zu stärken und
zeigt bei
metastasierendem
Nierenzellkarzinom
und
Melanom eine
Antikrebs-
Wirkung.
Es wurde gezeigt, dass das rekombinante G-CSF Filgrastim eine fördernde Wirkung auf die
Erholung der neutrophilen Zellen hat. Wie die Beispiele über den klinischen Gebrauch von
Filgrastim jedoch zeigen, hat es keine direkte Wirkung gegen Krebs, sondern dient als
Supportiv-Therapie. Filgrastim wirkt korrigierend auf einige Nebenwirkungen, die von der
Antikrebstherapie verursacht werden. Zudem sind seine Wirkungen nicht spezifisch auf eine
Tumor-Anomalie ausgerichtet, sondern es ergänzt mehr die Wirkung des natürlich
vorkommenden G-CSF.
Fallstudie 2: Rekombinantes IL-2, ein biologischer Wirkstoff
gegen Krebs
Rekombinantes Il-2 wird gebraucht, um das Immunsystem zu stärken und zeigt bei
metastasierendem Nierenzellkarzinom und Melanom eine Antikrebs-Wirkung. So ist IL-2 nicht
eine supportive Therapie wie Filgrastim, ist aber, wie die untenstehenden Informationen zeigen
werden, auch keine zielgerichtete biologische Therapie.
Die Wirkung von IL-2
Il-2 ist ein Zytokin, das Funktionen in der Kontrolle der Immunantwort ausübt, und das sehr
wichtig ist für eine spezifische T-Zell-Aktivierung. Es stimuliert die T-Zell-Proliferation
(Abbildung 6.13) und aktiviert natürliche Killerzellen. Es wird normalerweise durch T-Zellen
freigesetzt, nachdem diese in Gegenwart von stimulierenden Faktoren durch Antigene aktiviert
wurden.
Die Stimulation der T-Zell-Proliferation durch IL-2 wird gefolgt von einer klonalen Expansion und
Differenzierung von T-Zellen, um Effektor-Zellen und Erinnerungszellen (Immunzellen, die sich an
das Antigen „erinnern“ und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aktiviert werden können) zu
produzieren. Effektor-Zellen haben spezifische Immunaktivität und stellen so sicher, dass die
Immunantwort auf ein bestimmtes Antigen aufrechterhalten bleibt.
IL-2 als Antitumor-Therapie
Der menschliche Körper baut eine Immunantwort auf Tumorzellen auf. Diese Antwort ist
normalerweise jedoch sehr limitiert, weil den Tumorzellen spezifische Charakteristika fehlen,
6.28

6
IL-2
T H
T H
Aktivierung
Proliferation
T H
T H
T H
T H
T H
T-Helfer-Zelle
Abbildung 6.13. Durch IL-2 stimulierte T-Zell-Proliferation.
die nötig wären, um eine vollständige Immunantwort auszulösen. Ein Mittel, um die
Immunantwort auf Tumorzellen zu verstärken, ist das Zufügen oder Ersetzen von Faktoren, die
nicht als Antwort auf die Anwesenheit von Tumorzellen produziert werden. Ein solcher Faktor ist
das Zytokin IL-2.
Die Fähigkeit, eine grosse Menge von gereinigtem IL-2 herzustellen, wurde erreicht, als das IL-2-
Gen geklont und in das Bakterium Escherichia Coli eingefügt und exprimiert wurde. Die
Anwendung dieser gereinigten rekombinanten Form von IL-2 bei Tieren zeigte, dass es fähig
war, die T-Zell-Proliferation und die Tumorregression zu stimulieren.
Die anerkannte Anwendung von IL-2 ist im Moment limitiert auf maligne Melanome und
Nierenzellkarzinome, also auf Tumorarten, die dafür bekannt sind, dass sie schwach
immunogen und deshalb empfindlich auf gesteigerte Immunreaktivität sind. Die Ansprechraten
auf IL-2-Monotherapie betragen 15–25% bei Melanom-Patienten, je nach Dosierung und
Patienten-Charakteristika. Ansprechraten bis 50% wurden bei Kombinationstherapien von IL-2
mit andern Mitteln, wie Chemotherapie, beobachtet. Bei Patienten mit Nierenzellkarzinom
wurden bei der Monotherapie Ansprechraten von bis zu 23% erreicht. Diese Ansprechrate
entspricht derjenigen einiger Chemotherapeutika, welche zur Behandlung dieser Krankheit
eingesetzt werden. Üblicherweise handelt es sich um Langzeitremissionen (Abbildung 6.14).
Diese Resultate wurden mit einer Hochdosis-Therapie von IL-2 erreicht (600’000–720’000 IE/kg
alle 8 Stunden infundiert, bis zu 10 Zyklen mit Wiederholung alle 7–10 Tage). Niedriger
dosierte Bolus-Anwendungen (72’000 IE/kg) scheinen deutlich weniger effektiv zu sein. Aber
die Hochdosis-Therapie verursacht starke Nebenwirkungen (Tabelle 6.5). Die meisten Patienten
bekommen Fieber und bis zu 35% entwickeln eine Hypotonie. Viele dieser Nebenwirkungen
entstehen wegen der unspezifischen Wirkungen von IL-2 auf das Immunsystem. So induziert IL-2
zum Beispiel entzündungsfördernde Zytokine, von welchen man annimmt, dass sie eine wichtige
Rolle in der Toxizität von IL-2 spielen. Obwohl die Nebenwirkungen oft mit einer entsprechenden
Therapie unter Kontrolle gebracht werden können, wird nach Mitteln und Anwendungsarten
gesucht, die die Sicherheit dieses Wirkstoffes erhöhen. Eine davon ist zum Beispiel die
subkutane Verabreichung (2–30 Millionen IE/m 2 /Tag jede Woche an 5–6 Tagen), welche leider
Die
Ansprechraten
auf IL-2-
Monotherapie
betragen
15–25% bei
Melanom-
Patienten . . .
. . . IL-2 induziert
entzündungsfördernde
Zytokine, von
welchen man
annimmt, dass sie
eine wichtige
Rolle in der
Toxizität von IL-2
spielen.
6.29

6
1.0
0.9
Vollremission (n=21)
0.8
7.0
Remissionsrate
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
Teilremission (n=22)
0
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144
Zeit (Monate)
Abbildung 6.14. Vollremission auf die IL-2-Therapie bei Nierenzellkarzinom-Patienten ist oft von
langer Dauer. Reproduziert mit Erlaubnis von Rosenburg et al. Ann Surg 1998; 228:307–19.
bis jetzt nicht die gleiche Wirksamkeit wie die Hochdosis-Anwendung erzielt hat, dafür aber
besser verträglich ist, oder die kontinuierliche intravenöse Infusion
(7’000–50’000 IE/kg/Stunde), welche offenbar bei niedrigeren Dosen eine reduzierte
Wirksamkeit hat, und bei höheren Dosen zwar die gleich gute Wirkung, aber auch die gleich
starke Toxizität zeigt.
Tabelle 6.5. Nebenwirkungen der IL-2-Therapie.
Vascular leak syndrome (generalisierte Ödeme, Gewichtszunahme, pulmonale Stauung,
Hypotonie, Pleuraerguss, Aszites)
Fieber und Schüttelfröste
Beeinträchtigte kardiale Funktion
Nierentoxizität
Appetitlosigkeit
Übelkeit und Erbrechen
Durchfall
Glossitis und Stomatitis
Lebertoxizität
Verhaltensveränderungen und Schlafstörungen
Knochen- und Gelenkschmerzen
Erythem
Anämie
Infektion
6.30

6
Fallstudie – IL-2
Peter Brown ist ein 46jähriger Mann, bei dem kürzlich ein Nierenzellkarzinom
diagnostiziert wurde. Bei der Diagnosestellung wurden eine 6x10cm grosse Tumormasse
an seiner rechten Niere und Metastasen in beiden Lungen festgestellt. Herr Brown wurde
an einen Onkologen überwiesen, der ihm als beste Behandlung in seinem Stadium IL-2
empfahl.
Nach dem Gespräch mit dem Onkologen hatte Herr Brown ein Gespräch mit der
Onkologie-Pflegefachfrau, welche mit ihm das Behandlungsschema und die zu
erwartenden Nebenwirkungen besprach. Er wurde auch instruiert darüber, was er selber
zu einem guten Gelingen dieses Behandlungszyklus beitragen könnte. Diese Ratschläge
beinhalteten Informationen über die Nahrungs- und Flüssigkeitseinnahme, weil
Appetitlosigkeit zu den häufigen Nebenwirkungen dieser Therapie gehört. Auch wurde
ihm gesagt, wie er mit einer allfälligen Übelkeit umgehen könnte, und er wurde bezüglich
Hautpflege beraten. Eine häufige Nebenwirkung von IL-2 ist trockene, schuppige Haut mit
Juckreiz. Herr Brown erhielt eine pflegende Creme und eine wasserlösliche Pflegeseife.
Diese helfen, die Haut gut befeuchtet zu erhalten und so Wundsein, Hautrissen und
trockenem Schuppen vorzubeugen. Bei Juckreiz könnte eine feuchtigkeitsreiche Creme mit
Menthol und ein Antihistaminikum verordnet werden.
Bevor die Infusion von IL-2 begonnen wurde, wurden die Vitalzeichen wie Temperatur, Puls,
Atemfrequenz, Blutdruck und zentraler Venendruck (ZVD) gemessen. Dies wurde alle vier
Stunden wiederholt. Zusätzlich wurden auch die Flüssigkeitseinnahme und die
Ausscheidung gemessen und bilanziert. Der Patient wurde über die Wichtigkeit einer
sorgfältigen Überwachung, um Nebenwirkungen früh feststellen und behandeln zu können,
informiert.
Bei Beginn der IL-2-Infusion bekam er ein orales nicht-steroidales entzündungshemmendes
Medikament. Dies wird als Prophylaxe gegen Fieber eingesetzt und dem Patienten
während der Behandlung weiterhin verabreicht. Ungefähr 2 Stunden nach Beginn der
Infusion begann er zu frieren und zu zittern. Die Temperatur betrug 36ºC. Das Zittern
entwickelte sich zu einem Schüttelfrost. Als dieser mehr als 20 Minuten andauerte, bekam
Herr Brown 12,5mg Pethidin i.v. Dies stoppte den Schüttelfrost schnell, und die Temperatur
betrug nun 38,5ºC. Er erhielt 1g Parazetamol, um die Temperatur zu senken.
An Tag 3 seiner Behandlung sah Herrn Browns Gesicht aufgedunsen aus und er beklagte
sich darüber, dass sich seine Kleider eng anfühlten. Sein Körpergewicht war in den letzten
24 Stunden über 5% angestiegen und seine Flüssigkeitsbilanz zeigte, dass er eine
Plusbilanz von 3 Litern hatte, mit einer verminderten Ausscheidungsmenge. Er war leicht
hypoton (100/60mmHg) und tachycard bei 105 Schlägen pro Minute. Die ZVD-Messung
ergab 1cmH 2 O (Normalwert 5–8cmH 2 O). Es wurde ein capillary leak syndrome
diagnostiziert, welches einen Mangel an intravaskulärer Flüssigkeit zur Folge hatte. Seine
aktuellen Bluttests wurden engmaschig kontrolliert und zeigten einen erhöhten
Harnstoffwert und zu niedrige Serum-Albumin-Werte, was die Diagnose bestätigte. So
wurden 200mL konzentrierte Albuminlösung (Albumin 20%) verordnet und über eine
Stunde infundiert. Nachher betrug der ZVD 4,5cmH 2 O und der Blutdruck war auf 130/80
gestiegen. Auch seine Urinausscheidung verbesserte sich anhaltend. Am Tag 5 war die
Infusion beendet, ohne dass er noch weitere ernste Nebenwirkungen hatte.
6.31

6
Zusammenfassung
IL-2 ist ein natürlich vorkommendes Zytokin mit einer Reihe von Wirkungen auf das
Immunsystem. In Verbindung mit seiner Rolle als Therapeutikum gegen Krebs ist seine wichtigste
Aufgabe die T-Zell-Aktivierung. T-Zellen sind bekannt dafür, dass sie in der Immunantwort auf
gewisse Tumoren eine Rolle spielen. Diese Rolle ist jedoch dadurch limitiert, dass Tumorzellen
nicht alle nötigen Komponenten der Immunantwort stimulieren können. Eine der fehlenden
Komponenten ist IL-2.
Die Anwendung von rekombinantem IL-2 stimuliert eine vollständige T-Zell-Antwort auf schwach
immunogene Tumoren wie Melanome und Nierenzellkarzinome. Dies erbringt ein Ansprechen
bei bis zu einem Viertel der Patienten, welches bei vielen Patienten länger anhaltend ist. Weil
aber rekombinantes IL-2 dieselbe Wirkung hat wie natürliches IL-2, ist die Therapie mit vielen
Nebenwirkungen verbunden. Diese stehen in Beziehung mit der Wirkung von IL-2 auf andere
Zytokin-Signalwege und Komponenten des Immunsystems. Das Fehlen von Spezifität bedeutet,
dass das Potential von rekombinantem IL-2 wegen der Dosis-Limitation wahrscheinlich noch
nicht voll genutzt werden konnte. Trotzdem hat das rekombinante IL-2 eine signifikante und
nützliche Antikrebswirkung und spielt so eine wichtige Rolle in der Behandlung des
Nierenzellkarzinoms.
Fallstudie 3: Die monoklonale Antikörpertherapie mit
humanisiertem anti-HER2, einer Onkogen-spezifischen
biologischen Antikrebssubstanz
Das humanisierte
anti-HER2
Herceptin ® ist ein
monoklonaler
Antikörper und
wurde entwickelt,
um auf das HER2-
Onkogen
einzuwirken.
Das humanisierte anti-HER2 Herceptin ® ist ein monoklonaler Antikörper und wurde entwickelt,
um auf das HER2-Onkogen einzuwirken. Von diesem ist bekannt, dass es mitwirkt in der
Entwicklung einer ganzen Reihe von Krebsarten. Klinische Versuche haben gezeigt, dass
Herceptin ® bei der Behandlung von HER2-positivem metastasierendem Mammakarzinom
wirksam ist und eine signifikante Steigerung der Überlebensdauer bewirkt.
Die Theorie für die gezielte Einwirkung auf HER2
Wie in Kapitel 3 beschrieben, ist HER2 ein Proto-Onkogen, das für einen Rezeptor an der
Zelloberfläche mit wachstumsstimulierender Aktivität kodiert. Die Amplifizierung dieses Gens
und die darauf folgende Überexpression seines kodierenden Proteins (HER2 Positivität)
geschieht früh in der Entwicklung des Brustkrebses, betrifft aber die normalen Zellen nicht.
HER2-positive Zellen weisen viele Eigenschaften von Tumorzellen auf, wie zum Beispiel
unkontrolliertes Zellwachstum, erhöhte DNA-Synthese und erhöhtes Metastasierungspotential,
wahrscheinlich aufgrund gesteigerter Wachstumssignale. Ungefähr 20% der Frauen mit
Brustkrebs sind HER2-positiv. Sie haben:
● eine schlechte Prognose mit reduzierter Gesamtüberlebensdauer
. . . HER2 ist ein
neues und
wichtiges
therapeutisches
Ziel.
● veränderte Ansprechbarkeit auf die normalerweise angewandten Therapien bei Brustkrebs,
wie Anthrazykline und Tamoxifen.
Diese Beobachtungen zeigen, dass HER2-Positivität eine Schlüsselrolle in der Pathogenese von
Brustkrebs einnimmt. Das Blockieren der Aktivität des HER2-Gens in Tumorzellen hat ziemlich
wahrscheinlich direkte Antikrebs-Wirkung und beeinflusst dabei die normalen Zellen nicht. So
ist HER2 ein neues und wichtiges therapeutisches Ziel.
6.32

6
Die Entwicklung der HER2-spezifischen gezielten Therapie
Bevor Herceptin ® entwickelt wurde, hatten schon zahlreiche Studien gezeigt, dass monoklonale
Antikörper gegen HER2 das Wachstum von Tumoren und Zellen, welche hohe Mengen von
HER2 exprimierten, verhindern konnten. So war es eine wohlüberlegte Strategie, monoklonale
Antikörper gegen HER2 zu entwickeln. Dieser von den Mäusen kommende monoklonale
Antikörper 4D5 zeigte eine antiproliferative Wirkung spezifisch auf HER2-positive Zellen; HER2-
negative Zellen waren unsensibel auf 4D5. Aber 4D5 ist ein Mäuse-Antikörper, und wie in
Kapitel 5 beschrieben wird, werden diese Antikörper vom menschlichen Immunsystem als fremd
erkannt und neutralisiert. Es musste ein Weg gefunden werden, diese Immunantwort zu
überwinden.
So wurden rekombinante DNA-Techniken angewandt, um von 4D5 alles ausser der Sequenz,
welche HER2 erkennt, durch menschliche Sequenzen zu ersetzen (siehe Abbildungen 6.2 und
6.3). Der humanisierte monoklonale Antikörper ist bekannt als rekombinanter humaner
monoklonaler Antikörper (rhaMab) HER2, Trastuzumab oder Herceptin ® und ist zu 95%
menschlich und nur zu 5% von der Maus. Dies überwindet das Problem der Immunantworten,
weil der monoklonale Antikörper nicht länger als fremdes Protein erkannt wird. Herceptin ® :
● bindet dreimal stärker an HER2 als 4D5
● beugt der Proliferation von HER2-positiven Zelllinien wirksam vor
● beeinflusst die Proliferation von HER2-negativen Zelllinien nicht
● verhindert HER2-positives Tumorwachstum in 50% bei Mäusen
● verstärkt die Wirkung chemotherapeutischer Mittel, dank positiver Interaktionen zwischen
dem Aktionsmechanismus von Herceptin ® und diesen Mitteln.
Die Auswahl von Patienten für die Herceptin ® -Therapie
Die präklinischen Erfahrungen haben gezeigt, dass Herceptin ® nur bei HER2-positiven Zellen
wirkt. Dies zeigt, dass Herceptin ® auch nur gegen HER2-positive Tumoren wirksam sein kann,
und führt so das Konzept der speziell auf bestimmte Tumoren zielenden Behandlungen in die
klinische Praxis ein. Dies verlangte nach einer Technik, die HER2-positiven Tumoren zu
erkennen, weil vermutlich nur sie auf Herceptin ® ansprechen würden. Den HER2-Status zu
ermitteln gehört also zur Voraussetzung für eine Therapie mit Herceptin ® . Dies ist wichtig, weil
genau das die Herceptin ® -Therapie wesentlich von einer Therapie mit Filgrastim oder IL-2
unterscheidet, bei denen es nicht nötig ist, bei der Patienten-Selektion nach einem spezifischen
Onkogen zu suchen. Die Techniken, um den HER2-Status zu ermitteln, sind Immunohistochemie
(IHC) und Fluoreszenz in-situ Hybridisierung FISH (siehe Kapitel 5).
Die präklinischen
Erfahrungen
haben gezeigt,
dass Herceptin ®
nur bei HER2-
positiven Zellen
wirkt.
6.33

