Termin 1 · Cellbiologi · PBL Fall 6
Cellcykeln
Celldelning, cancer och tumörsuppressorer
01 · Fallet
Patientfallet
Erik, 58 år, söker för förändrade avföringsvanor sedan tre månader. Familjen är tungt belastad av tidig kolorektal cancer. Fallet binder ihop två nivåer: den enskilda cellens reglering och den ärftliga predispositionen i släkten. Från genetisk risk till manifest malignitet, och hur störd cellcykelreglering blir cancer.
Symtom & status
- Avföringsvanor
- Förändrade, 3 månaders duration
- Blod i avföringen
- Ljusröd färg, blandat med feces
- Viktnedgång
- 8 kg på 4 månader utan diet
- Trötthet
- Progressiv utmattning
- Buksmärtor
- Kramper i vänster fossa
- Anemi
- Hb 85 g/L (normalt 130–170)
Mönstret är klassiskt för vänstersidig kolorektal cancer: synligt blod blandat med feces, avföringsrubbning och en järnbristanemi som tyst tappat blod under lång tid. Kombinationen viktnedgång och trötthet hos en medelålders patient ska alltid leda tankarna till malignitet.
Familjeanamnes, Lynch syndrom i släkten
- Far
- Kolorektal cancer vid 52 år
- Farfar
- Kolorektal cancer vid 48 år
- Faster
- Endometriecancer vid 45 år
- Kusin
- Kolorektal cancer vid 38 år
Amsterdam II-kriterier uppfyllda: ≥3 släktingar med Lynch-associerad cancer, ≥2 generationer påverkade och ≥1 fall före 50 års ålder. Att flera olika tumörformer (kolon, endometrium) återkommer i tidig ålder över generationer är ett starkare argument för ärftlighet än om bara en enstaka släkting drabbats.
Utredningsfynd
- Koloskopi
- Tumör 4 cm i sigmoideum, ulcererad och friabel, 50 % luminal förträngning, 5 adenomatösa polyper
- Histopatologi
- Måttligt differentierat adenocarcinom, infiltrationsdjup T3 (genom muscularis propria)
- Molekylärt
- MSI-high (mikrosatellitinstabilitet), MLH1-förlust (immunhistokemi negativ)
Central fråga: hur kopplar en ärftlig defekt i DNA-reparation samman med förlorad cellcykelkontroll, och varför ger just den defekten både hög cancerrisk och paradoxalt nog bättre prognos? Det börjar med hur en frisk cell delar sig, och vad som händer när kontrollstationerna släpper igenom skadade celler.
02 · Prioritera
Tentafokus
Det här måste du kunna på det här fallet:
- Cellcykelns faserG1, S, G2 och M, deras duration och vad som händer i var och en
- De tre checkpointarna (G1/S, G2/M, spindel) och nyckelproteinerna som styr dem
- Hur cyklin-CDK-komplex driver progressionen och hur CKI:er (INK4, Cip/Kip) bromsar
- Apoptos via inre (mitokondriell) vs yttre (receptormedierad) väg, och hur cancer undkommer den
- Skillnaden mellan onkogener och tumörsuppressorer, samt Lynch syndrom, MSI och Vogelstein-modellen
- Riktade terapier: CDK4/6-hämmare, immunterapi vid MSI-high och PARP-hämmare (syntetisk letalitet)
03 · Celldelning
Cellcykelns faser
Cellcykeln delas in i interfas, där cellen växer och kopierar sitt DNA (G1, S och G2), och mitos (M), då cellen fysiskt delar sig. Ett nätverk av reglerproteiner ser till att stegen sker i rätt ordning och bara när allt är redo.
| Fas | Duration | Huvudfunktion |
|---|---|---|
| G1 (Gap 1) | ~11 h (mest variabel) | Celltillväxt och förberedelse för DNA-replikation |
| S (Syntes) | ~8 h | DNA-replikation |
| G2 (Gap 2) | ~4 h | Förberedelse för mitos |
| M (Mitos) | ~1 h | Celldelning |
Durationerna gäller en typisk delande mänsklig cell (cykeltid ~24 h); exakta siffror varierar mellan celltyper. G1 är den mest variabla fasen. Det är här cellen avgör om den ska dela sig alls, och en vilande cell kan stanna i G1 i princip obegränsat länge.
