Betrachtungen über Krebs im Charles Darwin Jahr 2009 - Schülerforum Life-Science Lab - Heidelberger Life-Science ...
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Schülerforum Life-Science Lab
16.02.2009 Freitag, 6. Februar 2009
Betrachtungen über Krebs
im Charles Darwin Jahr 2009
H. J. Gebest
Dr. HJ Gebest
Seite 2 Die häufigsten Todesursachen
Infektionskrankheiten 17.000.000 /Jahr
Herz-Kreislauf 15.000.000 /Jahr
Krebs 7.000.000 /Jahr
Krebsneuerkrankungen 10.000.000 /Jahr
• 2002: 10.000.000 neu 7.000.000
• 2020: 16.000.000 neu 10.000.000
• 2030: 20.000.000 neu
Dr. HJ Gebest
Seite 3 Verbreitung Krebsarten Männer
Quelle: Centers for Disease Control and Prevention USA
Dr. HJ Gebest
Seite 4 Verbreitung Krebsarten Frauen
Quelle: Centers for Disease Control and Prevention USA
Dr. HJ Gebest
Seite 5 Krebs in Deutschland
In Deutschland erkranken jährlich über
436.000 Menschen an Krebs
Das mittlere Erkrankungsalter liegt für
Frauen bei 69 und Männern bei 68 Jahre
3 - 4 Millionen Menschen leben derzeit in
Deutschland mit der Diagnose Krebs
(WHO: derzeit 24,6 Millionen weltweit)
* bezogen auf 2004
RKI 2008
Dr. HJ Gebest Seite 6 Krebsformen in Deutschland ©Robert Koch-Institut / 2008
Dr. HJ Gebest Seite 7 Krebssterbefälle in Deutschland ©Robert Koch-Institut / 2008
Dr. HJ Gebest
Seite 8 Überlebensraten aller Krebsarten
„Periodenanalyse“
55%
42%
Dtsch Arztebl 2005; 102: Relative 5-Jahres-Überlebensraten von Krebspatienten im Saarland
A 2628–2633 [Heft 39] in verschieden Zeiträumen zwischen 1978–1982 und 1998–2002
Dr. HJ Gebest
Seite 9 Krebs ist bösartig - maligne
Trias Ungebremstes Zellwachstum
Infiltration und Zerstörung von Gewebe
Metastasierung (Absiedlung in andere Organe)
Ungünstige Prognose
Mangel an Symptomen
Späte Diagnose (z.B. Bauchspeicheldrüse)
Frühe Metastasierung (z.B. Brustkrebs)
Biologie des Tumors (z.B. Lunge)
Erkrankung von älteren Menschen
Dr. HJ Gebest
Seite 10 Konstanz des Wissens
Keplersche Gesetze
Die Umlaufbahn eines Trabanten
ist eine Ellipse
Johannes Kepler (1571-1630)
In gleichen Zeiten überstreicht
„Die Mathematik allein
befriedigt den Geist durch
die Strecke zwischen Objekt und
ihre außerordentliche
Gewissheit“
Gravizentrum gleiche Flächen
16. Jahrhundert
Foto. WikipediaDr. HJ Gebest
Seite 11 Wandel des Wissens
Paracelsus: Behandlung von Brustkrebs
Man solle einen lebenden Krebs mit verbundenen
Scheren auf die befallene Brust legen und ihn dort
sterben lassen, dann sei auch der andere Krebs
gestorben und vergangen.
16. Jahrhundert
Paracelsus (1493-1541)Dr. HJ Gebest
Seite 12 Krebs als Metapher
Krebs ist eine Krankheit…
unzureichender Leidenschaft, die diejenigen befalle, die
Foto: wilhelm-reich-institut
sexuell unterdrückt, gehemmt, unspontan sind und unfähig,
Wut auszudrücken. Wilhelm Reich 1897-1957
Psychologische Krankheitstheorien…
sind machtvolle Instrumente, um die Schande auf die
Kranken abzuwälzen. Patienten, die darüber belehrt
Foto: daad.de
werden, dass sie ihre Krankheit unwissentlich selbst
verursacht haben, lässt man zugleich fühlen, dass sie es
verdient haben.