6
Frühe klinische
Versuche mit
Herceptin ® . . .
zeigten, dass ein
Ansprechen des
Tumors erreicht
werden konnte
und dass die
Behandlung gut
toleriert wurde.
Klinische Erfahrung mit Herceptin ®
Frühe klinische Versuche mit Herceptin ® als Monotherapie und in Kombination mit Cisplatin bei
Frauen mit vorbehandeltem HER2-positivem metastasierendem Mammakarzinom zeigten, dass
ein Ansprechen des Tumors erreicht werden konnte und dass die Behandlung gut toleriert
wurde. Weiter entwickelten die Patientinnen keine neutralisierenden Antikörper auf Herceptin ® .
Diese Studien waren die Grundlage für die Einführung grösserer klinischer Studien von
Herceptin ® . Zwei Hauptstudien sind mittlerweile durchgeführt worden:
● eine Phase II Studie von Herceptin ® als Monotherapie bei Frauen mit HER2-positivem
Brustkrebs, welche schon eine oder zwei Chemotherapie-Zyklen für die metastasierende
Erkrankung erhalten hatten (H0649g)
● eine randomisierte Phase III Studie von Paclitaxel oder Anthrazyklin/Cyclophosphamid mit
oder ohne Herceptin ® als Ersttherapie bei HER2-positivem metastasierendem
Mammakarzinom (H0648g).
Bei der ersten dieser Studien erbrachte Herceptin ® Ansprechraten von 18% respektive 21% bei
Patientinnen, welche stark HER2-positiv in der IHC respektive HER2-positiv in der FISH waren.
Die Überlebensdauer betrug in beiden Fällen 16,4 Monate (Abbildung 6.15).
1.0
Wahrscheinlichkeit
0.8
0.6
0.4
0.2
0
n=166
16,4 Monate
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45
Zeit (Monate)
Abbildung 6.15. Die Überlebensdauer stark HER2-positiver Brustkrebspatientinnen mit Metastasen,
welche mit Herceptin ® als Monotherapie behandelt wurden.
. . . Herceptin ®
steigerte die
Überlebensdauer
bis zu 45% . . .
Bei der Phase III Studie wurde gezeigt, dass die Kombination von Herceptin ® mit
Chemotherapie die Resultate signifikant verbesserte. Es wurden Ansprechraten bis zu 60%
beobachtet. Speziell beachtenswert war, dass Herceptin ® die Überlebensdauer bis zu 45%
steigerte (Abbildung 6.16). Eine solche Steigerung der Überlebensdauer war seit Jahren mit
einer neuen Therapie für metastasierendes Mammakarzinom nicht mehr beobachtet worden.
Damit konnte man beweisen, dass eine auf HER2 zielende Antikrebs-Strategie sehr effektiv war.
Wie oben beschrieben, hat die IL-2-Therapie zwar eine Antikrebs-Wirkung, aber auch sehr
viele Nebenwirkungen. Im Gegensatz dazu sind die Nebenwirkungen von Herceptin ® mild:
schwaches bis mittleres Fieber und Frösteln, was bei der ersten Dosis bei etwa 40% der
Patientinnen vorkommt (Abbildung 6.17). Andere Nebenwirkungen sind meist leicht, kommen
nur selten vor und treten ebenfalls nur im Zusammenhang mit der ersten Anwendung auf. Im
Gegensatz zu der unspezifischen Wirkung von Chemotherapeutika, die viele Nebenwirkungen
wie schwere Übelkeit und Erbrechen, Haarausfall oder Veränderungen des Blutbilds auslösen,
verursacht Herceptin ® keine solchen Nebenwirkungen.
6.34

6
Wahrscheinlichkeit der Überlebenszeit
1.0
Herceptin ® + CT
0.8
CT alleine
p

6
…Herceptin ® wird
heute in der
Behandlung von
Frauen mit stark
HER2-positivem
metastasierendem
Mammakarzinom
anerkannt…
Dank dieser Erkenntnisse wird Herceptin ® heute in der Behandlung von Frauen mit stark HER2-
positivem metastasierendem Mammakarzinom anerkannt:
● als Erstlinientherapie in Kombination mit Paclitaxel
● als Monotherapie bei Frauen, welche zuerst Anthrazykline und Taxane erhalten haben.
Fallstudie – Herceptin ®
Am 28 April 1996 erhielt Gill Harris, eine 36jährige verheiratete Frau mit Brustkrebs, die
Mitteilung, dass ihre Krebserkrankung nicht auf die Chemotherapie angesprochen hatte.
Sie war durch diesen Bescheid völlig aufgewühlt und zerstört. Da dies schon die
Zweitlinientherapie gewesen war, waren ihre Therapie-Optionen für eine wirksame
Behandlung minimal. Verständlicherweise war sie schockiert und verharrte in einem
Zustand der eingeschränkten Kommunikation. Sie hasste es, ins Spital zu kommen, krank
zu sein und hasste sich selber. Sie wollte nur zu Hause sein, ihr dreieinhalbjähriges Kind
versorgen und die Freuden des Familienlebens geniessen.
Zu dieser Zeit führte Genentech Inc. eine multinationale Phase III Studie des
rekombinanten, humanisierten anti-HER2 monoklonalen Antikörpers Herceptin ® bei
Brustkrebs-Patientinnen mit HER2-positiven Tumoren durch, welche nach zwei aufeinander
folgenden Chemotherapiezyklen ein Rezidiv erlitten hatten.
Nachdem sie über diese Studie informiert worden war, wurde ihr ein Informationsblatt mit
nach Hause gegeben, das sie mit ihrem Ehemann lesen sollte. Es wurde ihr mitgeteilt, dass
sie in der darauf folgenden Woche mit all ihren Fragen zurückkehren sollte, und dass bis
dann auch ihr HER2-Status bekannt sein würde.
Das histopathologische Institut diagnostizierte das Brustgewebe von Frau Harris als stark
HER2-positiv.
Frau Harris kehrte die folgende Woche mit vielen Fragen zurück, vor allem mit Fragen
über den Behandlungsablauf und wie sie diesen mit ihrem Familienleben in
Übereinstimmung bringen könnte. Sie war weiterhin gefühlsmässig in einem Tief und nicht
sehr gesprächsbereit. Klinisch war ihr Karnofsky Performance Status (KPS) 80%, und trotz
der schweren Erkrankung mit mehreren Knochen-Metastasen an verschiedenen Stellen, mit
Hautmetastasen an der Brustwand und drei grossen Befunden in der Leber waren ihre
einzigen Symptome eine leichte Müdigkeit und eine depressive Stimmung mit häufigen
negativen Gedanken über die Zukunft. Es wurde ihr eine psychologische Beratung
angeboten, aber sie lehnte eine solche ab.
Nachdem sie in die Behandlung eingewilligt hatte, bekam Frau Harris am folgenden Tag
einen Behandlungstermin. Man sagte ihr, dass die möglichen Nebenwirkungen bei der
ersten Therapie Frösteln und/oder Schüttelfrost wären, und dass sie mit einer
Behandlungsdauer von mindestens eineinhalb Stunden rechnen müsse.
Als sie am Behandlungstag in der Tagesklinik erschien, war sie verständlicherweise nervös.
Es wurde ihr aber versichert, dass immer eine Pflegende anwesend sein würde. Als
Prämedikation erhielt sie eine Stunde vor der Infusion 1g Parazetamol. Ihre Vitalzeichen
wurden gemessen und waren normal. Sie wurde eingeladen, sich während der
Infusionstherapie bequem auf ein Bett zu legen.
6.36

6
Um 15 Uhr wurde das Herceptin ® , das in 250mL physiologischer Kochsalzlösung gelöst
war, durch ein Y-Stück an die Infusionsleitung angeschlossen. An der anderen Zuleitung
war ein Beutel mit 500mL Kochsalzlösung angeschlossen, die als Spülung dienen sollte.
Die Infusion wurde in einer solchen Geschwindigkeit gestartet, dass sie über 90 Minuten
einlaufen sollte. Nach 20 Minuten fühlte sich Frau Harris sehr kalt und ihre Temperatur
senkte sich auf 35ºC. Die Herceptin ® -Infusion wurde gestoppt und nur noch Spüllösung
infundiert. Die Patientin bekam eine zusätzliche Wolldecke, um das Kältegefühl zu lindern.
Trotzdem begann sie zu zittern und klagte über zunehmendes Frieren. Nach 5 Minuten
wurde das Zittern intensiver und generalisierter. Sie bekam 12,5mg Pethidin i.v. Fünf
Minuten später dauerte der Schüttelfrost immer noch an und es wurden weitere 12,5mg
Pethidin verabreicht. Einige Minuten später nahm dann der Schüttelfrost langsam ab und
verschwand allmählich ganz. Nach 30 Minuten Pause wurde die Herceptin ® -Infusion
wieder gestartet und in 1 Stunde und 10 Minuten zu Ende infundiert. Temperatur, Puls,
Respiration und Blutdruck wurden alle 30 Minuten während der Behandlung und bis eine
Stunde nach der Behandlung gemessen.
Der Ehemann holte die Patientin ab und es wurde beiden versichert, dass bei den
folgenden wöchentlichen Behandlungen mit der halben Dosis dieselben Symptome
wahrscheinlich nicht mehr auftreten würden.
Bis zur Woche 3 veränderte sich Frau Harris von einer nie lächelnden, stillen Pessimistin zu
einer glücklichen, vergnügten Person mit einem grossen Lebensenthusiasmus. Ihr KPS stieg
von 80% auf 100% an. Nun waren die Hautläsionen zwar noch sichtbar, aber nicht mehr
messbar.
Nach 8 Wochen wurden alle messbaren Metastasen geprüft und als auf Herceptin ®
ansprechend beurteilt. Die Hautläsionen waren kaum mehr sichtbar und die Leberbefunde
waren um mehr als 50% kleiner geworden, was als Teilremission gewertet werden konnte.
Die Knochenmetastasen waren stabil.
Bis Woche 16 waren alle Hautläsionen und zwei der Lebermetastasen komplett
verschwunden. Frau Harris war überglücklich. Sie hatte kürzlich wieder zu arbeiten
begonnen und der ganzen Familie ging es gut.
In Woche 36 fühlte Frau Harris einen leichten Knochenschmerz in der rechten Hüfte.
In Woche 48 zeigte ein Ultraschall der Knochen neue Knochenmetastasen, was auf eine
Progredienz der Krankheit schliessen liess. Das Herceptin ® wurde gestoppt. Die Patientin
bekam palliative Radiotherapie an den Stellen, wo sie Knochenschmerzen hatte.
Später bekam sie Hirnmetastasen und starb auf tragische Weise im November 1997.
Obwohl diese Geschichte ein trauriges Ende hat, müssen wir annehmen, dass der Nutzen
der Herceptin ® -Therapie für die Patientin und ihre Familie sehr hoch war. Erstens hatte
Herceptin ® sichtbare Wirkung auf die Metastasen, und weil die Krankheitsherde kleiner
wurden, stiegen die Energiereserven der Patientin sichtbar. Zweitens verspürte Frau Harris,
ausser dem Schüttelfrost bei der ersten Dosis, keine andern Nebenwirkungen. Sie hatte
keinen Haarverlust, keine Übelkeit, keine Müdigkeit, alles Symptome, die bei Patienten mit
Chemotherapie häufig sind.
Am wichtigsten aber war sicher die Lebensqualität, welche Frau Harris und mit ihr der
ganzen Familie während fast einem Jahr geschenkt war. So wird die Tochter, auch wenn
6.37

6
sie den Schmerz des Verlustes der Mutter erfahren hat, eine gute Erinnerung an ihre Mutter
haben, wie sie sie lächelnd und in gutem Zustand an ihrem ersten Schultag zur Schule
brachte.
Zusammenfassung
Herceptin ® hat eine direkte Antitumor-Wirkung gegen eine spezifische Zellpopulation: jene, die
HER2-positiv ist. Weil normale Zellen nicht HER2-positiv sind, heisst das, dass Herceptin ® nur
gegen HER2-positive Tumorzellen wirkt. Dies hat Folgen für die Behandlung von Patienten.
Die genaue
Auswahl der
richtigen
Patienten bewahrt
diese davor, einer
unnützen
Therapie
ausgesetzt zu
werden und
gewährleistet
einen optimalen
Einsatz von
Herceptin ® .
Bei allen Krebspatienten, bei denen man eine Herceptin ® -Therapie in Betracht zieht, muss zuerst
der HER2-Status ihres Tumors bestimmt werden. Nur die Tumoren, die stark HER2-positiv sind,
sind für die Therapie geeignet. So werden nur die Patienten mit Herceptin ® therapiert, bei
denen es auch wahrscheinlich ist, dass sie darauf ansprechen. Die genaue Auswahl der
richtigen Patienten bewahrt diese davor, einer unnützen Therapie ausgesetzt zu werden und
gewährleistet einen optimalen Einsatz von Herceptin ® . Herceptin ® wird normalerweise, wegen
seiner Tumor-Spezifität, gut vertragen.
Diese Art von zielgerichteter Therapie ist eine neue Entwicklung in der Krebstherapie mit
biologischen Wirkstoffen. Therapien wie Filgrastim und IL-2 haben offensichtlich eine wichtige
Aufgabe in der wirksamen Behandlung einer Reihe von Tumorarten. Das Potential von
Interleukinen und Interferonen ist noch nicht voll ausgeschöpft. Jedoch haben alle diese
Wirkstoffe generalisierte stimulierende Wirkungen auf das Immunsystem und haben so eher
Antitumor-Aktivität als spezifische Antitumor-Wirkung. Im Gegensatz dazu haben Stoffe wie
Herceptin ® direkte und gezielte Antitumor-Wirkung. Solche gezielten Wirkstoffe sind ein
Fortschritt in der Entwicklung biologischer Therapien und dieser Fortschritt baut auf den
Erkenntnissen auf, die durch die Anwendung unspezifischer biologischer Wirkstoffe gewonnen
wurden.
Schlussfolgerungen
Biologische Therapien weisen ein hohes Potential an Wirksamkeit und Verträglichkeit auf. Sie
wurden in den vergangenen Jahrzehnten intensiv erforscht. Viele der Fortschritte sind das
Resultat der rekombinanten DNA-Technik, die es ermöglichte, die genetische Struktur der Zellen
zu manipulieren. Dies hat die Manipulation von Viren und Plasmiden ermöglicht, so dass
Krebsantigene gebildet werden konnten, die eine Immunantwort zu stimulieren vermögen. Die
in-vitro-Produktion grosser Mengen von reinen Zytokinen, Antikörpern und andern
Immunmolekülen wurde möglich, genauso wie die gentechnische Herstellung menschlicher
Zellen, welche wiederum eine Immunantwort auf einen Tumor zu stimulieren vermögen.
Obwohl sehr viele Wirkstoffe als Antikrebstherapeutika untersucht wurden, werden bis heute
erst Zytokine und monoklonale Antikörper in der klinischen Praxis angewandt. Es ist zu
beachten, dass die Wirkung der Zytokine nicht auf Tumorzellen beschränkt ist, sondern dass sie
das Immunsystem stimulieren und auch andere als die zur Antikrebs-Aktivität erwünschten
Wirkungen haben. Dies zeigt sich an den vielen Nebenwirkungen, die mit Zytokin-Therapien
einhergehen und an ihrer breiten Anwendung bei vielen andern Krankheiten.
Im Gegensatz dazu haben monoklonale Antikörper Wirkung auf ein ganz bestimmtes Antigen.
Mit zunehmenden Erkenntnissen der Tumor-Biologie wurde erkannt, dass viele Tumorzellen
6.38

6
Anomalien aufweisen, die für die Onkogenese verantwortlich sind und die in normalen Zellen
nicht vorhanden sind. Dies stützt das Konzept, dass ein gezieltes Einwirken auf diese
Anomalien ein wirkungsvolles Mittel zur Tumor-Zerstörung oder Suppression sein würde. Die
Entwicklung des chimerischen Antikörpers MabThera ® und des humanisierten anti-HER2
monoklonalen Antikörpers Herceptin ® zeigten, dass dieses Konzept klinischen Nutzen bringen
kann.
Herceptin ® und MabThera ® sind wahrscheinlich nur die ersten einer neuen Generation von
Antikrebstherapien, die die Behandlung auf der individualisierten Basis spezifischer
Tumorcharakteristika erlauben. Eine Folge dieses Trends wird es sein, dass spezifische Tests zur
Identifikation von Tumorcharakteristika entwickelt und angewandt werden, so dass die am
wahrscheinlichsten wirksame Therapie ausgewählt werden kann. Zudem werden die Patienten
davon profitieren, dass gezielte Therapien längere Überlebenszeiten ermöglichen und die
Nebenwirkungen weniger intensiv sind.
Herceptin ® und
MabThera ® sind
wahrscheinlich
nur die ersten
einer neuen
Generation von
Antikrebstherapien,
die
die Behandlung
auf der
individualisierten
Basis spezifischer
Tumor-
Charakteristika
erlauben.
6.39

6
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Geben Sie zwei Gründe an, weshalb biologische Methoden für die Krebsbehandlung
entwickelt und benützt werden, indem Sie ihre potentiellen Vorteile gegenüber
konventionellen Therapien beschreiben.
2. Geben Sie in der unten stehenden Tabelle an, welche biologische Therapie den ebenfalls
unten beschriebenen Wirkungseffekt A-G hat. Als Beispiel ist die Zytokin-Therapie
aufgeführt.
Therapie
Zytokin-Therapie
Antikörper-basierte Therapie
Krebs-Impfung
Gen-Therapie
Zell-basierte Therapie
Wirkungsweisen
A, E, F, G
A. Tötet Krebszellen ab
B. Unterbricht oder kontrolliert Prozesse, die das Krebswachstum ermöglichen
C. Verändert das Wachstums-Verhalten von Krebszellen
D. Blockiert Prozesse, die zur Umwandlung einer normalen Zelle in eine Krebszelle führen
E. Steigert die Fähigkeit des Körpers, eine normale Zelle, die durch Chemotherapie oder
Bestrahlung geschädigt oder zerstört worden ist, zu reparieren oder zu ersetzen.
F. Steigert die Anfälligkeit von Krebszellen auf Zerstörung durch das Immunsystem
G. Erhöht die Aktivität von T-Zellen, natürlichen Killerzellen und Makrophagen, und fördert
so die Zerstörung von Krebszellen.
3. Erklären Sie den Unterschied zwischen gezielten (spezifischen) und nicht-gezielten
(unspezifischen) biologischen Therapien und erörtern Sie die Vorteile der gezielten
Therapien.
4. Zytokine sind verantwortlich für die normale Funktion von diversen physiologischen
Prozessen, welche das Ergebnis oder Teil einer Immunreaktion sind. Definieren Sie, was ein
Zytokin ist und geben Sie vier Beispiele der Prozesse, die sie beeinflussen.
5. Erklären Sie, warum die Humanisierung von Antikörpern so wichtig ist für ein höheres
therapeutisches Potential.
6. Beschreiben Sie drei mögliche Wirkungsweisen monoklonaler Antikörper, durch welche sie
ihre Antikrebs-Wirkung entfalten.
7. Zählen Sie die Phasen in der Entwicklung einer biologischen Therapie auf, indem Sie die
Faktoren beschreiben, die einen bestimmten biologischen Marker zu einem attraktiven
therapeutischen Angriffsziel machen.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie im Anhang auf Seite 8.12.
6.40

Die Zukunft der biologischen Therapien
7
Einführung
Die aktuelle Forschung beschert uns einen kontinuierlichen Fluss von Informationen über die
genetischen Grundlagen von Krebs. Diese Erkenntnisse wurden zuerst bei der Anwendung
unspezifischer Therapien, wie rekombinanter Interleukine und Interferone in der Behandlung
von Melanomen und Nierenzellkarzinomen, umgesetzt. Wie aber der Erfolg der gezielten
Therapie mit Herceptin ® für die Behandlung HER2-positiver Mammakarzinome und mit
MabThera ® beim Non-Hodgkin-Lymphom beweist, eröffnet sich ein weites Gebiet für neue
massgeschneiderte Therapien. Die genetische Charakterisierung von Tumoren wird unser
Verständnis für das unterschiedliche Verhalten von Tumoren erweitern und so auf spezifische
Tumoren massgeschneiderte Therapien möglich machen. Diese Individualisierung wird bei der
Behandlung von Krebspatienten sicher Fortschritte durch verbesserte Wirksamkeit und
verminderte Toxizität bringen.
Die Aussicht auf die Entwicklung existierender sowie neuer biologischer Therapien ist viel
versprechend. Viele Strategien bedürfen noch beträchtlicher Fortschritte, bevor sie klinisch
wirksam werden können, wie zum Beispiel die Zell-basierte Therapie, die Gentherapie und
Krebsimpfungen. Andere Methoden, wie zum Beispiel die Therapie mit monoklonalen
Antikörpern haben bereits Wirksamkeit gezeigt, aber ihre Anwendung steckt noch in den
Anfängen. Dabei ist eine mögliche Methode, die Einwirkung auf die Angiogenese im Tumor,
noch gar nicht berücksichtigt. Diese basiert auf dem Prinzip, dass Tumore wachsen können,
weil sie in der Lage sind, selber ein Blutversorgungssystem aufzubauen.
In diesem Kapitel werden einige dieser Möglichkeiten im Detail beschrieben, um das Potential
solcher biologischer Krebstherapien aufzuzeigen:
● genetische Charakterisierung von Tumoren
● weitere Entwicklung bereits bestehender Methoden
● neue Möglichkeiten: Wirkstoffe zur Anti-Angiogenese.
7.1