Viktiga händelser per fas
G1-fas
- Ackumulering av cykliner (särskilt cyklin D)
- Aktivering av CDK4/6-cyklin D-komplex
- Fosforylering av Rb-protein
- Passage genom restriktionspunkten
- G0-fas: vilande tillstånd för icke-delande celler
S-fas
- Semikonservativ DNA-replikation
- Centrosomduplicering
- Histonsyntes
- Aktivering av S-CDK (CDK2-cyklin A)
- DNA-skadecheckpoints aktiveras vid replikationsfel
G2-fas
- Fortsatt celltillväxt
- Proteinsyntes för mitotiskt maskineri
- Centrosommognad
- Tubulinsyntes för spindelapparat
- M-CDK: CDK1-cyklin B ackumuleras
M-fas, mitosens steg
- Profas: kromosomkondensation, kärnmembranupplösning
- Prometafas: kinetokorbindning, spindelkontakt
- Metafas: kromosomuppställning i ekvatorialplanet
- Anafas: systerkromatidseparation
- Telofas: kärnreformation, kromosomavkondensation
- Cytokines: celldelning genom kontraktil ring
I S-fas kopieras varje kromosom till två identiska systerkromatider. Mitosen fördelar dem sedan exakt lika mellan de två dottercellerna; det är hela dess uppgift.
04 · Kvalitetskontroll
Cellcykelcheckpoints
Checkpoints stoppar cellcykeln tills bestämda villkor är uppfyllda. Det finns tre huvudsakliga, var och en placerad strax före ett steg som inte får göras fel och bevakad av sina egna nyckelproteiner.
| Checkpoint | Kontrollerar för | Nyckelproteiner |
|---|---|---|
| G1/S (restriktionspunkten) | Cellstorlek, näringsämnen, tillväxtfaktorsignaler, DNA-integritet, frånvaro av stress | p53, p21, Rb, E2F, cyklin D/CDK4,6 |
| G2/M | Komplett DNA-replikation, ingen DNA-skada, cellstorlek, korrekt proteinsyntes | ATM/ATR, Chk1/Chk2, p53, 14-3-3σ |
| Spindel (SAC) | Bi-orienterad kinetokorbindning, korrekt spänning, alla kromosomer bundna, spindelintegritet | Mad2, BubR1, Aurora B, APC/C |
Varje station ställer en fråga. G1/S: "ska vi över huvud taget kopiera DNA:t?". G2/M: "blev kopieringen klar och felfri?". Spindelcheckpointen: "sitter alla kromosomer rätt innan vi drar isär dem?". Besvaras frågorna fel, eller ställs de inte alls, uppstår genetisk instabilitet.
05 · Reglering
Cykliner & CDK:er
CDK:er (Cyclin-Dependent Kinases) är serin/treonin-kinaser som driver cykeln framåt genom att fosforylera målproteiner. På egen hand är de inaktiva och måste binda en cyklin för att slås på. CDK-nivåerna är konstanta hela tiden; cyklinerna byggs i stället upp och bryts ner i tur och ordning, så att rätt CDK aktiveras vid rätt tidpunkt.
| Fas | Komplex | Funktion |
|---|---|---|
| G1 | CDK4/6-cyklin D | Initierar cellcykelinträde, fosforylerar Rb (delvis), regleras av mitogena signaler, inhiberas av p16ᴵᴺᴷ⁴ᵃ |
| G1 | CDK2-cyklin E | Fullständig Rb-fosforylering, passage genom restriktionspunkten, initierar DNA-replikation, inhiberas av p21 och p27 |
| S | CDK2-cyklin A | Driver DNA-replikation, förhindrar re-replikation, fosforylerar processivitetsfaktorer, inaktiverar APC/Cᶜᵈʰ¹ |
| G2/M | CDK1-cyklin A | Förbereder för mitos, aktiverar tidiga mitotiska händelser, degraderas före metafas |
| G2/M | CDK1-cyklin B (M-CDK) | Master regulator av mitos: kärnmembranupplösning, spindelbildning, histonfosforylering för kromosomkondensation |
Rb-axeln är nyckeln. Ofosforylerat håller Rb fast transkriptionsfaktorn E2F och hindrar cellen från att gå in i S-fas. När cyklin D-CDK4/6 och sedan cyklin E-CDK2 fosforylerar Rb släpper det taget om E2F, generna för DNA-replikation slås på och restriktionspunkten passeras. Att Rb är en tumörsuppressor följer direkt av detta, och det är här CDK4/6-hämmarna griper in (se riktad terapi).
CDK-inhibitorer (CKI:er)
Mot gaspedalen finns en broms: CDK-inhibitorerna binder och blockerar cyklin-CDK-komplexen och delas in i två familjer beroende på vad de hämmar.