Susan Sontag 1933-2004Dr. HJ Gebest
Seite 13 Herkunft der Bezeichnung „Krebs“
vom Griechischen „karkinos“
(seitwärts laufender Krebs)
Venenzeichnung auf der Bauchdecke
(Magenkrebs)
Abb. NEJM August 1999
Krebs > Malignom > Karzinom > Cancer (engl)
(Tumor, Neoplasie)Dr. HJ Gebest
Seite 14 Krebs ist …
nicht eine Erkrankung
(über 100 verschieden Krebsarten!)
nicht seelisch bedingt
nicht ansteckend (15-20% bedingt durch Infektionen)
ohne Zellteilung nicht denkbar
eine genetische Störung
Störung eines fundamentalen biologischen
Prozesses, der ZellzyklusregulationDr. HJ Gebest
Seite 15 Menschen sind Vielzeller
Vielzeller entwickelten sich aus Einzellern
vor 700 Millionen Jahren
Schalenamöbe (Protozoen)
Bild: Wikipedia
Der Mensch besteht aus 100 Billionen Zellen
Eine 1 mit 14 Nullen 100.000.000.000.000
Die Zellen stehen in einem Fließgleichgewicht
Zellerneuerung – Apoptose (programmierter Zelltod)
Pro Minute entstehen ca. 300 Millionen Zellen
allein 2,5 Millionen rote Blutzellen pro Sek.Dr. HJ Gebest
Seite 16 „Omnis cellula e cellula“
Alle Zellen
entstehen durch Zellteilung
Pro Menschenleben
Rudolf Virchow erfolgen 1016 Zellteilungen
(1821-1902)
Eine 1 mit 16 Nullen - 10.000.000.000.000.000
Eine Zellteilung
dauert ungefähr 24 h
Jede neue Zelle besitzt
das gesamte Genom
Foto: Wikipedia
aus: B. Alberts, Molekulare ZellbiologieDr. HJ Gebest
Seite 17 Gene - Chromosomen - Genom
1,1 Gigabyte
437 USB-Sticks
a 256 MB
• Gene befinden sich auf den Chromosomen • Daten Gene (DNA)
• Gene sind bestimmte Abschnitte der DNA • Diskette Chromosom
• Genprodukte sind Proteine (Eiweiße) • Stapel GenomDr. HJ Gebest
Seite 18 Feinbau von Chromosomen
Die menschliche
DNA besteht aus
circa 3 Milliarden
Basenpaaren
aus: LINDER:
Biologie.Schroedel VerlagDr. HJ Gebest
Seite 19 Größenvergleich: Zellkern - DNA
Der Zellkern einer menschlichen Zelle hat
einen ungefähren Durchmesser von 5-8 µm
und enthält ca. 2m DNA (Doppelhelix)Dr. HJ Gebest
Seite 20 Transkription und Translation
• 28% des Genoms kann in
RNA transkribiert werden
• nur 5% hiervon aber in
Proteine übersetzt (translatiert)
• Proteinkodierende Abschnitte
(Exons) werden von
nichtkodierenden Abschnitten
(Introns) unterbrochen
• Spleißen > Herausschneiden
von IntronsDr. HJ Gebest Seite 21
Dr. HJ Gebest Seite 22 Vom Organismus zur DNA aus: LINDER: Biologie.Schroedel Verlag
Dr. HJ Gebest
Seite 23 Anzahl der Gene nicht entscheidend
Fadenwurm C. elegans 19.000 Gene
~ 1mm lang, Lebenszeit: 7 bis 10 Tage, Genom 1998 entschlüsselt
Columbia Desaster 01.02 2003
Reis 60.000 - 80.000 Gene
Mensch 20.000 - 25.000 Gene*
98,7% mit dem Schimpansen identisch
* Human Gene Project,
Nature 21 October 2004Dr. HJ Gebest
Seite 24 Arten der Mutation
• stille Mutationen
• letale Mutationen
• loss of function
• gain of function
(0,001%)
Alle Menschen sind zu 99,9 Prozent ihrer Erbinformation gleich
Nur 0,1 Prozent unserer Gene begründen unsere IndividualitätDr. HJ Gebest
Seite 25 Wachstumsregulation von Zellen
Zellen teilen sich in unserem Körper nicht einfach
grundlos, sondern nur bei spezifischem Bedarf
Beispiel: Nachproduktion von Erythrozyten
O2-Partialdruck im Gewebe (Nieren)
Bildung des Hormons Erythropoeitin
über Blutweg ins Knochenmark
Nachschub von Erythrozyten angeregtDr. HJ Gebest
Seite 26 Zellzyklus-Checkpoints
Die Zellteilung ist äußerst streng geregelt
Proto-
Onkogene
Tumor
Suppressor-
Gene
aus: B. Alberts, Molekulare ZellbiologieDr. HJ Gebest
Seite 27 Krebsgene
Die plakativen Begriffe
Onkogen, Tumorsuppressorgen oder Tumorgen
verweisen nicht auf die physiologische Bedeutung
dieser Gene, sondern auf eine besondere
Konsequenz ihrer FehlregulationDr. HJ Gebest
Seite 28 Krebsgene
Tumorgene sind Mitglieder einer heterogenen
Gruppe von positiven und negativen Regulatoren
der normalen Zellproliferation, Apoptose und
GewebedifferenzierungDr. HJ Gebest
Seite 29 Krebsgene
Die Anhäufung von Störungen solcher Gene,
seien sie ererbt oder im Laufe des Lebens
erworben, können schließlich nicht mehr
kompensiert werden und führen zur malignen
TransformationDr. HJ Gebest Seite 30 Mutation und Selektion aus: www.camcases.com
Dr. HJ Gebest Seite 31 Das Chaos in den Chromosomen Quelle: Spektrum der Wissenschaft Oktober 2007
Dr. HJ Gebest
Seite 32 Krebswissen dank “Omics”
Kebsentstehung ein mehrstufiger Prozess
Foto: v.Eschenbach, NCI Quelle:The Biology of Cancer, © Garland Science 2007)Dr. HJ Gebest
Seite 33 Stammzellen und Krebs
Krebs eine Erkrankung von Stammzellen?