7
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Es ist bekannt, dass Tumoren durch eine Vielzahl genetischer Veränderungen entstehen.
Beschreiben Sie, welche Methoden angewandt werden könnten, um Kombinationen
verschiedener genetischer Veränderungen in einem Tumor zu erkennen.
2. Beschreiben Sie die praktischen klinischen Auswirkungen von Gen-Expressions-Profilen.
3. Fügen Sie die am meisten zutreffende Aussage in die unten folgenden Sätze ein.
Zell-Signalwege und Signal-Transduktion
das Studium der Gen-Expression
Tausende von Antikörpern mit bekannter Spezifität auf einem Chip
Form, Funktion und Kontrolle von Zellprotein-Netzwerken
Strategien für die Zubereitung massgeschneiderter Therapien
a) Proteomics ist das Studium von ……………………..…………..
b) Die Protein-Expression in individuellen Zellen kann studiert werden, indem man ein Chip-
System benützt, das im Wesentlichen ……………………………………….. aufweist.
c) Der Vergleich von Protein-Expressionen zwischen Gewebsproben eines individuellen
Patienten kann angewandt werden in der Entwicklung von ………………………..………
d) Proteomics kann auf verschiedene Arten angewandt werden, zum Beispiel in Studien von
………………………………………..
e) Die Beziehungen zwischen Protein-Interaktionen und ihre Komplexität bedeuten, dass
Proteomics wahrscheinlich mehr Wissen über die Zellfunktion hervorbringen wird, als
………………………………………..
4. Einige Fortschritte basieren auf der Weiterentwicklung existierender Methoden. Schlagen
Sie je einen möglichen Weg vor, wie Zytokin-Therapien und Antikörper-Therapien verbessert
werden könnten.
7.2

7
5. Die Angiogenese – die Bildung neuer Blutgefässe – ist entscheidend für das Tumor-
Wachstum. Fügen Sie die jeweils passende Bezeichnung in das unten stehende Diagramm
ein, welches die Schlüsselereignisse beschreibt, die zur Tumor-Angiogenese und zur
Metastasierung führen.
Angiogenese-Faktoren
Metastase
Vaskuläre Endothelialzellen
Proliferation und Invasion
6. Erläutern Sie kurz die möglichen Auswirkungen, die biologische Therapien auf die Pflege
und Betreuung der Patienten aus der Sicht einer Onkologie-Pflegenden haben könnten.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie auf Seite 8.14.
7.3

7
Die genetische Charakterisierung von Tumoren
Tumoren sind
bekannt dafür,
dass sie multiple
Genmutationen
und
chromosomale
Anomalien
aufweisen, von
denen viele zur
Aggressivität des
Tumors beitragen.
Tumoren sind bekannt dafür, dass sie multiple Genmutationen und chromosomale Anomalien
aufweisen, von denen viele zur Aggressivität des Tumors beitragen. Obwohl man bei gewissen
Anomalien, wie der HER2-Überexpression/Amplifikation, weiss, dass sie eine wichtige Rolle in
Bezug auf die Tumoreigenschaften spielen, ist anzunehmen, dass eine Kombination genetischer
Defekte für das Verhalten eines bestimmten Tumors ausschlaggebend ist. Zudem können
mehrere solche Defekte bei gewissen Tumoren in spezifischen Kombinationen auftreten.
Bis vor kurzem war es nicht möglich, gleichzeitig nach mehreren genetischen Anomalien im
Tumor zu suchen. Die Fortschritte in der Technologie haben es nun aber ermöglicht, eine grosse
Anzahl von Genen zu durchsuchen, um festzustellen, wie sie in normalen und erkrankten Zellen
exprimiert sind und um Anomalien, die im Zusammenhang mit der Krankheit stehen, zu
identifizieren. Es ist anzunehmen, dass solche Gen-Expressions-Profile die bisherige
Krebsdiagnostik und die Entwicklung von Krebsmedikamenten revolutionieren werden.
Komplementäre DNA-Micro-Arrays
Komplementäre DNA (cDNA) ist eine DNA, die von einer mRNA-Schablone synthetisiert
worden ist. Die cDNA kann verwendet werden, um Genom-DNA zu testen und so Gene zu
identifizieren. Micro-Arrays sind Chips, welche bis zu 400’000–500’000 einzelne cDNAs
enthalten. Mit der Anwendung dieser Micro-Arrays ist es möglich:
● mutierte Gene in Tumorzellen zu identifizieren
● die Expression buchstäblich Tausender von Genen in einem Tumor zu untersuchen, indem
der mRNA-Gehalt von Tumorzellen untersucht wird
● die Gen-Expression unter verschiedenen Konditionen, wie zum Beispiel unter Stimulation mit
Wachstumsfaktoren oder medikamentöser Therapie, zu untersuchen.
Die Fähigkeit, zu definieren, welche Gene durch einen Tumor exprimiert sind und unter welchen
Umständen, und wie diese Expression sich im Laufe der Zeit verändert, birgt eine Reihe
herausfordernder Auswirkungen in sich.
● Prognose. In einem kürzlich erschienenen Bericht wurde mitgeteilt, dass ein Micro-Array mit
18.000 cDNAs, die zur Identifikation von Genen bei der Entwicklung von normalen und
unnormalen Lymphozyten dienlich sind, zwischen zwei Untergruppen von grossen B-Zell-
Lymphomen unterscheiden konnte. Eine davon hatte die charakteristische Gen-Expression
von B-Zellen aus Lymphknoten und wies eine relativ gute Prognose auf. Die andere hatte die
charakteristische Gen-Expression von aktivierten B-Zellen und die Prognose war relativ
schlecht. Dieser prognostische Wert war unabhängig von der Standard-Messung der
Prognose.
● Tumor-Staging. Nachdem nun mehr Informationen über Veränderungen der Gen-Expression
verfügbar werden, nimmt man an, dass diese einen Zusammenhang mit den verschiedenen
Stadien in der Entwicklung eines Tumors haben. Dies ist einerseits prognostisch wichtig, weil
das Tumorstadium im engen Zusammenhang mit der Prognose steht. Andererseits hat diese
Information prädiktiven Wert, weil damit die Therapie individueller zugeschnitten werden
kann.
● Identifizieren therapeutischer Ziele. Die rasche Identifikation von Genen und Mechanismen,
die zur Tumorentstehung führen, wird die Entwicklung angepasster Medikamente mit Hilfe
von Micro-Arrays fördern; z.B. durch Identifikation eines möglichen Faktors, der die
7.4

7
Krebsentstehung fördert und durch die Entwicklung eines therapeutischen Mittels, das
spezifisch mit diesem Faktor interagiert.
● Massgeschneiderte Behandlung. Die Identifikation von Tumor-Subpopulationen mit
charakteristischen Gen-Expressions-Profilen wird zu einer massgeschneiderten Therapie für
den individuellen Patienten führen. So kann ein Micro-Array, der über mehr als 1’000
Mutationen im Tumor-Suppressor-Gen p53 Auskunft gibt, den Ärzten wichtige Hinweise für
die individuell zugeschnittene Therapie vermitteln.
Der Einsatz von Micro-Arrays zur Unterscheidung der Gen-Expressions-Profile kann in allen
Stadien der Krebsdiagnose und -Behandlung nützlich sein. Gene sind aber nur durch die
Proteine, für welche sie kodieren, aktiv. Protein-Interaktionen sind komplex und kontrollieren die
Gen-Expression. Deshalb hat das Studium der Protein-Expression an Bedeutung gewonnen.
Proteomics
Proteomics ist das Studium der Form, Funktion und Kontrolle des Protein-Netzwerks der Zelle.
Die Protein-Expression ist dynamisch und wichtig für die Aufrechterhaltung der Zellfunktion,
entsprechend der genetisch gesteuerten Vorgabe. Proteomics beschäftigt sich mit der Aktivität
und Veränderung im Protein-Netzwerk.
Das Untersuchen der Protein-Expression in individuellen Zellen ist ein komplexer Prozess, der
erst kürzlich durch die Entwicklung der Laser-erfassten Mikrodissektion möglich wurde. Damit
können reine Zellpopulationen von spezifischen mikroskopisch definierten Regionen eines
Gewebes oder Tumors isoliert und auf Film übertragen werden, während ihre Morphologie
intakt bleibt. Die Anwendung von Immuno-Assay-Protein-Arrays, bei welchen Tausende von
Antikörpern mit bekannter Spezifität auf einem Chip sind, hat die genaue Messung der
zellulären Expression von Tausenden von Proteinen zur gleichen Zeit möglich gemacht.
Proteomics ist das
Studium der
Form, Funktion
und Kontrolle des
Protein-Netzwerks
der Zelle.
Diese Techniken, die den cDNA-Micro-Arrays ähnlich sind, ermöglichen die Identifikation von
Fluktuationen bei Proteinen in gesunden und bösartigen Zellen und auch die Erkennung der
Entwicklung vom prä-malignen zum malignen Stadium. Das Vergleichen der Proteinexpression
zwischen mehreren Gewebsproben von einem einzelnen Patienten kann folgenden
Erkenntnissen dienen:
● neue biologische Erkenntnisse über die Krebsentwicklung
● Hinweise für neue diagnostische und prognostische Marker
● Strategien für massgeschneiderte Therapien.
Ein Beispiel für die Anwendung von Proteomics ist das Studium der Signaltransduktion. Die
Bindung eines Wachstumsfaktors an eine Zelle verursacht die Aktivierung und Modifikation des
Zelloberflächen-Proteinrezeptors, und so geschieht die unmittelbare Antwort auf Protein-Ebene.
Der Rezeptor muss dann die Information an den Zellkern weiterleiten, so dass die Zelle auf das
Signal reagieren kann. Dieser Übermittlungsprozess schliesst oft die physikalische Bewegung
von Proteinen mit ein. In diesem Moment, also erst wenn die Proteinsignale den Zellkern
erreicht haben, geschieht die Gen-Antwort mit Höher- oder Tiefer-Regulierung der
Gentranskription. Allerdings können die Rezeptor-Signalisierung und die Proteine, die
Informationen übermitteln, durch andere Protein-Signalwege beeinflusst werden, die das
Endresultat bezüglich Gentranskription verändern. Diese einfache Beschreibung zeigt bereits,
dass Proteomics sehr wahrscheinlich detailliertere Informationen über die Zellfunktion liefern
kann als das Studium der Genexpression.
7.5

7
Eine andere Anwendung von Proteomics ist das Studium der Auswirkungen von Therapien auf
Die Analyse der
cDNA Micro-
Arrays hat schon
gezeigt, dass
Herceptin ®
Veränderungen
in den
Genexpressions-
Profilen von
Tumoren bewirkt
und dass diese
Veränderungen
anders sind als
diejenigen, die
durch einen
Proteinkinase-
Hemmer
verursacht
werden.
die Zell-Signalwege. Zum Beispiel ist vom humanisierten monoklonalen Antikörper Herceptin ®
bekannt, dass er die HER2-Signalwege verändert. Es ist jedoch momentan noch nicht genau
bekannt, wie es zur klinischen Wirkung dieser Therapie kommt. Die Analyse der cDNA-Micro-
Arrays hat schon gezeigt, dass Herceptin ® Veränderungen in den Genexpressions-Profilen von
Tumoren bewirkt und dass diese Veränderungen anders sind als diejenigen, die durch einen
Proteinkinase-Hemmer verursacht werden. Es ist jedoch nicht bekannt, wie dies mit der Protein-
Signalisierung zusammenhängt. Dies ist das Ziel der Proteomics-Untersuchungen.
Weiterentwicklung schon bestehender Methoden
Aus der Beschreibung der verschiedenen Methoden, bei denen biologische Wirkstoffe zur
Krebsbehandlung eingesetzt werden, wird ersichtlich, dass weitere Entwicklungen und
Verfeinerungen nötig sind, um ihr volles Potential auszuschöpfen. Für einige Methoden braucht
es ein besseres Verständnis darüber, wie die durch die Therapie beeinflussten Systeme
funktionieren und welche physiologischen Mechanismen betroffen sind. Für andere, in der
Praxis erfolgreich eingesetzte Methoden (wie zum Beispiel das gezielte Angreifen des HER2-
Onkogens durch den humanisierten monoklonalen Antikörper Herceptin ® ), muss noch der
optimale Gebrauch des Mittels definiert werden. Mögliche Entwicklungen jeder der in Kapitel 6
beschriebenen Methoden werden unten aufgeführt.
Zytokin-Therapie
Bis heute wurde die Zytokintherapie als Supportivtherapie im Rahmen von Chemotherapien
angewandt, oder sie hatte generalisierte Wirkungen auf das Immunsystem, von denen nur
einige wirklich für die Antitumor-Aktivität nötig sind. So konzentrieren sich viele aktuelle
Forschungen darauf, Wege zu entwickeln, wie die Zytokin-Wirkung ausschliesslich auf den
Tumor gelenkt werden könnte.
Der einfachste Weg, die Zytokin-Wirkung auf den Tumor zu richten, ist, Zytokine direkt in den
Tumor zu injizieren. Bei Interleukin-2 (IL-2) hat diese Methode bei einer Reihe von Tumoren eine
Tumorregression und eine Verlangsamung des Wachstums bewirkt. Dieser Effekt geschieht dank
der Anhäufung von Makrophagen und T-Zellen, obwohl bei Tierversuchen gezeigt wurde, dass
auch nicht-T-Zell-Antworten eine Rolle spielen. Die intratumorale Injektion erzeugt eine Antigenspezifische
Immunität, die auch zu Regressionen von fernen Metastasen führen kann. Eine
weitere Verfeinerung dieser Methode ist der Gebrauch von Liposomen, Mikrosphären und
Mitteln mit Langzeit-Wirkung, um die therapeutische Wirkung zu verlängern. Es ist auch
möglich, Adenovirus-Vektoren herzustellen, welche Zytokine exprimieren. Diese können dann in
Tumoren injiziert werden, was zu einer lokalen Freisetzung von Zytokinen führt.
Eine andere Methode besteht darin, Tumorzellen genetisch so zu verändern, dass sie Zytokine
wie IL-2, Interferon-α (IFN-α) und Kolonie-stimulierende Faktoren, oder auch die Kombinationen
von mehr als einem dieser Wirkstoffe, exprimieren. Die Injektion solcher Zellen in den
ursprünglichen Spender kann zur Tumorregression und zu einer systemischen Immunantwort
führen, durch die sich auch andere Tumoren rückbilden können. Dies basiert wahrscheinlich
darauf, dass Zytokin-exprimierende Tumorzellen eine zytotoxische T-Lymphozyten-Antwort
auslösen.
Schliesslich kann ein gezieltes Angreifen des Tumors auch mit der Bildung von Zytokin-Fusions-
Proteinen erreicht werden. Der Fusions-Protein-Partner ist normalerweise ein Antikörper, der auf
einen Marker ausgerichtet ist, welcher spezifisch von einem bestimmten Tumor exprimiert wird.
Diese Methode ist bis jetzt aber erst im Tierversuch getestet worden.
7.6

7
Antikörper-Therapie
Zusammen mit der Zytokin-Therapie sind Antikörper-Therapien bis heute die einzigen
biologischen Antikrebs-Therapien, die klinisch Erfolg gezeigt haben. Zudem sind die Antikörper-
Therapien MabThera ® und Herceptin ® die einzigen auf bestimmte Antigene zielenden
Therapien, die im Moment klinisch zugelassen sind für die Antikrebstherapie. Aber auch hier
bleibt noch viel zu lernen, sowohl bei der Frage, wie Wirkstoffe für den klinischen Gebrauch
ausgewählt werden, als auch bei der Optimierung der Anwendung solcher nachweislich
klinisch wirksamer Mittel.
Die gezielte Auswahl der Therapien
Die bereits existierenden Methoden der Antikörper-Produktion, vor allem die der Entwicklung
humanisierter monoklonaler Antikörper, welche vom menschlichen Immunsystem als nicht-fremd
erkannt werden, scheinen eine hohe Affinität für ihr Ziel entwickeln zu können. Dies zeigt sich in
der grossen Zahl humanisierter und chimerischer monoklonaler Antikörper-Therapien, welche im
Moment für so verschiedene Krebsarten wie Leukämien, Lungenkarzinome und Melanome
erforscht werden. Eine der grössten Herausforderungen in der Antikörper-Therapie ist
möglicherweise die Identifikation von geeigneten Therapie-Zielen, zum Beispiel die Identifikation
von Molekülen, die spezifisch von allen oder einem Teil der Krebsarten exprimiert werden, die
eine wichtige Rolle in der Tumorentwicklung spielen und die für Antikörper erreichbar sind.
Diese Ziel-Identifikation hat sich bei vielen Tumorarten als problematisch erwiesen.
Zusammen mit
der Zytokin-
Therapie sind
Antikörper-
Therapien bis
heute die
einzigen
biologischen
Antikrebs-
Therapien, die
klinisch Erfolg
gezeigt haben.
Ein Beispiel ist die Anwendung von Antikörpern, die auf den IL-2-Rezeptor-α (IL-2Rα) zielen.
Diese Antikörper haben einigen Erfolg gezeigt, indem sie die Funktion von IL-2Rα hemmen und
indem sie unabhängig von der Anwesenheit von IL-2 in einigen Leukämien eine T-Zellstimulierende
Aktivitäten haben. Einige Leukämien exprimieren aber andere IL-2Rs und sprechen
auf andere Zytokine an. Diese werden von den anti-IL-2Rα-Antikörpern nicht wirksam beeinflusst.
Ein Weg, dieses Problem zu umgehen, wäre die Einwirkung auf Rezeptoren oder Elemente der
Signal-Übermittlungswege, welche allen IL-2 gemeinsam sind. Beispiele dafür sind IL-2, IL-15Rβ
und Jak3. Jak3 ist Inhalt intensiver Forschung, weil es in der Zytokin-Signalisierung bei
Lymphozyten und hämatopoetischen Zellen eine Rolle spielt, nicht aber bei nicht
immunologischen Zellen.
Die Anwendung von Antikörpern um andere Therapien zu optimieren
Andere Entwicklungen auf dem Gebiet der Antikörper-Therapie schliessen den Gebrauch von
Antikörpern ein, durch die eine konventionelle Therapie noch gezielter auf Tumoren
ausgerichtet werden kann. Beispiele dafür sind:
● der Gebrauch von Antikörpern, um Lipid-umschlossene Medikamente auf Tumoren zu bringen
● die Transfektion von Zellen mit Genen, welche für Antikörper oder Antikörperfragmente
kodieren, so dass Zellen den Antikörper exprimieren (bekannt als intrabodies). Der
Antikörper wird ins Zellzytoplasma freigesetzt, bindet onkogene Proteine und senkt die
Onkogen-Expression. Diese Methode wurde bei HER2 angewandt und verursacht den
Zelltod durch Apoptose
● Einzelketten-Antikörper-Fragmente, die an Gene gebunden werden, könnten ein Weg sein,
mit der Gen-Therapie genau auf maligne Zellen zu zielen. Diese Methode wurde
angewandt, um das Thymidinkinase-Gen auf Zellen zu richten, die eine Überexpression an
karzino-embryonalem Antigen (CEA) aufweisen. Wenn sie durch Ganciclovir aktiviert wird,
ist Thymidinkinase ein Suizid-Gen, das den Zelltod verursacht.
Andere
Entwicklungen
auf dem Gebiet
der Antikörper-
Therapie
schliessen den
Gebrauch von
Antikörpern ein,
durch die eine
konventionelle
Therapie noch
gezielter auf
Tumoren
ausgerichtet
werden kann.
7.7