INK4-familjen
Specifika för CDK4/6, bromsar tidig G1.
- p16ᴵᴺᴷ⁴ᵃ: inhiberar CDK4/6
- p15ᴵᴺᴷ⁴ᵇ: induceras av TGF-β
- p18ᴵᴺᴷ⁴ᶜ: utvecklingsreglering
- p19ᴵᴺᴷ⁴ᵈ: neuronspecifik
Cip/Kip-familjen
Bredspektrum, hämmar flera cyklin-CDK-komplex.
- p21ᶜⁱᵖ¹: p53-inducerad
- p27ᴷⁱᵖ¹: kontaktinhibition
- p57ᴷⁱᵖ²: utveckling och differentiering
p21 är länken till p53. När p53 känner av DNA-skada uppreglerar den p21, som bromsar cyklin-CDK och håller cellen kvar i G1 tills skadan är reparerad. Tappar cellen p53 tappar den också den här bromsen, en av huvudmekanismerna bakom okontrollerad delning i cancer.
06 · Programmerad celldöd
Apoptos
Apoptos är cellens nödbroms. Vid för stora DNA-skador eller onormal tillväxtsignalering bryts cellen ned på ett kontrollerat sätt, utan att läcka inflammatoriskt innehåll. Det sker via två huvudvägar som möts i samma slutsteg: kaspasaktiveringen som styckar cellen inifrån.
| Inre väg (mitokondriell) | Yttre väg (receptormedierad) | |
|---|---|---|
| Aktiveras av | DNA-skada, cellulär stress, tillväxtfaktorbrist, hyperoxi | Fas-ligand (FasL), TNF-α, TRAIL, immunförsvarssignaler |
| Nyckelsteg |
|
|
Den inre vägen utgår inifrån cellen och styrs av balansen mellan pro- och anti-apoptotiska Bcl-2-proteiner; det är via den p53 dödar en skadad cell. Den yttre vägen utlöses utifrån, när immunceller binder dödsreceptorer på cellytan. Båda vägarna möts i kaspas-3/7, och via Bid kan den yttre vägen förstärka sig själv genom att aktivera den inre.
07 · Tumörbiologi
Cancergenetik
Cancer uppstår när "gaspedalen" fastnar i botten samtidigt som "bromsen" går sönder. Gaspedalen är onkogenerna, bromsen tumörsuppressorerna. Oftast krävs flera sådana fel innan en cell blir malign.
| Onkogener, "gaspedalen" | Tumörsuppressorer, "bromsen" | |
|---|---|---|
| Roll | Driver celldelning framåt | Hämmar okontrollerad tillväxt |
| Allelkrav | Dominant, en muterad allel räcker (gain of function) | Recessivt på cellnivå, båda allelerna måste slås ut (Knudsons two-hit) |
| Mekanism | Aktivering: punktmutationer (RAS), genamplifiering (MYC, HER2), translokationer (BCR-ABL), viral insertion | Inaktivering: punktmutationer, deletioner, promotormetylering, loss of heterozygosity (LOH) |
| Exempel | RAS (~30 % av all cancer), MYC (transkriptionsfaktor), BCL-2 (anti-apoptotisk), HER2 (tillväxtfaktorreceptor) | p53 (muterat i ~50 % av cancer), Rb (cellcykelkontroll), APC (Wnt-signalering), BRCA1/2 (DNA-reparation) |
Skillnaden i allelkrav är en klassisk tentafråga. En onkogen aktiveras av ett enda fel i en allel som ger ny eller överdriven funktion. En tumörsuppressor måste tappa båda sina alleler för att förlora bromsfunktionen, kärnan i Knudsons two-hit-hypotes. Därför slår ärftliga syndrom så hårt: bär man redan en defekt allel i könslinjen räcker ett enda förvärvat fel till.
Lynch syndrom: hereditär kolorektal cancer
Det är detta som drabbar Eriks familj. Lynch syndrom är en autosomalt dominant ärftlig cancerpredisposition som orsakas av en nedärvd mutation i en av DNA-mismatch repair (MMR)-generna. MMR-systemet är cellens stavningskontroll: det rättar de felparningar DNA-polymeraset lämnar efter sig under replikationen. Utan det ackumuleras fel snabbt, och eftersom Erik fötts med en defekt allel räcker en enda andra träff i en kolonepitelcell för att starta processen.