Quelle: Andreas TrumppDr. HJ Gebest
Seite 34 Auf die Verpackung kommt es an…
Genetik
Organisation der DNA in Genen und regulatorischen
Sequenzen,
Veränderung von DNA durch Mutationen
Vererbung
Epigenetik
Genregulation und -expression
Expression kodierter Gene
individuelle Ausprägung von Merkmalen (Phänotyp)Dr. HJ Gebest
Seite 35 Genexpression
Das Realisieren der
Information, die in der DNA
eines Gens gespeichert ist,
nennt man Genexpression
BioTeachDr. HJ Gebest Seite 36 Genexpression
Dr. HJ Gebest
Seite 37 Epigenetische Regulation
DNA-Hypermethylierung
Promotorregion (Startregion für RNA-Polymerase)
gesteuert von Histonproteinen
Promotorregion Gen-Inaktivierung (gene silencing)
Cytosin (gefolgt von Guanin) CpG-Dinukleotid (CG-Suppression)
Hypomethylierung genetische Instabilität (Neoplasie)
Tumorzelle Methylierung WachstumsvorteilDr. HJ Gebest
Seite 38 DNA-Methylierung
HTA: Histonacetyltransferase, DMNTs: DNA-Methyltransferase
HDACs: Histonacetylasen, MBDS: Methylgruppen bindende Domänen
DÄB 101, 27, 2.Juli 2004
T: TransskriptionsfaktorenDr. HJ Gebest Seite 39 DNA-Methylierung beim Prostata-CA DÄB 101, 27, 2.Juli 2004
Dr. HJ Gebest
Seite 40 Krebsverlauf
Mit einer Krebserkrankung beginnt ein
willentlich nicht beeinflussbarer Prozess
Der spontane Verlauf ist von
eigendynamischen biologischen Prozessen
gekennzeichnet
Spontanheilungen sind möglich, werden
aber nur sehr selten beobachtetDr. HJ Gebest
Seite 41 Krebsentstehung
Triebkraft ist das Prinzip der Evolution
Mutation und Selektion
Krebszellen entkommen der Zellzyklusregulation
Störungen der zellulären Signalmechanismen
Krebsentstehung ist ein mehrstufiger ProzessDr. HJ Gebest Seite 42 Krebsprävalenz in Schweden aus: The Lancet 1999; Vol 354 Causes of increasing cancer prevalence in Sweden
Dr. HJ Gebest Krebs und Alter
Seite 43
Die Krebsgefahr steigt mit zunehmenden LebensalterDr. HJ Gebest Seite 44 Ernährung und Krebs Foto: Stern.de Quelle: W. Hiddemann, Die Onkologie
Dr. HJ Gebest Seite 45 Lebensstil und Krebs Bild: Edgar Maxence Quelle: W. Hiddemann, Die Onkologie "La femme à l’orchidée"
Dr. HJ Gebest
Seite 46 Kein „Alles-oder Nichts-Gesetz“
Warum erkranken manche Menschen nicht an
Krebs - trotz Risikofaktoren?
DNA-Reparatur
Detoxifikation
p53 Gen
Apoptose
Foto: dpa, Oktober 2007Dr. HJ Gebest
Seite 47 Fragen - forschen - erklären
Krebsforscher fragen „wie“
Wie entsteht Gebärmutterhalskrebs?
(Harald zur Hausen, DKFZ - Nobelpreisträger für Medizin 2008)
Evolutionsforscher fragen „warum“
Warum merzen Selektionsprozesse den Krebs nicht aus?
(Bernard J. Crespi, Simon Fraser University, Vancover Canada)Dr. HJ Gebest
Seite 48 Erstaunen
Der Beginn aller
Wissenschaften
ist das Erstaunen,
Aristoteles
(384 - 322 v. Chr.)
dass die Dinge sind,
wie sie sind.
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