7
. . . die
Wirkung von
Immunotoxinen
war kleiner als
erwartet und ihre
signifikante
Toxizität erwies
sich als grosses
Problem.
Die Entwicklung von Immunotoxinen
Wie in Kapitel 6 beschrieben, war die Wirkung von Immunotoxinen kleiner als erwartet und
ihre signifikante Toxizität erwies sich als grosses Problem. Dies führte zu einem Umdenken über
den Gebrauch von Immunotoxinen. Gegenwärtig richtet sich die Forschung auf ihren Gebrauch
bei minimaler Resterkrankung, vor allem als adjuvante Therapie, wo zwei oder drei
Anwendungen mit niedriger Dosierung ausreichend sind. Diese Methode limitiert die Toxizität,
weil hohe Dosen nicht nötig sind, und überwindet so die Probleme, die im Zusammenhang mit
der Immunantwort auf Immunotoxine bei Mehrfachanwendungen auftreten. Andere
Möglichkeiten, die Wirksamkeit und Verträglichkeit von Immunotoxinen zu verbessern, sind:
● die Antikörpergrösse zu verkleinern, um die Immunogenität zu verringern und die
Gewebepenetration zu vergrössern
● die Erforschung verschiedener Toxine, die entweder kleiner als existierende Inhaltsstoffe sind
oder die nicht auf Proteinen basieren und so weniger immunogen sind. Beispiele dafür sind
Pilztoxine wie Mitogillin, menschliche „Toxine“ wie der Tumornekrose-Faktor und zytolytische
Toxine, die nicht internalisiert werden müssen, weil sie die Zellmembran schädigen
● die Entwicklung neuer Applikations-Methoden, speziell von Zellen, die an Tumoren anbinden
und Immunotoxine ausscheiden
● der Gebrauch von Kombinationen von Immunotoxinen mit dem Ziel, heterogene Tumorzell-
Populationen abzutöten, die nach dem Abbau der Tumormasse noch verbleiben
● der Gebrauch von Mitteln, die die Wirkung von Immunotoxinen verstärken
Der rasche
Fortschritt bei der
Entwicklung
biologischer
Wirkstoffe und
ihre darauf
folgende
Einführung in die
Klinik bringen es
mit sich, dass die
effektivste
Anwendungsweise
noch gar
nicht gefunden
wurde und dass
die optimalste
Anwendung in
Kombination mit
anderen Mitteln
noch geprüft
werden muss.
● die Anwendung von Immunotoxinen in Kombination mit oder vor der Chemotherapie, um
den Vorteil der Chemotherapie-sensibilisierenden Wirkung auszunützen.
Die meisten dieser Methoden wurden bisher erst am Tiermodell getestet. Die klinische
Entwicklung braucht ein sorgfältiges Vorgehen, um zu verhindern, dass die schweren
Toxizitätsprobleme früherer Anwendungen sich wiederholen.
Die Optimierung der Anwendung vorhandener monoklonaler Antikörpertherapien: das Beispiel
Herceptin ®
Von grossem Interesse ist auch das Erkennen des optimalen Gebrauchs eines monoklonalen
Antikörpers in der klinischen Praxis. Der rasche Fortschritt bei der Entwicklung biologischer
Wirkstoffe und ihre darauf folgende Einführung in die Klinik bringen es mit sich, dass die
effektivste Anwendungsweise noch gar nicht gefunden wurde und dass die optimalste
Anwendung in Kombination mit anderen Mitteln noch geprüft werden muss. Dies gilt natürlich
auch für bereits existierende Chemotherapeutika. So ist zum Beispiel der optimale Gebrauch
des Taxans Paclitaxel in der Behandlung von Brustkrebs immer noch kontrovers und seine
Anwendung als adjuvante Therapie als Teil der sequentiellen Therapie mit Anthrazyklinen ist
erst in Nordamerika, nicht aber im Rest der Welt etabliert. Von noch grösserem Interesse ist die
beste Anwendungsart biologischer Wirkstoffe, weil diese neuartigen Therapeutika und ihr
Potential für die Wegleitung zur Gestaltung zukünftiger Therapien wichtig sind. Am Beispiel
Herceptin ® kann gezeigt werden, welche vielfältigen Aspekte zu bedenken sind, wenn der
optimale Gebrauch von biologischen Mitteln untersucht wird.
Der genaue Wirkungsmechanismus von Herceptin ® muss erst noch definiert werden,
unterscheidet sich aber von demjenigen aller andern Antikrebs-Wirkstoffe im klinischen
Gebrauch bei der Behandlung von Brustkrebs, indem er Zellsignalwege und Genexpression
7.8

7
beeinflusst. Dies legt den Schluss nahe, dass zytotoxische Wirkstoffe und Herceptin ® sehr
wahrscheinlich sich ergänzende Auswirkungen auf Krebszellen haben. Dieses Potential voll
auszuschöpfen könnte bedeuten, dass Kombinationen ohne vorgängige Testversuche
angewandt würden oder dass sie einen anderen Ansatz, entsprechend dem Patienten und den
Tumorcharakteristika erfordern könnten.
Einige Hinweise auf das wahrscheinliche Ansprechen von Patienten auf Herceptin ®
Kombinationstherapien können aus präklinischen Studien gewonnen werden (Tabelle 7.1).
Obwohl diese Daten bezüglich Wirksamkeit nur beschränkte Aussagen machen können, geben
sie doch Hinweise auf Kombinationen, für welche weitere Untersuchungen sinnreich scheinen.
. . . zytotoxische
Wirkstoffe und
Herceptin ® haben
sehr
wahrscheinlich
sich ergänzende
Auswirkungen auf
Krebszellen.
Tabelle 7.1. Die Wirkung von Herceptin ® und verschiedenen
Chemotherapeutika bei HER2-positiven Brustkrebs-Zell-
Linien.
Kombinationseffekt
Synergie Addition Antagonismus
Vinorelbin Doxorubicin Methotrexat
Docetaxel/Carboplatin Paclitaxel Gemzitabin
Docetaxel Epirubicin 5-Fluorouracil
Etoposid
Vinblastin
Cyclophosphamid
Paclitaxel/Carboplatin
Thiotepa
Cisplatin
Liposomales Doxorubicin
Kürzliche Resultate klinischer Studien von Herceptin ® werden in Tabelle 7.2 gezeigt. Die
Ansprechraten mit Herceptin ® plus Vinorelbin oder wöchentlich Paclitaxel sind höher als
diejenigen mit 3-wöchentlich Paclitaxel oder Anthrazyklin/Cyclophosphamid. Auch werden
andere Kombinationen, wie zum Beispiel mit Hormonen oder anderen Anthrazyklinen als
Doxorubicin und Platin-Analoge untersucht.
Eine andere interessante Forschungsfrage bezieht sich auf die Häufigkeit der Anwendung von
Herceptin ® . Seit mehr über die Wirkungsweise von Herceptin ® im Körper bekannt wird, wird
offensichtlich, dass höhere Dosen länger im Körper verbleiben. Dies war Anlass zu einer
Studie, bei der Herceptin ® alle drei Wochen verabreicht wurde (8mg/kg Initialdosis, dann
6mg/kg wöchentlich). Man konnte nachweisen, dass diese Verabreichungsart gut toleriert
wurde und dass die Serum-Konzentrationen von Herceptin ® mit denjenigen früherer Herceptin ® -
Studien vergleichbar waren.
Die optimale Zeiteinteilung für die Verabreichung von Herceptin ® , ob bei der adjuvanten
Behandlung oder bei metastasierender Erkrankung, ist ebenfalls Gegenstand von weiteren
Untersuchungen. Wie bei den meisten neuen Krebstherapien wurde bis jetzt bei den Herceptin ® -
Studien vor allem Beachtung auf die Behandlung von metastasierenden Erkrankungen gelegt.
Die HER2-Anomalien entwickeln sich aber früh in der Brustkrebsentstehung und ganz sicher
7.9

7
Tabelle 7.2. Die Wirksamkeit von Herceptin ® als
Monotherapie und in verschiedenen Kombinationen bei
HER2-positiven Patientinnen.
Herceptin ® -Behandlung (%) Anzahl Ansprechrate (%)
Erstlinientherapie Herceptin ® + 3-wöchentlich
Paclitaxel* 92 49
Herceptin ® + wöchentlich Paclitaxel 95 80,5
Herceptin ® + Vinorelbin* 30 80
Herceptin ® + Capecitabin 18 47
Zweit/Drittlinientherapie Herceptin ® als
Monotherapie* 172 18
Erstlinientherapie Herceptin ® als Monotherapie* 87 35
*Daten für stark HER2-positive Patientinnen.
Da HER2-positive
Patientinnen unter
einer aggressiven
Erkrankung leiden
und in allen
Stadien eine
schlechte
Prognose haben,
wäre es logisch,
diese Tumoren
schon in einem
frühen Stadium
mit einer auf sie
zugeschnittenen
Therapie zu
behandeln.
lange bevor die Krankheit invasiv wird. Da HER2-positive Patientinnen unter einer aggressiven
Erkrankung leiden und in allen Stadien eine schlechte Prognose haben, wäre es logisch, diese
Tumoren schon in einem frühen Stadium mit einer auf sie zugeschnittenen Therapie zu
behandeln. So gibt es nun seit kurzem Studien, die die Wirksamkeit und Sicherheit von
Herceptin ® als adjuvante Therapie für primären Brustkrebs untersuchen (die HERA-Studie in
Europa und die NSABP und Intergroup Studien in Nordamerika).
Schliesslich ist es auch wichtig, dem Umstand Rechnung zu tragen, dass auch andere
Krebsarten als das Mammakarzinom HER2-positiv sein können, wie zum Beispiel Blasen-,
Pankreas- und Magenkrebs. Das bedeutet, dass Herceptin ® auch bei diesen Tumorarten
wirksam sein könnte.
Die oben angeführten Studien zeigen das Ausmass der immer weiter gehenden Forschung, die
nötig ist, um das volle Potential eines biologischen Wirkstoffes auszuschöpfen. So liegt in der
Kombination mit anderen Mitteln ein grosses Potential, die Resultate zu verbessern und die
Verträglichkeit zu steigern. Auch eine Erweiterung des Anwendungsgebietes ist gut möglich.
Wenn ein biologischer Wirkstoff sich klinisch als wirksamer und verträglicher erweist als die
Standardtherapie, ist es sinnvoll, diesen so schnell und sicher wie möglich in die Praxis
einzuführen, gleichzeitig aber die Forschung weiter zu betreiben, um eine möglichst breite
Anwendung zu ermöglichen.
Krebsimpfungen
Man stellt sich die Zukunft der Methode mit Krebsimpfungen folgendermassen vor:
● Erforschung der Wirkung bei gleichzeitiger Anwendung von Chemotherapie, Zytokinen oder
anderen Mitteln mit der Impfung.
● Gleichzeitige Verabreichung dendritischer Zellen mit Tumor-Lysat-Impfungen. Diese Methode
hat Antitumor-Aktivität bei Patienten mit Melanomen gezeigt.
7.10

7
● Entwicklung von Virus-Vakzinen. Dazu werden Viren wie die Poxviren, die schon gut
erforscht worden sind für die Impfungen gegen andere Krankheiten, verwendet. Die
Begründung, Virus-Vakzine zu verwenden, ist die, dass Antigene, welche keine
Immunantwort stimulieren, wenn sie alleine verabreicht werden, dies tun, wenn sie von Viren
exprimiert werden. Ein Beispiel dafür ist das karzinoembryonale Antigen, das alleine
verabreicht keine Immunantwort stimuliert, aber eine starke Immunantwort hervorruft, wenn
es mit dem Vaccinia-Virus zusammen verabreicht wird. Andere mögliche Entwicklungen
beziehen sich auf Veränderungen von Antigenen, um sie vor der Expression in Viren und
multiplen Antigenen immunogener zu machen.
● Anwendung von Adenoviren als Vektor (siehe Kapitel 6), um Antigen-präsentierende Zellen,
wie dendritische Zellen oder Tumorzellen, genetisch zu verändern (Abbildung 7.1).
Adenoviren transferieren Gene wirksamer in dendritische oder Tumorzellen als andere
Transfer-Methoden. Die Expression des transferierten Gens durch die dendritischen Zellen
führt in diesem Fall zur Tumorantigen-Produktion und so zu einer kontinuierlichen Versorgung
mit Antigenen für T-Zellen. Im Fall von Tumorzellen könnte der in-vivo oder in-vitro
Gentransfer Zytokin-Gene miteinbeziehen, die die Immunogenität des Tumors erhöhen. Diese
beiden Methoden sind bis jetzt experimentell und erst am Tiermodell erforscht worden.
A)
1. Klonen der
Zytokin-Gene
APC
Zytokin-Gen
4. Zytotoxische
T-Zellen
lysieren
Tumor
T-Zelle
Adenovirus
2. Infektion von Tumorzellen mit
adenoviralem Vektor, der für
Zytokine kodiert
Tumorzelle
3. Modifizierte Tumorzellen
stimulieren T-Zellen
B)
2. Infizieren von APCs Adenovirus
mit adenoviralem Vektor,
der für TAA kodiert
APC
3. Modifizierte APCs
stimulieren T-Zellen
T-Zelle
TAA-Gen
1. Klonen des
TAA-Gen
Tumorzelle
4. Zytotoxische Zellen lysieren
Tumor
Abbildung 7.1. Genetische Veränderung von Tumorzellen mittels Adenoviren. A) Gentransfer direkt in
eine Tumorzelle; B) Gentransfer in Antigen-präsentierende Zellen (APCs), was zur T-Zell-Stimulation
und Tumor-Lyse führt. Reproduktion mit der Erlaubnis von Principles and Practice of the Biological
Therapy of Cancer. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins, 2000.
Gen-Therapie
Wie schon erwähnt, haben die meisten klinischen Therapieversuche bis anhin wenig
Wirksamkeit beim Gentransfer und/oder nur kurze Dauer der Expression gezeigt. Diese Hürde
muss überwunden werden, und dies kann nur durch weitere Grundlagenforschung an der
Verbesserung von Vektorsystemen geschehen. Weiter müssen auch die Verabreichungs-
Methoden untersucht werden, um solide Organe wirksam zu erreichen und sicher zu stellen,
7.11

7
dass die angezielten Zellen exponiert sind. Es ist unwahrscheinlich, dass eine einzige
Verabreichungstechnik bei allen Tumoren wirksam sein wird, aber bei einigen sind Fortschritte
erkennbar.
Andere Entwicklungen werden sich auf verschiedene mögliche Ziele für die Genmanipulation
beziehen. Zellarten, die momentan als mögliche Ziele für Genmanipulation untersucht werden,
sind:
● Lymphozyten, die für eine adoptive Immunotherapie gebraucht werden könnten, zum
Beispiel indem man Patienten Immunität zuführt, statt die aktive Immunität zu stimulieren. Das
Ziel des Gentransfers ist die Wirkungssteigerung von adoptiver Immunität oder die
Verbesserung der Sicherheit. Beispiele von Genen, die transferiert werden können, sind
solche, die für T-Zell-Rezeptoren kodieren, um die T-Zell-Spezifität und die Suizidgene so zu
verändern, dass die Toxizität in einem bestimmten Behandlungsstadium reduziert wird.
● Stammzellen, deren Modifikation einen potentiellen Langzeiteffekt auf den Krankheitsprozess
bei Krebspatienten haben könnte. Beispiele für eine potenziell sinnreiche Modifikation sind
der Transfer von Chemotherapie-resistenten Genen und Gen-Ersatz bei Störungen wegen
Fehlens eines einzelnen Gens.
. . . p53 und
Faktoren in den
von p53
vermittelten
Signalwegen
könnten zu guten
Angriffspunkten in
der Entwicklung
von Wirkstoffen
gegen Krebs
werden.
Gen-Therapie mit p53
Wegen seiner wichtigen Rolle von p53 in Zellzyklus-Checkpoints und der Apoptose und wegen
der Häufigkeit von p53-Mutationen bei menschlichen Krebserkrankungen wurde p53 als
potentielles Ziel von Antikrebstherapien ausgewählt. So könnten p53 und Faktoren in den von
p53 vermittelten Signalwegen zu guten Angriffspunkten in der Entwicklung von Wirkstoffen
gegen Krebs werden. Ein Weg könnte das Untersuchen der Mechanismen sein, die in die
normale Regulation der p53-Bildung involviert sind. Man kann sich vorstellen, dass die
Wiederherstellung von spezifischer DNA-Bindung durch p53 zur Aktivierung des „wild-type“-
p53-Gens führt und dabei die Zell-Proliferation und Apoptose-Induktion bewirkt. Derzeit wird in
präklinischen Studien das therapeutische Potential von Viren-gesteuerter Antitumor-Gentherapie
mit p53 untersucht. Diese Studien zeigen, dass ein Gen-Ersatz von p53 ein neuer Ansatz in der
Therapie von Krebs, zum Beispiel beim anaplastischen Wilms-Tumor sein könnte.
Zell-basierte Therapie
Wie schon in Kapitel 6 aufgeführt, überschneiden sich Zell-basierte Therapien, Krebsimpfungen
und Gen-Therapie in vielen Aspekten. So sind die Zukunftsaussichten ähnlich wie die früher
beschriebenen Behandlungsformen. Spezifische Entwicklungen werden sich vermutlich auf
dendritische Zellen konzentrieren, speziell auf Techniken, die eine Tumor-Antigen-Ladung dieser
Zellen erreichen, so dass starke T-Zell-Antworten stimuliert werden. Dies beinhaltet auch die
genetische Modifikation von Immunzellen, um immunokompetente Effektorzellen zu
produzieren.
Angiogenese ist
die Bildung neuer
Blutgefässe.
Neue Methoden, die auf die Tumor-Angiogenese ausgerichtet
sind
Angiogenese ist die Bildung neuer Blutgefässe. Dieser Prozess wird reguliert durch eine Familie
von vaskulären endothelialen Wachstumsfaktoren (auf englisch vascular endothelial growth
factor, VEGF) und Rezeptoren, welche vermutlich auch in der Lymphangiogenese (Bildung neuer
7.12

7
Lymphbahnen) und bei der Bildung von Angiopoetinen eine Rolle spielen. Die Angiogenese geschieht
primär während der embryonalen Entwicklung, aber auch unter streng kontrollierten physiologischen
Bedingungen, wie bei der Wundheilung und während des Menstruationszyklus. Die Kontrolle der
Angiogenese ist ein komplexer Ablauf, und während der Wundheilung basiert sie auf der Kurzzeit-
Expression angiogener Inhibitoren und Stimulatoren wie den VEGFs.
Eine Disregulation der Angiogenese kann bei verschiedenen Krankheiten beobachtet werden, und
eine der wichtigsten davon ist Krebs. Die Angiogenese ist essentiell für das Tumorwachstum. Ohne sie
können Tumoren nicht grösser als ungefähr 2mm werden. Bei dieser Grösse gleicht der Zelltod die
aggressive Zell-Proliferation, die für Tumoren charakteristisch ist, aus. Solide Tumoren, die grösser als
ungefähr 2mm sind, finden Wege, invasiv ins umliegende Gewebe einzudringen und das Wachstum
von Blutgefässen zu stimulieren, womit sie die Ernährung des Tumors gewährleisten. Dies wird durch
eine Reihe von Mechanismen erreicht, die die Expression von Metalloproteasen mit einschliesst,
welche die Gewebsinvasion ermöglichen, und auch mittels angiogener Faktoren, die vaskuläre
endotheliale Zellen aktivieren und stimulieren (Abbildung 7.2). Die Angiogenese erlaubt aber nicht
nur das Tumorwachstum über 2mm, sondern potenziert auch die Metastasierung, weil Tumorzellen so
überhaupt in die Blutbahn gelangen können.
Die bekannte wichtige Rolle, welche die Angiogenese in der Tumorentwicklung spielt, zusammen mit
der Erkennung verschiedener Faktoren, die bei der Stimulation dieses Prozesses wichtig sind, macht
sie zu einem attraktiven Ziel für die Tumortherapie. Anti-angiogenetische Wirkstoffe können unter
Umständen dauerhaftere Antworten produzieren, weil sie die Blutzufuhr für Tumoren hemmen
(Abbildung 7.3).
Matrix
Tumorzellen
Angiogene
Faktoren
Feedback stimuliert
Tumorwachstum
Produktion von
Metalloprotease
Vaskuläre endotheliale
Zellen
Abbau der Matrix
Tumor-Vaskularisation
und invasives Wachstum
Metastasierung
Abbildung 7.2. Schematische Darstellung der Abläufe, welche zur Tumor-Angiogenese und
Metastasierung führen. Tumorzellen setzen angiogene Faktoren frei, welche vaskuläre endotheliale
Zellen stimulieren, und Metalloproteasen, welche umgebendes Gewebe abbauen, was zu Tumor-
Vaskularisation, invasivem Wachstum und Metastasierung führt.
7.13