MMR-gener och frekvens
- MLH1
- 40 % av fallen
- MSH2
- 40 % av fallen
- MSH6
- 10 % av fallen
- PMS2
- 5 % av fallen
- EPCAM
- 5 % (epigenetisk)
Cancerrisk (livstid)
- Kolorektal
- 80 %
- Endometrium
- 60 % (kvinnor)
- Ovarial
- 12 %
- Magsäck
- 13 %
- Urinvägar
- 8 %
MLH1 och MSH2 står tillsammans för merparten av fallen. Eriks tumör visade MLH1-förlust i immunhistokemin, vilket pekar ut vilken gen som sannolikt är muterad och vägleder den fortsatta genetiska utredningen.
Flerstegskarcinogenes: Vogelstein-modellen
Kolorektal cancer är skolexemplet på att malignitet byggs upp stegvis. I Vogelsteins adenom-karcinom-sekvens ackumuleras mutationerna i en någorlunda förutsägbar ordning över 10–15 år, och varje nytt fel ger cellen ytterligare övertag. Det förklarar varför screening fungerar (man hinner fånga adenomen) och varför Lynch syndrom accelererar förloppet: MMR-defekten gör att stegen samlas på sig mycket snabbare.
- 1Normal epitel, frisk kolonmukosa
- 2Tidigt adenom, APC-mutation (5q21), Wnt-aktivering
- 3Intermediärt adenom, KRAS-mutation (12p12), proliferationen ökar
- 4Sent adenom, SMAD4/DCC-förlust (18q21), TGF-β-resistens
- 5Karcinom, p53-mutation (17p13), genomisk instabilitet
08 · Behandling
Riktad cancerterapi
Förståelsen av cellcykeln och cancergenetiken gör behandlingen rationell. Istället för att förgifta alla snabbdelande celler kan läkemedlet riktas mot den specifika molekylära defekt som driver just denna tumör. Tre principer återkommer på det här fallet.
CDK4/6-hämmare
Eftersom CDK4/6-cyklin D startar Rb-fosforyleringen kan man bromsa hela G1/S-övergången genom att hämma dessa kinaser, cellen fastnar i G1 och kan inte börja kopiera sitt DNA.
Läkemedel
- Palbociclib (Ibrance)
- Ribociclib (Kisqali)
- Abemaciclib (Verzenios)
Verkningsmekanism
- Blockerar G1/S-övergången
- Förhindrar Rb-fosforylering
- Inducerar cellcykelarrest
- Särskilt effektivt i HR+ bröstcancer
Immunterapi för MSI-high-tumörer
Här vänds tumörens svaghet till en behandlingsfördel. Den höga mutationsbördan i en MSI-high-tumör gör den synlig för immunförsvaret, checkpoint-hämmare tar bort den "broms" tumören lagt på T-cellerna och låter immunförsvaret göra jobbet.
Checkpoint-hämmare
- Pembrolizumab (Keytruda)
- Nivolumab (Opdivo)
- Ipilimumab (Yervoy)
Varför MSI-high svarar
- Hög mutationsbörda
- Många neoantigener
- Kraftig T-cellsinfiltration
- Hög objektiv responsfrekvens
Syntetisk letalitet: PARP-hämmare
Syntetisk letalitet slår ut en andra reparationsväg som cancercellen redan blivit beroende av. BRCA-muterade celler saknar homolog rekombination och förlitar sig på PARP för att laga enkelsträngsbrott. Hämmas PARP hopar sig skadorna tills cellen dör, medan friska celler med intakt homolog rekombination klarar sig.
Eriks behandling
Eriks handläggning, där varje steg motiveras av fallets molekylära fynd:
- 1Kirurgi: sigmoidektomi med lymfkörtelutrymning
- 2Adjuvant kemoterapi: FOLFOX (5-FU + oxaliplatin)
- 3Immunterapi: pembrolizumab (pga MSI-high)
- 4Övervakning: koloskopi var 1–2 år (Lynch syndrom)
- 5Genetisk vägledning: familjemedlemmar erbjuds testning
09 · Att ta med sig
Kliniska pärlor
- Lynch syndrom-screening: alla kolorektala cancrar bör testas för MSI/MMR-status (universell screening rekommenderas)
- Amsterdam II-kriterier: 3-2-1-regeln, 3 släktingar, 2 generationer, 1 fall före 50 år
- MSI-high-fördelen: bättre prognos och immunterapirespons kompenserar för den högre mutationsbördan
- CDK4/6-hämmare: kombineras med endokrin terapi i HR+/HER2− bröstcancer
10 · Resurser