7
Nur Chemotherapie
Tumorwachstum
Chemotherapie +
anti-angiogenetischer
Wirkstoff
Zeit
Abbildung 7.3. Illustration, welche den möglichen Effekt anti-angiogenetischer Mittel auf die Dauer
des Ansprechens auf die Therapie zeigt.
Es wurde bereits eine ganze Anzahl von Stoffen erforscht, die für die Hemmung der Tumor-
Angiogenese in Frage kommen, und viele davon sind biologische Wirkstoffe.
● Marimastat. Ein lösliches hydroxamisches Säure-Derivat, das auf der Struktur von Kollagen
basiert, dem natürlichen Substrat für Matrix-Metalloproteasen. Marimastat ist der einzige
Matrix-Metalloprotease-Hemmstoff, der schon in Phase III Studien untersucht wurde. Die
Resultate waren unterschiedlich, indem eine Studie bei der Behandlung von Patienten mit
Pankreaskarzinom mit Gemzitabin die gleich guten Resultate erzielte, während eine zweite
im Vergleich mit Placebo einen Überlebensvorteil bei Magenkrebs zeigte. Eine dritte Studie
zeigte keinen Vorteil. Die Nebenwirkungen waren vor allem Fatigue und eine reversible
Polyarthritis.
● BAY12-9566. Dieser strukturell ausgeprägte Matrix-Metalloprotease-Hemmer ist ein Analog
von Butan-Säure und wirkt selektiver als Marimastat, indem er nur die Matrix-
Metalloproteasen 2 und 9 hemmt. Aber er schien die Überlebenszeit bei kleinzelligem
Lungenkarzinom zu reduzieren, worauf die weitere Entwicklung gestoppt wurde.
● Anti-VEGF monoklonale Antikörper. rhuMab VEGF ist ein rekombinanter humanisierter
monoklonaler Antikörper, der entwickelt wurde, um den wichtigsten Wachstumsfaktor
(VEGF), der an der Angiogenese beteiligt ist, gezielt anzugreifen. Er erwies sich bis jetzt als
gut verträglich, ähnlich wie andere Antikörpertherapien (z.B. Herceptin ® ) und erreichte ein
Ansprechen bei Krebspatienten.
● Vitaxin. Ein humanisierter monoklonaler Antikörper, der auf ein Protein gerichtet ist, das für
eine starke Neovaskulatur exprimiert. Vitaxin hat in frühen klinischen Versuchen Antitumor-
Aktivität gezeigt.
● Wachstumsregulierende Protein-Fragmente (Growth regulatory protein fragments). Endostatin
und Angiostatin werden durch proteolytische Prozesse im Kollagen und Plasminogen
hergestellt. Diese Moleküle sind spezifische und potente Hemmer der endothelialen Zell-
Proliferation (Abbildung 7.4).
● IM862. Ein L-Glutamyl-L-Triptophan Dipeptid, welches aus dem Thymus isoliert wird. IM862
hemmt die Angiogenese und hat in-vitro immunmodulatorische Eigenschaften. Dieser
Wirkstoff hat bemerkenswerte Aktivität bei Kaposi-Sarkomen gezeigt und wird zurzeit auch
bei andern Krebsarten untersucht.
7.14

7
Kochsalzlösung
600
Tumorvolumen (mm 3 )
500
400
300
200
100
Angiostatin
–19 0 4 8 12 16 20 24 28
Behandlungsbeginn
Behandlungstag
Abbildung 7.4. Die Wirkung von Angiostatin auf das Wachstum von Prostatakrebs-Xenografts bei
Mäusen. Bei Mäusen, welche mit Placebos (gestrichelte Linie) behandelt wurden (Kochsalz), wuchsen
die Tumoren schnell, während Angiostatin das Tumorwachstum verlangsamte und eine
Tumorregression induzierte. Reproduktion mit der Erlaubnis von Principles and Practice of the
Biological Therapy of Cancer. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins, 2000.
● Interferon-α. Dieses Zytokin wird schon vielseitig eingesetzt in der Krebsbehandlung, aber es
ist der erste anti-angiogenetische Wirkstoff, der bei der Behandlung von Hämangiomen und
fortgeschrittenen Riesenzell-Knochentumoren Aktivität gezeigt hat.
Diese Liste einiger ausgewählter biologischer anti-angiogenetischer Wirkstoffe, die momentan
untersucht werden, zeigt, dass die Erforschung potentieller Anwendungsmöglichkeiten in der
Antikrebstherapie erst in den Anfängen steckt. Zudem wird ersichtlich, dass ein gleiches
Problem mit verschiedenen Methoden angegangen werden kann und dass es möglich ist, in
verschiedene Phasen eines komplexen Prozesses einzugreifen.
7.15

7
Zusammenfassung: Auswirkungen für Patienten mit Krebs
. . . biologische
Methoden in der
Krebsbehandlung
haben das
Potential,
onkologische
Fachleute mit
einem Reichtum
neuer
therapeutischer
Errungenschaften
auszurüsten.
Biologische
Therapien werden
eine wichtige Rolle
spielen in der
Individualisierung
der Therapien,
weil viele dieser
Wirkstoffe für eine
spezifische
Anomalie
massgeschneidert
sind.
Es ist klar ersichtlich, dass biologische Methoden in der Krebsbehandlung das Potential haben,
onkologische Fachleute mit einem Reichtum neuer therapeutischer Errungenschaften
auszurüsten. Die Erfahrungen mit den relativ wenigen biologischen Wirkstoffen, die für den
klinischen Gebrauch zugelassen sind, weisen darauf hin, dass diese neuen Mittel sehr
wahrscheinlich viele Vorteile und eine grosse Bandbreite von Anwendungsmöglichkeiten
bringen werden. Nach unserem Verständnis der komplexen biologischen Abläufe der
Entstehung, Erhaltung und Metastasierung von Krebs und im Erforschen der Funktion unseres
Immunsystems sind rasche Fortschritte zu verzeichnen, wodurch viele der bereits bestehenden
Strategien noch zu verfeinern und neue biologische Strategien zu erwarten sind.
Die Aufmerksamkeit gilt den biologischen Therapien als fortschrittlichem Weg in der
Krebsbehandlung, und dies wird Auswirkungen haben auf die zukünftige Behandlung von
Krebspatienten. Wie die Diskussionen um die Anwendung von Micro-Arrays für Gen-Profile und
Proteomics aufzeigen, werden Tumoren vermehrt auf der molekularen Ebene charakterisiert
werden. Wenn die Wirkungen von noch mehr Genen und Proteinen auf das Verhalten von
Krebs bekannt sein werden, wird die Tumor-Charakterisierung ein wichtiges Werkzeug zur
Auswahl der besten Therapie für alle Krebspatienten sein. Sie wird Informationen über Wirkung
oder Resistenz oder über den Vorteil gewisser Kombinationen geben. Biologische Therapien
werden eine wichtige Rolle spielen in der Individualisierung der Therapien, weil viele dieser
Wirkstoffe für eine spezifische Anomalie massgeschneidert sind.
Diese Veränderung im Krebsmanagement wird die onkologische Praxis beeinflussen, speziell
auch in Bezug auf die Informationen, welche die Patienten dann benötigen werden. Eine Folge
der Tumor-Charakterisierung wird sein, dass zwei Patienten mit klinisch ähnlichen Tumoren
verschiedene Therapien erhalten. Die Gründe dafür müssen den Patienten erklärt werden. Viele
Pflegefachfrauen sammeln heute schon die ersten Erfahrungen dafür in der Behandlung von
Frauen mit metastasierendem Mammakarzinom, welche Herceptin ® erhalten. Andere
Veränderungen werden im Bereich der Nebenwirkungen zu finden sein, welche meist leichter
und schneller vorübergehend sein werden als diejenigen der traditionellen Chemotherapie.
Auch die Therapiedauer wird anders sein, vermutlich werden viele biologische Wirkstoffe, vor
allem Antikörper, Zytokine und Zell-Therapien für längere Zeit bei positiv ansprechenden
Patienten angewandt werden, um eine fortdauernde Tumor-Suppression zu gewährleisten. Dies
verlangt ein Umdenken und schliesslich wird das Heilen weniger im Vordergrund stehen als die
Vorbeugung der Tumorprogression.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die momentanen Fortschritte in der Technologie,
Tumor-Charakterisierung und biologischen Therapie die folgenden Auswirkungen haben
werden:
● Die Anwendung massgeschneiderter Therapien, speziell mit biologischen Wirkstoffen, wird
üblicher werden.
● Die Wirksamkeit der Behandlungen wird erhöht, weil Zell-Signalwege, welche für die
Erhaltung der Tumore wichtig sind, entweder selektiv blockiert oder auch wenn nötig
aktiviert werden können.
● Die Toxizität, die heute bei der Krebsbehandlung oft gross ist, wird reduziert, weil
Krebszellen selektiv behandelt werden können.
7.16

7
● Die Therapie wird individualisiert, je nach Tumor-Charakterisierung, so dass der Patient eine
massgeschneiderte Behandlung mit dem für ihn bestmöglichen Resultat bekommen kann.
● Onkologiepflegende werden eine wichtige Aufgabe in der Information von Patienten mit
Krebs haben in Bezug auf:
– die Auswirkungen zellulärer Faktoren auf die Prognose und das Tumorverhalten
– Diagnose, Tumor-Charakterisierung und individuelle Behandlung
– die zu erwartenden Auswirkungen der neuen massgeschneiderten biologischen
Therapien, mit allen Vorteilen und Nebenwirkungen.
7.17

7
Fragen zur Selbsteinschätzung
1. Es ist bekannt, dass Tumoren durch eine Vielzahl genetischer Veränderungen entstehen.
Beschreiben Sie, welche Methoden angewandt werden könnten, um Kombinationen
verschiedener genetischer Veränderungen in einem Tumor zu erkennen.
2. Beschreiben Sie die praktischen klinischen Auswirkungen von Gen-Expressions-Profilen.
3. Fügen Sie die am meisten zutreffende Aussage in die unten folgenden Sätze ein.
Zell-Signalwege und Signal-Transduktion
das Studium der Gen-Expression
Tausende von Antikörpern mit bekannter Spezifität auf einem Chip
Form, Funktion und Kontrolle von Zellprotein-Netzwerken
Strategien für die Zubereitung massgeschneiderter Therapien
a) Proteomics ist das Studium von ……………………..…………
b) Die Protein-Expression in individuellen Zellen kann studiert werden, indem man ein Chip-
System benützt, das im Wesentlichen ……………………………………… aufweist.
c) Der Vergleich von Protein-Expressionen zwischen Gewebsproben eines individuellen
Patienten kann angewandt werden in der Entwicklung von ………………………..………
d) Proteomics kann auf verschiedene Arten angewandt werden, zum Beispiel in Studien
von ……………………..…………
e) Die Beziehungen zwischen Protein-Interaktionen und ihre Komplexität bedeuten, dass
Proteomics wahrscheinlich mehr Wissen über die Zellfunktion hervorbringen wird,
als ……………………..…………
4. Einige Fortschritte basieren auf der Weiterentwicklung existierender Methoden. Schlagen
Sie je einen möglichen Weg vor, wie Zytokin-Therapien und Antikörper-Therapien verbessert
werden könnten.
7.18

7
5. Die Angiogenese – die Bildung neuer Blutgefässe – ist entscheidend für das Tumor-
Wachstum. Fügen Sie die jeweils passende Bezeichnung in das unten stehende Diagramm
ein, welches die Schlüsselereignisse beschreibt, die zur Tumor-Angiogenese und zur
Metastasierung führen.
Angiogenese-Faktoren
Metastase
Vaskuläre Endothelialzellen
Proliferation und Invasion
6. Erläutern Sie kurz die möglichen Auswirkungen, die biologische Therapien auf die Pflege
und Betreuung der Patienten aus der Sicht einer Onkologie-Pflegenden haben könnten.
Die Antworten auf diese Fragen finden Sie auf Seite 8.14.
7.19

Anhang
8
Antworten auf die Fragen zur Selbsteinschätzung
Kapitel 1. Krebs: die Geschichte bis heute
1. Krebs stellt ein globales Gesundheitsproblem dar, aber es gibt Unterschiede zwischen den
verschiedenen Ländern bezüglich Häufigkeit, Krebsart und Mortalität. Welche Einflüsse sind
für diese Unterschiede verantwortlich?
Verschiedenheiten bezüglich Inzidenz und Art der Krebskrankheiten reflektieren
Unterschiede in Umweltfaktoren, wie Ernährung und Tabakkonsum, welche die
Krebsentwicklung beeinflussen, und möglicherweise auch genetische Unterschiede zwischen
den Populationen. Auch die Früherkennung und Screening-Massnahmen mit folgerichtigen
therapeutischen Interventionen können die Krebsmortalität beeinflussen. Allerdings haben
die Gesamtüberlebensraten sich nicht verändert – die Überlebenszeit eines Krebspatienten
kann länger werden, aber die Todesursache wird im Allgemeinen weiterhin Krebs sein.
2. Krebsprävention kann unterteilt werden in primäre, sekundäre und tertiäre Prävention.
Geben Sie bitte vier Beispiele für die primäre Prävention, drei für die sekundäre und zwei
für die tertiäre.
Massnahmen der primären Prävention basieren auf den verursachenden Wirkstoffen
(Karzinogenen), welche in der Entstehung und Entwicklung von Krebs (Karzinogenese) eine
Rolle spielen. Dies sind in erster Linie Umwelt- und Lebensstil-Faktoren. Präventive
Massnahmen sind:
● Nichtrauchen
● übermässige Sonnenexposition vermeiden
● mässiger Alkoholgenuss
● gesunde Ernährung
● regelmässige Bewegung und Vermeiden von Gewichtszunahme
● Vermeiden von bekannten Karzinogenen, wo dies möglich ist und Ergreifen aller nötigen
Sicherheitsmassnahmen, wo dies nicht möglich ist.
Sekundäre Prävention bedeutet die frühe Entdeckung, um damit die Wirksamkeit der
Behandlung zu maximieren. Folgende Massnahmen sind dafür zu empfehlen:
● Aufklärungskampagnen, damit das Bewusstsein in der Bevölkerung wächst. Dazu
gehören die Anleitung zur Selbstuntersuchung und die Information, bei welchen
Symptomen der Arzt frühzeitig aufgesucht werden muss.
● Krebs-Vorsorge und Screening:
– Zervix-Abstrich
– Sigmoidoskopie
– Stuhluntersuchungen auf unsichtbares Blut
– Digitale Rektaluntersuchung
– Mammographie.
8.1

8
● Tests auf biochemische Tumormarker (z.B. CA125-Bestimmung im Blut bei Ovarialkrebs)
oder auf mögliche prädisponierende genetische Faktoren (z.B. BRCA1- und BRCA2-Gen
bei Brustkrebs) bei Hochrisiko-Personen.
Tertiäre Prävention basiert auf chirurgischen oder medikamentösen Massnahmen, welche bei
Personen mit hohem Krebsrisiko in Erwägung gezogen werden. Solche Massnahmen sind
zum Beispiel:
● prophylaktische chirurgische Eingriffe (z.B. Mastektomie bei Frauen mit hohem Risiko
wegen familiärem Mammakarzinom)
● Chemoprävention (d.h. Verabreichung von Chemotherapie an Hochrisiko-Personen).
Diese Methode ist zurzeit Gegenstand der Forschung. Allfälliger Nutzen und Schaden
müssen sorgsam gegeneinander abgewogen werden.
3. Therapeutische Möglichkeiten sind stark abhängig vom Tumorstadium. Zählen Sie bitte drei
Hauptgründe für chirurgische Behandlungen auf und erklären Sie diese.
● Prävention – die Entfernung einer Geschwulst, welche zwar nicht maligne ist, von der
aber bekannt ist, dass sie sich zu einem malignen Tumor entwickeln kann.
● Diagnostik – Entnahme von Gewebsproben für die Laboruntersuchung zur Bestätigung
der Diagnose und zur Identifikation des Krebses.
● Staging – zur Feststellung der Ausbreitung der Krankheit.
● Kurativ – die Entfernung des Tumors, wenn er lokalisiert ist, in der Hoffnung auf
vollständige Entfernung des krebsartigen Gewebes.
● Palliativ – die Behandlung der Komplikationen bei der fortgeschrittenen Erkrankung wie
Schmerz, und Verbesserung der Lebensqualität.
● Supportiv – um die Behandlung zu unterstützen, zum Beispiel mit einem Gefässzugang,
um die Verabreichung von Chemotherapie zu erleichtern.
● Wiederherstellung – um das Erscheinungsbild einer Person oder die Funktion eines
Körperteils oder Organs zu verbessern.
4. Andere Therapiemöglichkeiten sind Radiotherapie, Hormontherapie und Chemotherapie.
Erklären Sie kurz das Hauptziel dieser drei Therapiearten und ihre wichtigsten
Nebenwirkungen.
● Radiotherapie benützt Hochenergie-Partikel oder Strahlen wie Röntgen- oder
Gammastrahlen, um Krebszellen zu schädigen oder zu zerstören. Während
Radiotherapie Krebszellen zerstören kann, hat sie auch Auswirkungen auf die
umgebenden normalen Zellen. Diese unspezifische Wirkung kann eine Anzahl von
Nebenwirkungen haben, wie Müdigkeit, hämatologische Toxizität, Stomatitis,
Hautschäden, Appetitverlust, Heiserkeit, Haarverlust, Schluckbeschwerden, Nausea und
Erbrechen und Durchfall. Diese Nebenwirkungen sind in ihrer Inzidenz unterschiedlich je
nach Bestrahlungsort und -Dosis, und sind auch von Mensch zu Mensch verschieden.
● Hormontherapie ist die Behandlung mit Medikamenten, die in die Hormonproduktion
oder -Aktivität eingreifen, oder die chirurgische Entfernung Hormon produzierender
Drüsen, um Krebszellen zu zerstören oder ihr Wachstum zu verlangsamen. Obwohl sie
weniger Nebenwirkungen hat als Chemotherapie, verspüren Patienten folgende
Nebenwirkungen: Wallungen und Schweissausbrüche, Nausea, Diarrhö und
8.2

8
Verdauungsbeschwerden, Gewichtszunahme, Veränderungen im Menstruationszyklus,
Muskelkrämpfe, Stimmungsschwankungen, allergische Reaktionen, Kopfweh und
Thrombose-Neigung.
● Chemotherapie (zytotoxische) ist der Gebrauch von Medikamenten zur Krebsbehandlung
und wirkt zerstörend auf sich schnell teilende Zellen. Es ist wichtig, ein Gleichgewicht zu
finden zwischen dem Angreifen und Töten von Krebszellen und der Zerstörung von
normalen Zellen. Die unspezifischen Eigenschaften der Chemotherapie bedeuten, dass
sie mit beträchtlichen Nebenwirkungen verbunden ist wie: Knochenmark-Suppression,
welche zu hämatologischen Beeinträchtigungen (zu tiefe Leukozyten-, Erythrozyten- und
Thrombozytenzahl) und Infektionen führt, Haarverlust, Appetit- und Gewichtsverlust,
Stomatitis und Ösophagitis, Übelkeit und Erbrechen, Verstopfung,
Geschmacksveränderungen, Durchfall, Müdigkeit, Herzschäden, ZNS-Veränderungen
und Schäden an Lunge, Leber, Nieren und Geschlechtsorganen.
5. Beschreiben Sie Methoden zur Verbesserung der Spezifität und Zielgenauigkeit von
Antikrebstherapien.
Im Moment ist die biologische oder Immunotherapie eine der Hauptmethoden in der
Entwicklung gezielter Krebstherapien. Sie basiert auf Komponenten des Immunsystems und
ist so gestaltet, dass sie Krebszellen spezifisch angreift, während die normalen Zellen
verschont bleiben und wirkt durch die Stimulation oder Nachahmung der natürlichen
Abwehr des Körpers, des Immunsystems.
Kapitel 2. Zellwachstumskontrolle und Krebs
1. Welche Eigenschaften unterscheiden Krebszellen von normalen Zellen?
Krebszellen haben zwei Eigenschaften, die sie von normalen Zellen unterscheiden: sie
proliferieren (vermehren sich) schnell und unkontrolliert und werden deshalb als neoplastisch
bezeichnet, und sie haben spezielle Charakteristika, die sie befähigen, in umliegendes
Gewebe einzudringen und es zu besiedeln, was bedeutet, dass die Zellen maligne sind.
Zellteilung, Wachstum, Differenzierung und programmierter Zelltod (Apoptose) sind wichtige
Elemente einer normal funktionierenden Zelle. Ein Zusammenbruch des Gleichgewichtes
zwischen Zelltod und Entstehung neuer Zellen kann Krankheit verursachen; Organ-
Dysfunktion und Tod, wenn die Apoptose überwiegt, oder Krebs, wenn die Zellvermehrung
überwiegt.
2. Der Zellzyklus ist ein geordneter Ablauf von Ereignissen, bei denen eine Zelle ihren Inhalt
verdoppelt und sich zweiteilt. Was sind die Ziele des Zellzyklus?
Die Ziele des Zellzyklus sind:
● genaue Replikation der DNA in den Chromosomen der Elternzellen
● gleichmässige Verteilung der Chromosomen zwischen den beiden Tochterzellen
● Verdoppelung des Zytoplasma-Inhaltes.
8.3

8
3. Die Mitose ermöglicht es den Zellen, zu proliferieren, während die korrekte diploide Zahl
von Chromosomen in jeder Zelle erhalten bleibt. Erklären Sie, wie Chromosomen von einer
Eizelle und einem Spermium zusammengefügt werden können, während die korrekte
Chromosomenzahl aufrechterhalten wird.
Der sexuelle Reproduktionszyklus verkörpert eine spezielle Art von Zellteilung genannt
Meiose, welche sicherstellt, dass Eizelle und Sperma nur die Hälfte der diploiden Zahl von
Chromosomen (haploid) haben. Die Meiose beinhaltet zwei aufeinander folgende Zellkern-
Teilungen, aber nur eine Runde von DNA-Replikation, so dass Eizell- und Sperma-
Tochterzellen haploid sind. So bekommt der Embryo, der aus der Befruchtung resultiert, den
vollen diploiden Satz von Chromosomen.
4. Der Zellzyklus wird durch Prüfstellen und spezifische biochemische und physikalische
Faktoren, die den Zyklus beeinflussen, gut kontrolliert. Beschreiben Sie die Rolle der
Wachstumsfaktoren und der Zell-Verankerung in der Kontrolle des Zellzyklus.
Wachstumsfaktoren sind Proteine, die an Rezeptoren in der Plasmamembran von avisierten
Zellen anbinden, um die Zell-Proliferation zu beeinflussen (zu stimulieren oder zu hemmen).
Einige Wachstumsfaktoren haben eine breite Spezifität und sind fähig, das Wachstum vieler
verschiedener Arten von Zellen zu beeinflussen, während andere nur eine schmale Spezifität
haben und nur auf einen bestimmten Zelltyp einwirken. Durch die Anbindung an einen
Partner-Rezeptor aktivieren Wachstumsfaktoren letztlich Gene, welche dann spezifische
Proteine herstellen und die Zell-Proliferation beeinflussen. Hormone können auch als
Wachstumsfaktoren agieren: exzessive Hormonstimulation ist mit erhöhter Zellteilung
verbunden und kann schliesslich zu malignem Tumorwachstum führen.
Die meisten Zellen müssen an ein Fundament verankert sein, bevor sie sich teilen können.
Wahrscheinlich benötigen die Zellen physikalischen Kontakt, so dass sie kommunizieren
können und so sicherstellen, dass die Zellzyklen innerhalb eines Organs synchronisiert
bleiben. Krebszellen haben spezielle Eigenschaften, die ihnen die Ausnahme von der Regel
erlauben und sie von einer Verankerung unabhängig machen. So können sie sich ablösen
und Blutgefässe oder andere Körper-Transportwege benützen, um in andere Organe zu
gelangen und in andere Gewebe einzudringen (metastasieren), die fern von der Stelle des
Primärtumors sind.
8.4

8
Kapitel 3. Genetische Grundlagen der Krebsentstehung
1. Genetische Elemente und Prozesse können in einer hierarchischen und folgerichtigen
Reihenfolge dargestellt werden. Vervollständigen Sie das folgende Fliessdiagramm, indem
Sie die passenden Begriffe von der unten stehenden Liste einfügen. Die zwei Sternchen
stehen für die zwei Mutations-Wege, die unkontrolliertes Zellwachstum und invasives
Tumorwachstum bewirken können. Bitte nennen Sie diese.
Genom
Chromosomen
Gene
**
DNA
mRNA
Protein
Transkription
Translation
Basen
**Zwei Mutationswege sind:
● genetische Mutationen, welche ein Proliferations-Gen hyperaktiv machen
● genetische Mutationen, welche ein Antiproliferations-Gen inaktivieren.
2. Wie kann ein Proto-Onkogen in ein Onkogen umgewandelt werden? Welche Arten von
Prozessen werden von den bekannten Proto-Onkogenen kontrolliert?
Proto-Onkogene können durch die Anwesenheit eines Karzinogens (wie zum Beispiel
Sonnenlicht, radioaktive Strahlung oder Viren) in Onkogene transformiert werden. Die
Mutationen, die daraus folgen, entstehen meist durch Punktmutationen, Deletionen oder Gen-
Amplifikation. Proto-Onkogene sind oft Gene, welche Teile der Mechanismen kodieren, die
die Zellteilung, Differenzierung oder den Zelltod regulieren. (Mutationen in Tumor-
Suppressor-Genen und Mismatch-Reparatur-Genen können ebenfalls eine Rolle in der
Entwicklung von Krebs spielen.)
8.5

8
3. Beschreiben Sie, wie Mutationen zur Entwicklung von Krebs führen können, und benützen
Sie dazu einerseits das Tumor-Suppressor-Gen p53 und andererseits den Wachstumsfaktor-
Rezeptor HER2 als Beispiel.
p53 ist ein wirkungsvoller Tumor-Suppressor-Transkriptionsfaktor, welcher normalerweise
Zellen befähigt, mit DNA-Schäden erfolgreich umzugehen. Er tut dies, indem er der
Proliferation vorbeugt und den Zellzyklus so lange anhält, bis die DNA repariert ist, bevor
die Replikation stattfindet. Wenn die DNA nicht repariert werden kann, leitet p53 die
Apoptose ein. Mutationen, welche p53 an der Bindung an die DNA hindern, hemmen seine
Fähigkeit, die DNA-Replikation zu verhindern oder die Apoptose bei Zellen mit irreparablen
DNA-Schäden einzuleiten und können so zur Entwicklung von Krebs führen.
HER2 kodiert ein Mitglied aus der Familie der transmembranen Wachstumsfaktor-
Rezeptoren, welche in der Kontrolle der Zellreplikation, des Zellwachstums, der
Differenzierung und des Zell-Überlebens eine Rolle spielen. Eine HER2 Gen-Amplifikation
führt dazu, dass einzelne Zellen mehr als zwei Kopien des Gens aufweisen. Dies führt zu
stark erhöhter HER2-Rezeptor-Ausprägung und somit zur exzessiven Stimulation von
Signalwegen und zur unkontrollierten Zell-Proliferation.
4. Was ist eine Signal-Transduktion und was bewirkt sie?
Signal-Transduktion ist der Prozess, bei welchem die Stimulation eines bestimmten Rezeptors
eine Serie von Ereignissen in der Zelle auslöst, was zu einer Gen- und Protein-Antwort führt.
Sie stellt sicher, dass Zellen fähig sind, auf ihre Mikro-Umgebung zu reagieren, indem
extrazelluläre Stimuli empfangen, verstanden und zum Zellkern übermittelt werden und somit
angepasste zellspezifische Antworten aktiviert werden.
5. Zählen Sie kurz die wichtigsten Stadien und Ereignisse bei einem typischen Signal-
Transduktions-Ablauf auf und benützen Sie dazu einen Wachstumsfaktor als ersten Schritt.
Schritt 1: Der extrazelluläre Wachstumsfaktor (Ligand) bindet an seinen spezifischen
Rezeptor an der Zellmembran.
Schritt 2: Die Ligand-Bindung aktiviert den Rezeptor, was die Stimulation des Enzyms
Tyrosinkinase bewirkt.
Schritt 3: Die Tyrosinkinase phosphoryliert und aktiviert Mediatoren im Signal-
Transduktionsweg.
Schritt 4: Als Resultat davon wird die Gen-Expression im Zellkern reguliert.
6. Beschreiben Sie die Rolle von Genmutationen bei der Auslösung von Krebs.
Die Tumor-Progression von einer nicht-malignen Läsion zum invasiven Tumor und bis zur
metastasierenden Tumorerkrankung beinhaltet viele aufeinander folgende Runden von
Mutationen und natürlicher Selektion. Während dieses Prozesses erwerben sich Zellen,
welche von einer Mutterzelle mit einer einzigen Mutation abstammen, weitere Mutationen
und werden zunehmend aggressiver. Es wird also angenommen, dass die Entwicklung von
Krebs normalerweise mehrere voneinander unabhängige seltene Ereignisse in derselben
Zelle benötigt. Mutationen in gewissen Zellen (Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressoren)
haben mehr Wirkung als solche in anderen Zellen, welche keine Schlüsselstellen in der
Kontrolle der Zell-Signalisierung haben.
8.6

8
Kapitel 4. Das Immunsystem: Die Basis für alle biologischen Therapien
1. Definieren und beschreiben Sie die Ergebnisse einer Immunantwort und geben Sie an,
warum die korrekte Identifikation eines Stoffes als fremd und potentiell schädlich so wichtig
ist.
Eine Immunantwort ist die Antwort, die durch die Zellen und Moleküle des Immunsystems auf
das Eindringen eines fremden Stoffes (Antigens) erfolgt. Das Ergebnis ist die Eliminierung
und Zerstörung des eingedrungenen Stoffes und aller damit verbundenen toxischen Stoffe.
Wenn es einmal aktiviert ist, ist das Immunsystem sehr effizient bei der Entfernung von
Eindringlingen, und deshalb ist es sehr wichtig, dass es sich nicht gegen harmlose oder
körpereigene Stoffe wendet.
2. Zeichnen und beschriften Sie ein generalisiertes Antikörper-Molekül und geben Sie an,
welche Teile an Antigene und welche an andere Zellen des Immunsystems binden.
Variable Region (Fab) – bindet das Antigen
Konstante Region (Fc) – bindet an Immunzellen
3. Beschreiben Sie, wie Antikörper als Antwort auf einen Fremdstoff gebildet werden, und
zählen Sie die drei Hauptwege auf, wie sie wirken.
Antigene haben spezifische Antigen-Determinanten (Epitope), welche es ermöglichen, dass
sie durch Zellen des Immunsystems erkannt werden. Spezielle Zellen, genannt Antigenpräsentierende
Zellen, sammeln Antigene in lymphatischen Organen, wo sie den B- und
T-Zellen ausgesetzt sind. Beim Kontakt werden T-Zellen aktiviert, proliferieren und
differenzieren, töten infizierte Zellen und aktivieren andere Zellen wie die B-Zellen, welche
in der Immunabwehr helfen. Jede B-Zelle ist fähig, ein spezifisches Antigen zu erkennen und
dagegen Antikörper zu bilden. Wenn eine B-Zelle ihr zugehöriges Antigen erkennt und
wenn auch entsprechende T-Zell-Signale vorhanden sind, bindet sie an das Antigen. Nach
der Bindung proliferiert die B-Zelle rasch und produziert Tausende identischer B-Zell-Klone,
die alle spezifische Antikörper für das Antigen produzieren.
8.7

8
Antigene wirken durch:
● Neutralisierung – indem sie die biologische Aktivität der Zielmoleküle blockieren
● Opsonisation – indem sie das Antigen bezeichnen und so andere Zellen des
Immunsystems zur Hilfe holen, die dann das Antigen entfernen und zerstören
● Komplement-Aktivierung – indem sie eine ganze Reihe von Enzymen aktivieren, was mit
dem Tod des Mikroorganismus endet.
4. Geben Sie an, welche der folgenden Aussagen richtig oder falsch sind, und wenn sie falsch
sind, geben Sie die richtige Antwort:
● Das angeborene (oder natürliche) Immunsystem antwortet schnell auf fremde
Organismen.
RICHTIG
● Wenn es einmal geprägt wurde von einem ersten Antigen-Kontakt, hat das erworbene
Immunsystem ein Antigen-Gedächtnis und ist fähig, die Stärke und Effektivität der Antwort
auf nachfolgende Reize mit demselben Antigen zu erhöhen.
RICHTIG
● Die zellvermittelte Immunantwort ist Antikörper-abhängig.
FALSCH. Diese Art von Immunantwort schliesst die Produktion spezialisierter Zellen mit
ein, die fähig sind, direkt auf die Zellen, die das Antigen präsentieren, zu reagieren und
sie zu töten. Die Zellen, welche in diese Antwort involviert sind, können Chemikalien
ausscheiden, die spezielle Killerzellen (Makrophagen) aktivieren, die Eindringlinge
zerstören.
● T-Zellen und B-Zellen, die durch ein Antigen stimuliert worden sind, sind morphologisch
nicht zu unterscheiden.
FALSCH. Obschon jungfräuliche, unstimulierte T- und B-Zellen sehr ähnlich sind,
unterscheiden sie sich nach der Stimulierung durch Antigene: B-Zellen differenzieren sich
und werden zu grossen Plasma-Zellen, welche die Antigen-Produktionsstätte des
Immunsystems darstellen.
● T-Zellen werden so genannt, weil sie im Thymus reifen.
RICHTIG
5. Beschreiben Sie, wie ein einzelner Typ von Antikörpern (monoklonaler Antikörper MAb) im
Labor hergestellt werden kann und geben Sie zwei Vorteile von MAbs gegenüber
polyklonalen Antikörpern an.
Lymphozyten eines immunisierten Tiers werden verschmolzen mit unsterblichen Zellen eines
B-Lymphozyten-Tumors, so dass unsterbliche Hybrid-Zellen (Hybridome) entstehen. Diese
Zellen werden in einer Weise gezüchtet, dass jede Hybridom-Zelle eine Zellkultur produziert.
Diese vermehren sich endlos und produzieren so einen Typ Antikörper. Individuelle
Hybridom-Klone können so zur endlosen und stabilen Quelle eines monoklonalen
Antikörpers werden.
8.8

8
Vorteile der Hybridom-Technik sind folgende:
● die Unsterblichkeit der Hybridom-Zell-Linie bedeutet, dass die Antikörper-Produktion stabil
und dauerhaft ist
● die Antikörper haben eine uniforme Spezifität, was bedeutet, dass die Wirkstoffe mehr
nützen als weniger spezifische polyklonale Antikörper und dass keine Notwendigkeit zur
Reinigung des benötigten Antikörpers aus einer heterogenen Mischung besteht
● grosse Mengen des MAb können produziert werden.
6. Sowohl normale wie auch nicht normale Aktivitäten des Immunsystems können Krankheit
erzeugen. Ergänzen Sie die folgenden Sätze mit dem passendsten Beispiel von Erkrankung
aus der Liste:
Allergische Reaktionen Autoimmun Immunüberwachung
Immunabwehrschwäche- Perniziöse Anämie Tuberkulose
Erkrankungen
● Bei Tuberkulose widersteht das Bakterium der Zerstörung durch Makrophagen und
vermehrt sich stattdessen innerhalb des Makrophagen. Wenn der Makrophag
schlussendlich platzt, breitet sich das Bakterium aus, Lysosomen-Inhalt strömt aus und
verursacht Schäden am Gewebe des Wirts.
● Allergische Reaktionen geschehen wegen einer übermässigen T-Zell-Antwort auf ein
schwach immunogenes Antigen.
● Mangel an T- und B-Zellen aus verschiedenen Gründen, inklusive T-Zell-Zerstörung, kann
Immunabwehrschwäche-Erkrankungen verursachen.
● Wenn das Immunsystem Komponenten der Wirts-Zellen angreift, dann können
autoimmune Erkrankungen wie perniziöse Anämie entstehen.
● Der Prozess, bei dem das Immunsystem des Körpers fähig ist, Zellen mit ungewöhnlichen
Typen oder Mengen von Proteinen an ihrer Zelloberfläche zu finden und sich dagegen
zu wehren, ist bekannt als Immunüberwachung.
7. Obwohl viele Krebszellen ungewöhnliche Gene oder aussergewöhnliche Mengen von
Antigenen an ihrer Oberfläche haben, ist die Immunabwehr dort ineffektiv. Geben Sie zwei
mögliche Erklärungen dafür.
● Tumoren können sich an Stellen entwickeln, welche nicht vom Immunsystem überwacht
werden, weil T-Zellen Zonen vermeiden, wo sie eigenen Antigenen begegnen könnten.
● Tumorzellen können Antigene auf eine Weise präsentieren, die von den T-Zellen nicht
erkannt werden kann.
● Tumorzellen erwerben immer neue Mutationen. Dies beeinflusst die Fähigkeit der T-
Zellen, diese aufzuspüren und zu erkennen.
8.9

8
Kapitel 5. Technologien zur Ermöglichung biologischer Therapien
1. Verschiedene Enzyme und Technologien werden benutzt, um DNA zu analysieren und zu
manipulieren. Wählen Sie aus der unten stehenden Liste die passenden Enzyme oder
Techniken aus, um die folgenden Aktivitäten auszuführen:
DNA-Sequenzierung Gel-Elektrophorese Ligase
Nukleinsäure-Hybridisierung Polymerase Restriktionsenzym
Reverse Transkription
DNA-Synthese. Polymerase
Produziert zusätzliche DNA (cDNA) von Boten-RNA (mRNA). Reverse Transkription
Schneidet oder spaltet DNA für die Analyse in Fragmente. Restriktionsenzym
Verbindet DNA-Fragmente. Ligase
Separiert DNA-Fragmente entsprechend ihrer Grösse. Gel-Elektrophorese
Ordnet die Basen-Paare in DNA-Fragmente. DNA-Sequenzierung
Ermöglicht die genaue Lokalisation der DNA oder RNA. Nukleinsäure-Hybridisierung
2. Das Klonen von Genen ist entscheidend für viele Techniken bei der Analyse von Genen und
für das Verstehen ihrer Funktion. Beschreiben Sie die grundlegenden Schritte für das Klonen
von DNA.
Schritt 1: Die DNA wird von der Zelle isoliert und gereinigt.
Schritt 2: Die gereinigte DNA wird in Stücke unterteilt mit Hilfe von Restriktionsenzymen.
Schritt 3: Ein DNA-Fragment, welches das Gen enthält, das geklont werden soll, wird in ein
zirkuläres DNA-Molekül, genannt Vektor, eingefügt. So wird ein rekombinantes DNA-
Molekül hergestellt.
Schritt 4: Der Vektor dient als Transportmittel, welches das Gen in die Wirtzelle transportiert.
In der Wirtzelle vermehrt sich der Vektor und stellt zahlreiche identische Kopien her, nicht
nur von sich selbst, sondern auch von dem Gen, in welchem er sich befindet.
Schritt 5: Wenn sich die Wirtzelle teilt, enthalten die neuen Zellen Kopien des
rekombinanten DNA-Moleküls, und weitere Vektor-Reproduktion findet statt.
Schritt 6: Nach einer grossen Zahl von Zellteilungen ist eine Kolonie oder ein Klon
identischer Wirtzellen entstanden. Jede enthält eine oder mehrere Kopien des
rekombinanten DNA-Moleküls. Das Gen, das vom rekombinanten Molekül getragen wird, ist
nun geklont.
3. Manchmal werden viele Fragmente zur selben Zeit geklont, um eine Art Bibliothek von
Klonen aufzubauen. Wie kann ein Klon, welcher ein spezielles DNA-Fragment enthält,
identifiziert werden?
Das Screening der Gen-Sammlung kann den Klon, welcher das gesuchte DNA-Fragment
enthält, identifizieren. Ein Stück saugfähiges Papier wird in die Kultur mit wachsenden
Kolonien eingetaucht. Diese kann dann mit einer radioaktiven DNA-Probe, welche die
Sequenz des gesuchten Gens enthält, getestet werden. Die radioaktive Probe hybridisiert
zum entsprechenden DNA-Fragment und kann dann sichtbar gemacht werden, indem das
saugfähige Papier auf einen fotografischen Film exponiert wird.
8.10

8
Eine andere Screening-Methode ist die in-vitro Translation, bei welcher die geklonte DNA
benützt wird, um ihre komplementäre mRNA aus einem Gemisch zellulärer mRNA
herauszufiltern (Hybrid-Selektion). Die produzierten Proteine werden verglichen mit denen,
die man erwartet hatte.
4. Die Fähigkeit, Proteine in grossen Mengen herzustellen, ist eine der Haupterrungenschaften
der Gentechnologie. Beschreiben Sie einige therapeutische Auswirkungen der
Gentechnologie, speziell im Bezug auf Krebs.
● Gentechnologie kann benützt werden, um ein bestimmtes Gen in einem vorgegebenen
biosynthetischen Pfad zu überexprimieren und somit eine bestimmte intrazelluläre
Komponente zu vermehren.
● Der Pfad kann unterbrochen werden, so dass gewisse Produkte nicht hergestellt werden.
● Proteine können speziell konstruiert werden, so dass sie eine bestimmte Struktur und
Funktion aufweisen.
Weil Krebs eine genetische Komponente hat, können Tests für Onkogene und/oder
Onkoproteine (diejenigen Proteine, welche von Onkogenen kodiert werden) helfen, den
Tumor zu definieren, zu diagnostizieren und die Graduierung festzustellen. In einigen Fällen
kann das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein eines biologischen Markers
prognostischen Wert haben und eine Hilfe für das Bestimmen der Behandlungsmethode sein.
So dienen der Östrogen-Rezeptor, der Progesteron-Rezeptor und der HER2-Status als
wichtige biologische Marker bei Krebs-Erkrankungen.
5. Unten finden Sie ein schematisches Diagramm mit den Zielen funktionaler Genetik.
Beschreiben Sie, was das Diagramm darstellt, und weisen Sie darauf hin, welche Rolle das
Human-Genom-Projekt und die Bioinformatik in diesem Prozess spielen können.
Gen
Eiweiss
Funktion
Struktur
Die funktionale Genetik hat zum Ziel, eine Übersicht über die Gen-Funktionen, mit
Expressionsprofilen auf der Ebene von mRNA und Proteinen zu erhalten. Voraussetzung
dafür ist die Kenntnis der Reihenfolge, Lokalisation (gene map) und Sequenz der Gene.
Daraus können die mRNA und von ihr abhängige Proteine identifiziert werden. Die
Kenntnisse über die dreidimensionale Struktur des Proteins helfen dabei, die mögliche
Funktion des Proteins zu identifizieren und dies kann wiederum beim Verstehen der Gen-
Funktion helfen. (Gene können zu Familien gehören, welche eine Homologie entweder auf
der Ebene der DNA-Sequenz oder auf der Protein-Ebene aufweisen. So können Erkenntnisse
über die Funktion des Genes und seines Produkts helfen, die Funktion anderer verwandter
oder homologer Gene zu verstehen, auch wenn diese von einer anderen Spezies sind.) Das
Human-Genom-Projekt hat zum Ziel, alle menschlichen Gene zu identifizieren. Diese grosse
Menge an Daten muss dann durch einen Prozess der Bioinformatik interpretiert und
analysiert werden.
8.11

8
Kapitel 6. Biologische Therapien erklärt
1. Geben Sie zwei Gründe an, weshalb biologische Methoden für die Krebsbehandlung
entwickelt und benützt werden, indem Sie ihre potentiellen Vorteile gegenüber
konventionellen Therapien beschreiben.
● Biologische Therapien nützen die existierenden Systeme des Körpers, um spezifische
Antworten auf spezifische Herausforderungen zu produzieren, womit die Toxizität, die
bei unspezifischeren Behandlungen vorkommt, umgangen wird.
● Durch die Anwendung molekulargenetischer, körpereigener Therapien können Probleme,
welche als Reaktionen auf körperfremde Stoffe auftreten, vermieden werden.
● Biologische Therapien sind nicht-invasiv.
● Konventionelle Therapien scheinen an der Grenze ihrer therapeutischen Wirksamkeit
angelangt zu sein.
2. Geben Sie in der unten stehenden Tabelle an, welche biologische Therapie den ebenfalls
unten beschriebenen Wirkungseffekt A-G hat. Als Beispiel ist die Zytokin-Therapie
aufgeführt.
Therapie
Zytokin-Therapie
Antikörper-basierte Therapie
Krebs-Impfung
Gen-Therapie
Zell-basierte Therapie
Wirkungsweisen
A, E, F, G
A, B, C, F, G
F, G
B, D, F
A, G
A. Tötet Krebszellen ab
B. Unterbricht oder kontrolliert Prozesse, die das Krebswachstum ermöglichen
C. Verändert das Wachstums-Verhalten von Krebszellen
D. Blockiert Prozesse, die zur Umwandlung einer normalen Zelle in eine Krebszelle führen
E. Steigert die Fähigkeit des Körpers, eine normale Zelle, die durch Chemotherapie oder
Bestrahlung geschädigt oder zerstört worden ist, zu reparieren oder zu ersetzen
F. Steigert die Anfälligkeit von Krebszellen auf Zerstörung durch das Immunsystem
G. Erhöht die Aktivität von T-Zellen, natürlichen Killerzellen und Makrophagen, und fördert
so die Zerstörung von Krebszellen.
3. Erklären Sie den Unterschied zwischen gezielten (spezifischen) und nicht-gezielten
(unspezifischen) biologischen Therapien und erörtern Sie die Vorteile der gezielten
Therapien.
Eine nicht-gezielte biologische Therapie ist eine solche, die supportive Wirkung auf das
Immunsystem oder nicht-spezifische Antitumor-Wirkung hat, die aber den Tumor nicht direkt
angreift. Gezielte Therapien sind spezifisch für Tumorzellen, weil sie nur auf mit dem Tumor
in Zusammenhang stehende Anomalien ausgerichtet sind und so eine direkte Antikrebs-
Wirkung haben.
8.12

8
Gezielte Therapien haben folgende Eigenschaften:
● sie werden besser toleriert, weil sie nur die Tumorzelle angreifen
● sie sind in ihren Wirkungsmechanismen von den konventionellen Cheomtherapien
verschieden, was bedeuten könnte, dass Kombinationstherapien noch wirksamer sind
● sie sind fähig, die Wirts-Immunantwort zu erhöhen
● sie können die Patientenbehandlung individualisieren.
4. Zytokine sind verantwortlich für die normale Funktion von diversen physiologischen
Prozessen, welche das Ergebnis oder Teil einer Immunreaktion sind. Definieren Sie, was ein
Zytokin ist und geben Sie vier Beispiele der Prozesse, die sie beeinflussen.
Zytokine sind Proteine, die durch eine Zelle synthetisiert und freigesetzt werden und mit
Rezeptoren anderer Zellen interagieren, normalerweise um die Immunantwort zu regulieren.
Zytokine sind involviert in:
● die normale Entwicklung von T- und B-Zellen
● die Chemotaxis, d.h. die Anziehung eines bestimmten Zelltyps an einen bestimmten Ort
● Bildung einer normalen IgE-Menge
● Hämatopoese
● die Anfälligkeit für Gelenksentzündungen.
5. Erklären Sie, warum die Humanisierung von Antikörpern so wichtig ist für ein höheres
therapeutisches Potential.
Die meisten monoklonalen Antikörper werden von Maus-Hybridomen entwickelt, was
bedeutet, dass der daraus resultierende Antikörper ein fremdes Protein für den Menschen ist.
So werden sie vom menschlichen Immunsystem als fremd erkannt, stimulieren eine
Immunantwort und werden schnell neutralisiert oder zerstört. Antikörper haben sowohl
strukturelle als auch Antigen-Erkennungs-Sequenzen. Die Genmanipulation erlaubt es, dass
monoklonale Antikörper humanisiert werden, das heisst dass die strukturellen Sequenzen der
Maus durch menschliche ersetzt werden. Die wichtige Antigen-Erkennungs-Sequenz wird
intakt belassen und das Resultat ist ein zu mindestens 90% menschlicher Antikörper, ein
humanisierter monoklonaler Antikörper. So wird einer Immunantwort gegen den
humanisierten Antikörper vorgebeugt.
6. Beschreiben Sie drei mögliche Wirkungsweisen monoklonaler Antikörper, durch welche sie
ihre Antikrebs-Wirkung entfalten.
Bei der Antikörper-Therapie werden folgende Antikrebs-Eigenschaften vermutet:
● Tiefer-Regulierung der Aktivität der Zielzelle, was zu Funktionsveränderungen, zum
Beispiel bei Wachstum und Proliferation führt
● Vorbeugung einer Aktivierung der Zielzelle
● Induktion einer Immunantwort
● Stimulierung der Apoptose (programmierter Zelltod).
8.13

8
7. Zählen Sie die Phasen in der Entwicklung einer biologischen Therapie auf, indem Sie die
Faktoren beschreiben, die einen bestimmten biologischen Marker zu einem attraktiven
therapeutischen Angriffsziel machen.
Die Basis-Schritte für die Entwicklung einer spezifischen biologischen Therapie sind:
● Identifikation einer Anomalie, die spezifisch für Tumorzellen ist, aber in normalen Zellen
nicht präsent ist
● Identifikation der biologischen Marker, welche eine Schlüsselrolle in der Pathogenese
haben, so dass eine biologische Therapie wirklich eine direkte Wirkung auf das
Tumorwachstum und die Tumorerhaltung haben kann
● Identifikation eines Zusammenhangs zwischen dem Angriffsziel und dem Resultat für den
Patienten.
Wenn das Angriffsziel identifiziert worden ist:
● Wählen einer biologischen Methode, die das gezielte Angreifen eines spezifischen
Faktors erlaubt (zum Beispiel einen monoklonalen Antikörper)
● in präklinischen Studien testen, ob die spezifische Therapie einen Antitumor-Effekt hat
● weitere präklinische Studien durchführen, um abzuklären, dass wirklich nur Tumorzellen
angegriffen und die normalen Zellen nicht beeinflusst werden
● zusätzliche präklinische Studien an Tiermodellen durchführen, um die Wirksamkeit und
Sicherheit der Therapie zu testen
● Beginn klinischer Studien mit der Therapie.
Kapitel 7. Die Zukunft der biologischen Therapien
1. Es ist bekannt, dass Tumoren durch eine Vielzahl genetischer Veränderungen entstehen.
Beschreiben Sie, welche Methoden angewandt werden könnten, um Kombinationen
verschiedener genetischer Veränderungen in einem Tumor zu erkennen.
Die DNA wird zuerst in RNA transkribiert, um dann für die Produktion eines funktionalen
Proteins anzuleiten. So ist die Analyse der RNA ein Weg zur Identifikation von Genen, die
durch einen bestimmten Tumor exprimiert werden. Die komplementäre DNA (cDNA) kann
von einer RNA-Vorlage synthetisiert werden und zur Untersuchung der genomischen DNA,
welche von einer Tumor-Probe isoliert wurde, benützt werden. In diesen cDNA-Proben
werden nur diejenigen Gene identifiziert, die vom Tumor exprimiert werden und ein
spezifisch auf diesen Tumor zugeschnittenes Gen-Expressions-Profil aufweisen.
2. Beschreiben Sie die praktischen klinischen Auswirkungen von Gen-Expressions-Profilen.
● Expressions-Profile können helfen, Untergruppen von Tumoren mit verschiedener Prognose
zu bestimmen. Ein gewisses Gen-Expressions-Profil könnte auch prognostischen Wert
haben in Bezug auf das Ansprechen auf bestimmte Therapien. Dies ermöglicht eine
massgeschneiderte Therapie bei individuellen Tumor-Arten.
● Die Gen-Expression kann sich über die Krankheitszeit verändern und so können die
Profile angewandt werden, um Tumoren in Stadien einzuteilen und die Therapie gezielt
auszuwählen.
● Die Identifikation neuer therapeutischer Interventionen durch die Kenntnis über das
Vorkommen und die Art der Gen-Expression.
8.14

8
3. Fügen Sie die am meisten zutreffende Aussage in die unten folgenden Sätze ein.
Zell-Signalwege und Signal-Transduktion
das Studium der Gen-Expression
Tausende von Antikörpern mit bekannter Spezifität auf einem Chip
Form, Funktion und Kontrolle von Zellprotein-Netzwerken
Strategien für die Zubereitung massgeschneiderter Therapien
● Proteomics ist das Studium von Form, Funktion und Kontrolle von Zellprotein-
Netzwerken.
● Die Protein-Expression in individuellen Zellen kann studiert werden, indem man ein Chip-
System benützt, das im Wesentlichen Tausende von Antikörpern einer
bekannten Spezifität auf einem Chip aufweist.
● Der Vergleich von Protein-Expressionen zwischen Gewebsproben eines individuellen
Patienten kann angewandt werden in der Entwicklung von Strategien für
massgeschneiderte Therapien.
● Proteomics kann auf verschiedene Arten angewandt werden, zum Beispiel in Studien von
Zell-Signalwegen und Signal-Transduktion.
● Die Beziehungen zwischen Protein-Interaktionen und ihre Komplexität bedeuten, dass
Proteomics wahrscheinlich mehr Wissen über die Zellfunktion hervorbringen wird als
das Studium der Gen-Expression.
4. Einige Fortschritte basieren auf der Weiterentwicklung existierender Methoden. Schlagen Sie
je einen möglichen Weg vor, wie Zytokin-Therapien und Antikörper-Therapien verbessert
werden könnten.
Zytokin-Therapien können wahrscheinlich verbessert werden, indem die Wirkungsmechanismen
alleine auf den Tumor ausgerichtet werden. Dies könnte erreicht werden durch:
● direkte Injektion des Zytokins in den Tumor
● genetische Veränderung von Tumorzellen, so dass sie Zytokine exprimieren
● die Erzeugung von Fusions-Proteinen, indem das Partner-Protein als Tumor-spezifischer
Führer für das anhaftende Zytokin-Molekül wirkt.
Antikörper-Therapien könnten verbessert werden durch:
● die Identifikation besserer Ziel-Moleküle, welche geeignete Charakteristika haben, also
z.B. spezifisch durch Tumorzellen exprimiert werden, eine wesentliche Rolle in der
Tumorentwicklung haben und für Antikörper erreichbar sind
● die Anwendung von Antikörpern, um konventionelle Therapien direkt auf die Tumorstellen
hinzulenken
● Entwicklung effektiver „Doppelzweck-Moleküle“ wie Immunotoxine, z.B. eines
Antikörpers mit tumorspezifischen Eigenschaften, zusammen mit einem zytotoxischen
Wirkstoff
● Optimierung der Anwendung bestehender Therapien durch Klärung von Fragen der
Verabreichungsart und -Zeit (adjuvant oder bei Metastasierung), Behandlungs-Schema,
und Wirksamkeit von Kombinationen.
8.15

8
5. Die Angiogenese – die Bildung neuer Blutgefässe – ist entscheidend für das Tumor-
Wachstum. Fügen Sie die jeweils passende Bezeichnung in das unten stehende Diagramm
ein, welches die Schlüsselereignisse beschreibt, die zur Tumor-Angiogenese und zur
Metastasierung führen.
Angiogenese-Faktoren
Metastase
Vaskuläre Endothelialzellen
Proliferation und Invasion
Vaskularisation und Wachstum
Tumorzellen treten in
die Blutbahn ein
Metastase
Proliferation und
Invasion
Vaskuläre Endothelialzellen
Angiogene
Faktoren
Tumorzellen
6. Erläutern Sie kurz die möglichen Auswirkungen, die biologische Therapien auf die Pflege
und Betreuung der Patienten aus der Sicht einer Onkologie-Pflegenden haben könnten.
Die Verbreitung biologischer Therapien bedeutet, dass es eine grössere Auswahl an
Therapien und individuellere, massgeschneiderte Behandlungsformen geben wird. Dies wird
viel Patienten-Information und Beratung erfordern. Folgende Informationen sind von
Interesse:
● die Auswirkung von zellulären Faktoren auf Prognose und Tumorverhalten
● Diagnose, Tumor-Charakterisierung und Individualisierung der Behandlung
● die erwartete Wirkung der massgeschneiderten Behandlungen und wie sie sich von den
konventionellen Therapien unterscheiden
● das veränderte Behandlungs-Ziel, indem die Verhütung der Tumorprogression mehr im
Zentrum steht als die Heilung
● der Einsatz von Langzeitbehandlungen mit dem Ziel einer langfristigen
Tumorsuppression.
8.16

8
Glossar
ADCC
Adenin
Adjuvant
Allele
Aminosäure
AMP
Amplifikation
Anaphase
Aneuploidie
Angiogenese
Antigen
Antikörper
Apoptose
ATP
Autokrin
Autoimmun-
Erkrankung
Bispezifischer
Antikörper
B-Zelle
(B-Lymphozyt)
Englisch: Antibody-dependent cellular cytotoxicity, auf Deutsch
Antikörper-abhängige zelluläre Zytotoxizität
Eine der vier Basen, die in DNA enthalten sind
Unterstützend. A: Begriff für Therapien für primäre
Krebserkrankungen in prophylaktischer Absicht. B: Substanz, welche
die Immunogenität von Antigenen verstärkt
Alternative Formen von Genen, die denselben Platz im Chromosom
einnehmen
Einer der 20 Aufbau-Bestandteile von Proteinen
Adenosinmonophosphat
Vorkommen von mehr als der normalen Zahl von Kopien eines Gens
in einer Zelle
Ein Stadium der Meiose oder Mitose, während welchem die
Chromosomen gegen die Zellpole wandern
Vorhandensein eines Chromosoms zuviel oder zuwenig in Bezug auf
den normalen Chromosomen-Satz
Bildung neuer Blutgefässe, ein Prozess, der wichtig ist für das
Tumorwachstum auf eine Grösse von mehr als 2mm
Ein Molekül, das eine Immunantwort stimuliert
Protein, das spezifisch auf ein fremdes Molekül (Antigen) oder auf
eine Molekül-Region (Epitop) reagiert
Der aktive Prozess, bei welchem der Zelltod eingeleitet wird. Der
richtige Zeitpunkt der Apoptose ist abhängig vom Alter, der
Gesundheit oder dem Zustand der Zelle. Krebszellen können sich
diesem natürlichen Prozess des Zelltodes entziehen
Adenosintriphosphat, der häufigste Phosphatspender beim Menschen
und als solcher ein wichtiger Energiespeicher für alle Prozesse, die
Energie erfordern
Ausscheidung einer Substanz, wie eines Wachstumsfaktors, die selber
wieder die Sekretionszelle stimuliert
Krankheit, bei der das Immunsystem gegen eigene Moleküle reagiert
Antikörper mit Erkennungsorten für zwei verschiedene Antigene,
meistens ein Antigen, das auf einen Tumor abzielt und ein Immunzell-
Membran-Antigen
Eine der beiden wichtigsten Lymphozyten-Klassen. Die B-Zelle scheidet
Antikörper aus, wenn sie durch eine Antigen-Bindung aktiviert worden ist
8.17

8
CA-125
CA 15-3
CD4, CD8,
CD20, etc.
C-erbB-2
Chemotaxis
Chimäre
Chromatin
Chromosom
Cytosin
Deletion
Dendritische
Zellen
Desoxyribonukleinsäure
Differenzierung
Dimer
Diploid
DNA
Tumormarker, der in der Beurteilung von Patientinnen mit
Ovarialkarzinom gebraucht wird
Tumormarker, der gebraucht wird zur Beurteilung der Effektivität von
Brustkrebs-Therapien, und der dem Krankheitsverlauf folgt
Eine Familie von Glycoproteinen, deren Mitglieder durch spezifische
Arten von Immunzellen exprimiert sind und als Rezeptoren,
Differenzierungsantigene, B-Zell-Rezeptoren etc. funktionieren.
Mitglieder dieser Familie werden spezifisch von verschiedenen Typen
von Leukämie oder Lymphomen exprimiert, z.B. CD20
Anderer Name für das HER2 Gen
Anziehung von Zellen an einen bestimmten Ort, oft vermittelt durch
Faktoren wie Zytokine
Ein durch Gentechnik hergestelltes Molekül, das produziert wird, um
DNA aus verschiedenen Quellen zu kombinieren. Das kodierte
Molekül enthält ausgewählte Sequenzen von beiden Elternquellen
Ein Molekül, das DNA, RNA und Protein, welches das genetische
Material einer Zelle formt, enthält
Eine Struktur, welche DNA und Proteine enthält. In einer diploiden
menschlichen Zelle sind normalerweise 23 Chromosomenpaare
enthalten
Eine der vier Basen, die in DNA enthalten sind
Auslassung, Verlust. In der Gentechnologie: Verlust eines Teils eines
Chromosoms
Einer der Haupttypen Antigen-präsentierender Zellen, welche die
Fähigkeit haben, T-Zellen zu aktivieren
Siehe DNA
Prozess, durch welchen Zellen mit generalisierten Eigenschaften
spezialisiert werden, z.B. die Bildung von Erythrozyten aus
erythroiden Vorläufern
Ein Inhaltsstoff, der aus zwei identischen Molekülen gebildet ist (auch
Homodimer genannt)
Vorhandensein von zwei kompletten Sätzen homologer Chromosomen
Desoxyriblonukleinsäure (Säure auf Englisch acid), kommt beim
Menschen normalerweise als Doppelstrang-Molekül vor, das die
genetische Information kodiert, die nötig ist für die Zellfunktion
DNA-Sequenzierung Technik, die auf der Gel-Elektrophorese basiert und bei der die exakte
Anlage der Basen-Paare in einem DNA-Segment aufgezeichnet
werden kann
8.18

8
Elektrophorese
ELISA
Endonuklease
Endoplasmatisches
Retikulum
Epidemiologie
Epitop
ErbB
Erythropoetin
Exon
Exonuklease
Exponentielles
Wachstum
Filgrastim
GMP
Guanin
Hämatopoese
Haploid
Eine Technik, die zur Auftrennung von Molekülen wie Polypeptiden
und Oligonukleotiden gebraucht wird. Dies geschieht durch den
Gebrauch eines elektrischen Feldes, welches die Moleküle durch ein
Gel bewegt
Eine sensitive Immuno-Untersuchung, bei welcher ein Enzym, das an
einen Antikörper oder ein Antigen gebunden ist, als Marker benützt
wird, zum Nachweis eines spezifischen Proteins, speziell eines
Antigens oder Antikörpers. Wird oft gebraucht als diagnostischer Test,
speziell für Blutproben
Enzym, das DNA oder RNA im Innern des Moleküls spaltet
Ein Netzwerk aus Membranen innerhalb von Zellen, mit
Speicher-, Transport- und Proteinsynthese-Funktionen
Das Studium der Häufigkeit und Verteilung einer Krankheit, unter
Einbezug der Faktoren, welche bei der Verursachung mitspielen
Eine Antigen-Region, welche die Produktion eines speziellen
Antikörpers stimuliert. Antigene können eine Anzahl verschiedener
Epitope enthalten, von denen jedes die Produktion eines andern
Antikörpers stimuliert
Anderer Name für die Rezeptor-Familie des menschlichenepidermalen
Wachstumsfaktors
Wachstumsfaktor, der die Proliferation roter Blutzell-Vorläufer induziert
Die DNA-Sequenz eines Gens, die ein Protein kodiert
Ein Enzym, das DNA oder RNA am Ende des Strangs abschneidet
Bei jeder Zellteilung wird die Anzahl der Zellen verdoppelt (aus zwei
Zellen werden vier, aus vier acht usw.)
Die rekombinante Form des menschlichen Granulozytenstimulierenden
Faktors, welcher als supportive Therapie eingesetzt
wird, um einer stärker werdenden Neutropenie vorzubeugen
Guanosin-Monophosphat
Eine der vier Basen, die in DNA enthalten sind
Wachstum und Reifung der zellulären Blutkomponenten, nämlich der
Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten
Die Anwesenheit von nur einer Serie von Chromosomen in der Zelle
(beim Menschen also 23 Chromosomen). Normalerweise sind zwei
Serien vorhanden (=diploid), also beim Menschen 46 Chromosomen
8.19

8
HER2
Herceptin ®
Heregulin
Heterodimer
Histamin
Homolog
Human Genome
Project (HGP)
Humoral
Humorale
Immunität
Hybridom
Immunokonjugat
Immunogen
Immunoglobulin
Human epidermal growth factor receptor-2, auf Deutsch menschlicher
epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor-2, ein Tyrosin-Kinase-Rezeptor,
der an epidermalen Zellen gefunden wird. Das HER2-Gen ist ein
Proto-Onkogen, das bei einer Reihe von Tumoren in grösserer Menge
anzutreffen ist, am wichtigsten davon ist es bei Brustkrebs. HER2
Überexpression ist ein Zeichen für eine aggressive Erkrankung mit
einer schlechten Prognose
Ein humanisierter anti-HER2 monoklonaler Antikörper, welcher eine
signifikante Verbesserung der Behandlung von HER2- positivem
metastasierendem Brustkrebs gebracht hat
Ein allgemeiner Begriff, um die Liganden für HER3 und HER4 zu
beschreiben (siehe auch Neuregulin)
Stoff, der gebildet wird durch die Kombination zweier verschiedener,
aber verwandter Moleküle
Ein Molekül, das während allergischer Reaktionen freigesetzt wird. Es
verursacht eine leichte Muskelkontraktion und eine erhöhte vaskuläre
Permeabilität
Ähnlich oder gleich in der Sequenz oder Struktur
Internationale, seit 1990 bestehende Untersuchung, bei der alle
menschlichen Gene identifiziert werden sollen
Die Körperflüssigkeiten betreffend/auf dem Wege über
Körperflüssigkeit erfolgend
Der Teil der Immunantwort, der wegen Antikörpern oder dem
Komplement-System im Plasma geschieht
Eine unsterbliche Zell-Linie, welche durch die Fusion zweier
verschiedener Zell-Typen geschieht. Diese Technik wird bei der
Produktion monoklonaler Antikörper gebraucht
Stoff, der gebildet wird durch Anbinden eines Toxins oder
Radionuklids an einen Antikörper mit dem Ziel, eine zielgerichtete
Therapie für eine bestimmte Zelle oder ein bestimmtes Gewebe
herzustellen
Fähig, eine Immunantwort zu produzieren
Eine Protein-Familie, die Antikörper bildet
Immunohistochemie Eine Test-Technik, die bestimmte Ziel-Moleküle identifiziert durch den
Gebrauch von gekennzeichneten Antikörpern
Immunotherapie
Impfung
Therapie, die Antikörper oder andere Bestandteile des Immunsystems
benützt, oder die speziell hergestellte Antigene, welche eine
Immunantwort auf einen Tumor stimulieren, benützt
Im Gebiet der Onkologie: der Gebrauch von Tumorantigenen mit dem
Ziel, eine Immunantwort gegen einen existierenden Tumor zu
stimulieren
8.20

8
Induktion
Insertion
Interferon
Interleukin
Interphase
Intron
In-vitro
Karzinogen
Karzinogenese
Kernsäure-
Hybridisierung
Kinase
Klon
Klonen
Kolonisierungsstimulierender
Faktor
Komplement
Leukozyt
Ligand
Lipophil
Liposom
Einführen, Veranlassen, Auslösung
Hineinpflanzen, Hineinfügen. In der Gentechnologie: Hinzufügung
eines zusätzlichen Segments in ein Chromosom
Eine Zytokin-Klasse, die agiert, um die Protein-Synthese zu verhindern,
und die eine Rolle in der Immunfunktion spielt
Eine Familie von Zytokinen, welche die T-Zell-Differenzierung, -Reifung
und ihre Antwort auf Antigene fördern
Der Abschnitt im Zellzyklus zwischen zwei Zellteilungen, in dem die
Synthese des Zellinhaltes passiert
Die DNA-Sequenzen eines Gens, die keine Proteine kodieren, aber
die in RNA transkribiert werden
Im (Reagenz-)Glas, d.h. im Versuch ausserhalb des Organismus
A. Substanz, die Krebs verursacht, z.B. Dioxin, Bestrahlung
B. Krebs erzeugend, kanzerogen
Die Induktion von Krebs
Technik, welche die präzise Lokalisation von DNA oder RNA erlaubt
Ein Enzym, das Phosphatgruppen von ATP zu einem Molekül wie
einem Protein transferiert
Genetisch einheitliche Nachkommengruppe, die sich von einem
Mutterorganismus (Zelle bzw. Einzeller) durch vegetative Vermehrung
ableitet
A. Isolierung bestimmter Zellklone
B. Gewinnung einer Zellpopulation von Organismen mit identischem
Genotyp
C. Insertion eines Gens oder einer DNA-Sequenz in ein Molekül
mittels Gentechnologie
Eine Gruppe von Zytokinen, welche die Reifung und Proliferation
weisser Blutzellen induzieren
Proteine, die an Immunreaktionen beteiligt sind
Weisse Blutzelle. Grosse Untergruppen davon sind Lymphozyten und
Monozyten
Ein Molekül, das an ein anderes, normalerweise grösseres Molekül
bindet, z.B. an einen Rezeptor. Normalerweise wirkt es aktivierend
Die Eigenschaft, entweder fettlöslich zu sein, oder eine Affinität für Fett
zu haben
Ein kugelförmiges Partikel mit einer Lipid-Doppelschicht, die als
Membran dient, welche einen Stoff, wie zum Beispiel ein
Medikament, einschliesst. Die Einschliessung eines Antikörpers in die
8.21

8
Lipid-Doppelschicht kann Liposome fähig machen, direkt auf
Krebszellen einzuwirken
Lobular-alveolar
Lymphozyt
Lysosom
Mab
MabThera ®
Makrophag
MAP Kinase
Megakariozyt
Meiose
Metaphase
Metastase
Micro-Array
Mikrotubulus
Mismatch-
Reparatur-System
Mitochondrium
Mitose
Begriff, welcher die Struktur der Brust beschreibt, welche in 20 Lobuli
(Lappen) unterteilt ist, die wiederum eine bläschenartige Struktur
(alveolar) aufweisen
Eine Klasse von Leukozyten im Blut, Knochenmark oder lymphatischen
System mit einer wichtigen Rolle in der humoralen und zellulären
Immunität
Eine Membran-„Blase“, die hydrolytische Enzyme enthält
Von engl. monoclonal antibody. Monoklonaler Antikörper
Ein chimerischer Antikörper, der auf CD20 wirkt, und der in der
Behandlung von CD20-positiven Lymphomen eingesetzt wird
Eine Immunzelle, die in Geweben vorkommt und die eine wichtige
Rolle spielt im Abwehrmechanismus des Wirtes, vorallem gegen
Bakterien
Mitogen-aktivierte Proteinkinase, ist involviert in intrazelluläre
Signalabläufe und wird stimuliert durch extrazelluläre Proliferationsund
Differenzierungsfaktoren
Grosse Knochenmarkszelle, die für die Thrombozyten- Produktion
nötig ist
Der Prozess der Zellteilung, bei dem Tochterzellen produziert werden
mit nur der Hälfte der normalen Chromosomenzahl
Ein Stadium der Meiose oder Mitose, in dem die Chromosomen in
einer Reihe angeordnet werden
A: die Ausbreitung von Krebs von seinem ursprünglichen Ort zu einer
anderen, normalerweise entfernten Stelle
B: ein sekundärer bösartiger Tumor, der weit weg vom Primärtumor
vorkommt
Technologie zur gleichzeitigen Untersuchung vieler Proben auf kleinem
Raum (DNA, RNA, Proteine, Gewebeproben)
Eine hohle zylindrische Struktur, die am Aufbau der Zelle beteiligt ist
DNA-Korrekturlesesystem, das fehlerhafte DNA-Nukleotiden erkennt
und korrigiert. Dieses System kann das Genom mit einem
100–1’000fachen Schutz gegen Mutationen ausstatten
Eine zelluläre Organelle, in der die Energiebildung und die
Translation von RNA zur Bildung von Proteinen stattfinden
Der Prozess der Zellteilung, bei welchem zwei identische Tochterzellen
mit dem normalen Komplement von Chromosomen entstehen
8.22

8
Modifizieren
Monoklonale
Antikörper
Monozyt
mRNA
Mutation
Myc
Myeloid
Natürliche
Killerzellen
(NK-Zellen)
Neu
Neuregulin
Neutropenie
Neutrophil
NK-Zellen
Nukleotid
Onkogen
Onkogene
Transformation
Organelle
P185 HER2
P53
Verändern, umwandeln
Antikörper, die chemisch und immunologisch identisch sind, d.h. die
eine spezifische Region eines bestimmten Antigens erkennen.
Monoklonale Antikörper werden oft in Untersuchungen angewendet
und wurden für die Behandlung von Krebs eingesetzt, wie z.B.
Herceptin ®
Ein Leukozyt, der grösser ist als Lymphozyten und verwandt mit den
Makrophagen
Messenger-RNA, Boten-RNA
Jede erkennbare erbliche Veränderung im genetischen Material, die
an die Tochterzellen weitergegeben wird
Ein Faktor, der in der Regulierung des Zellwachstums eine Rolle spielt,
und der häufig erhöht/überexprimiert ist bei vielen menschlichen
Krebserkrankungen
In Bezug auf das Knochenmark
Grosse Lymphozyten, die direkt zytotoxisch auf andere Zellen wirken
Äquivalent des menschlichen HER2 Gens in der Ratte
Eine generelle Bezeichnung für die Liganden von HER3 und HER4
(siehe auch Heregulin)
Eine Senkung der Zahl an weissen Blutkörperchen, welche
charakterisiert ist durch den Verlust von Neutrophilen, was zu
lebensbedrohlichen Komplikationen führen kann, und oft durch
zytotoxische Chemotherapie verursacht wird
Ein Leukozyt, der den Namen erhalten hat wegen der Farbe, die er
bei der Romanowsky-Färbung erhält. Er hat eine Aufgabe in der
Immunantwort auf systemische bakterielle Infektionen und entzündliche
Störungen
Siehe natürliche Killerzellen
Grundbaustein der DNA
A: Ein Gen, das fähig ist, die onkogene Transformation zu
verursachen und zu erhalten
B: krebserzeugend
Der Prozess, durch den eine normale Zelle in eine Krebszelle
umgewandelt wird
Eine intrazelluläre Struktur mit spezialisierter Funktion. Zellkern und
Mitochondrium sind zum Beispiel Organellen
Anderer Name für das HER2 Protein
Tumor-Suppressor-Gen, von dem man glaubt, dass es eine Rolle in der
Regulierung der Apoptose spielt, einer Funktion, die bei Krebs oft fehlt
8.23

8
Phagen
Phagozyt
Phänotyp
Phosphorylierung
Plasmid
Polymerase
Viren, welche Bakterien infizieren, und als Klon-Vektoren nützlich sind
Eine Zelle, die fremde Partikel (z.B. Viren) entfernt, indem sie diese in
sich aufnimmt
Summe der sichtbaren genetischen Eigenschaften einer Zelle
Prozess, durch den Proteine aktiviert werden durch Zufügung von
Phosphat-Gruppen und welcher wichtig ist für die intrazellulären
Signalwege
Zirkuläre DNA, die in Bakterien und anderen Organismen, die man
für die DNA-Klonung gebrauchen kann, zu finden sind
Enzym, das die Polymerisation verursacht, z.B. die Formation von
Polynukleotiden aus Nukleotiden oder von Polypeptiden aus Peptiden
Polymerase
Kettenreaktion (PCR)
Technik zur Vermehrung von DNA oder RNA
Polyploid
Proliferation
Prophase
Proteinkinasen
Proteomics
Proto-Onkogen
Ras
Rekombinante
DNA-Technologie
Replikation
Reverse
Transkriptase
Rezeptor
Ribosom
RNA
Screening
Anwesenheit eines Vielfachen des normalen Chromosomen-
Komplementes
Vermehrung
Anfangsstadium der Zellteilung in der Meiose oder Mitose
Enzyme, die andere (Enzym-)Proteine phosphorylieren
Studium der Form, Funktion und Kontrolle der Zellprotein- Netzwerke
Normales zelluläres Gen, das durch Mutation zu einem aktiven
Onkogen wird
Eine Protein-Familie, die mithilft, Signale von den Zellmembran-
Rezeptoren zum Zellkern zu übermitteln
(Rekombination = Bildung einer neuen Gen-Kombination aus
genetisch verschiedenen Genomen.) Rekombinante DNA- Technologie
umfasst verschiedene Techniken, die die Untersuchung und die
Manipulation der DNA in einer Zelle ermöglichen. In Kapitel 5
beschrieben
Verdoppelung, Vermehrung
Ein Enzym, das die Synthetisierung von DNA aus RNA ermöglicht
Ein Molekül, oft ein Protein, das sich an der Zelloberfläche befindet
und Signale von ausserhalb der Zelle zum Zellkern übermittelt
Zellstruktur, wo die Translation stattfindet
Ribonukleinsäure (Säure auf englisch acid)
A. Auf bestimmte Kriterien ausgerichteter „Siebtest“
B. Auf eine bestimmte Krankheit gerichtete diagnostische Massnahme,
mit dem Ziel, in der Gesamtbevölkerung oder einem besonders
gefährdeten Teil derselben symptomlose Krankheitsträger zu finden
oder bestimmte Krankheitszeichen zu erkennen
8.24

8
Seneszenz
Sigmoidoskopie
Der normale Prozess der Alterung, welcher sowohl bei Organismen
als Ganzes als auch bei Zellen vorkommt
Untersuchung des Kolons mittels eines Endoskopes
Signal-Transduktion Übertragung von Signalen innerhalb von Zellen und zwischen Zellen
Substitution
Synthetisieren
Systemisch
TAA
T-Zelle
Telomer
Telophase
Thrombopoetin
Thymin
Transfektant
Transfektion
Transformant
Transformation
Transkription
Translation
Translokation
Tumor-Nekrose-
Faktor α
Tumor-Suppressor-
Gen
Tyrosinkinase
T-Zelle
(T-Lymphozyt)
Überexpression
Ersatz
Herstellen
Den ganzen Körper betreffend oder auf den ganzen Körper
einwirkend (wie z.B. die systemische Anwendung von Chemotherapie)
Tumor-assoziiertes Antigen
Eine der zwei Hauptklassen von Lymphozyten. Ist verantwortlich für
die Zell-Immunität
Definierter Bereich der Chromosomen-Enden
Letztes Stadium der Kernteilung während der Meiose oder Mitose,
während dem neue Kernmembranen gebildet werden
Ein Zytokin, das bei der Reifung von Megakariozyten und somit bei
der normalen Thrombozyten-Produktion eine Rolle spielt
Eine der vier Basen, die in DNA enthalten sind
Eine Zelle oder ein Tier, die fremde DNA enthalten
Transfer von DNA, die ein spezifisches Gen enthält, in eine Zelle. Dies
dient zum Studium der Wirkung dieses Gens
Eine Zelle, die Veränderungen erfahren hat, die sie bösartig machen
Wechsel einer Zelle vom Normalzustand zum kanzerösen Zustand
Produktion eines zusätzlichen RNA-Strangs von der Zellkern-DNA
Prozess, bei dem die Sequenz der Boten-RNA in die Aminosäuren-
Sequenz eines Proteins übersetzt wird
Eine Umstellung der Chromosomen, bei welcher genetisches Material
von seiner normalen Stelle an eine andere versetzt wird, was oft Gene
spaltet und zu Anomalien führt
Ein Protein und Zytokin, das vorzugsweise Tumorzellen tötet und eine
grosse Bandbreite von pro-inflammatorischen Aktionen besitzt
Jedes Gen, das normalerweise Zellwachstum, Mutationen oder
Auslassungen verhindert, welche zu ungehemmtem Zellwachstum und
Krebs führen könnten
Ein Enzym, das Proteine aktiviert durch Phosphorylierung der
Aminosäure Tyrosin
Vom Thymus abhängiger Lymphozyt, Träger der zellvermittelten
Immunität
Produktion von merklich mehr als der normalen Menge eines
zellulären Proteins, normalerweise wegen Genamplifikation
8.25

8
Uracil
VEGF
Wachstumsfaktor
Wachstumsfaktor-
Rezeptor
Xenotransplantat
Zellkern
Zellvermittelte
Immunität
Zentromer
Zyklin
Zytokine
Zytoplasma
Zytotoxisch
Eine Base, die in der RNA enthalten ist
Vascular endothelial growth factor, auf deutsch vaskulärer
endothelialer Wachstumsfaktor
Substanz, die das Wachstum von Gewebe oder Knochen stimuliert.
Wachstumsfaktoren können Vitamine, Mineralien oder Hormone sein
und üben ihre Funktion über Wachstumsfaktor-Rezeptoren aus. Ein
Beispiel ist der epidermale Wachstumsfaktor
Ein Molekül, oft ein Glycoprotein, das sich an der Zellmembran
befindet, und das in der Übermittlung von Signalen, welche von
Wachstumsfaktoren an den Zellkern gesandt werden, eine Rolle spielt
Ein chirurgisches Transplantat von Gewebe einer Spezies in ein
Individuum einer anderen Spezies
Eine Struktur, die durch eine Membran umhüllt ist und die genetische
Information der Zelle enthält
Der Teil der Immunantwort, welcher durch Zellen geschieht, wie
T-Zellen und Makrophagen
Die Region eines Chromosoms, die an Spindelfasern bindet und deren
Aufgabe es ist, die korrekte Verteilung der Chromosomen während
der Mitose und Meiose zu arrangieren
Moleküle, die Proteine phosphorylieren und einen Teil des
Kontrollmechanismus des Zellzyklus bilden
Kleine Proteine, die durch Zellen freigesetzt werden und spezifische
Wirkung auf Zell-Zell-Interaktionen, Kommunikation und Verhalten
anderer Zellen haben
Die Substanz lebender Zellen ausserhalb des Zellkerns
Den Zelltod verursachend
8.26

8
Bibliografie
Diese Bibliografie ist nicht als umfassende Auflistung aller Referenz-Literatur,
die zur Herstellung dieses Handbuchs gebraucht wurde, gemeint. Vielmehr
wurde sie geschrieben für alle, die weitere Informationen über die Themen
dieses Buches wünschen.
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