RAS - en brik i kræftens puslespil

Publiceret Juli 1999

I ca. en tredjedel af de kræftsvulster, man har fundet og analyseret findes et muteret protein kaldet Ras. Forståelsen af Ras proteinets struktur og funktioner har stor betydning for kræftforskningen.

Mutationer i specielle proteiner kaldet proto-oncoproteiner kan forårsage kræft. Kræft opstår imidlertid kun, når mutationerne finder sted i bestemte dele af proteinets struktur.

Hvad er specielt for de dele af proteinet, og hvorfor er proto-oncoproteiner, der ligner hinanden meget i udseende, ikke nødvendigvis lige kræftfremkaldende?

Fælles for de to spørgsmål er aspektet om hvordan proteiners, og især kræftrelaterede proteiners, struktur er kodet sammen med deres funktion. - Oncoproteinets udseende, eller rumlige opbygning, er i høj grad optimeret til at proteinet kan udføre dets opgave i cellen, nemlig at få cellen til at dele sig.

Det er påfaldende at proteiner med meget ens struktur kan have helt forskellige funktioner i cellen - forskellene i funktion kan imidlertid forklares ved strukturmæssige variationer i små, men helt specifikke, dele af proteinet. - Disse dele af proteinet er involveret i at skabe den for proteinet særegne funktion.

Ras er et proto-oncoprotein, hvilket betyder, at det ved mutation kan forårsage kræft og dermed give ophav til tumorer eller kræftsvulster. Ras er fundet muteret i omkring 30% af de tumorer, man har analyseret i mennesker indtil nu og er dermed det oncoprotein, der oftest er fundet muteret i forbindelse med kræft.

Ras proteinet fungerer i celler som et signalprotein, der kan få cellen til at dele sig. - Ras er i stand til at give besked til cellens kerne om at en deling skal påbegyndes. I cellens kerne befinder dets genetiske materiale eller DNA sig. DNA indeholder opskrifter på cellens proteiners udseende, dvs. deres rækkefølge og mængde af aminosyrer. Det er netop produktionen af en række forskellige proteiner, der startes ved at give signal til kernen om at cellen nu skal dele sig.

Ras proteinet sender signalet til kernen ved at binde et udvalg af cellens andre proteiner til sig. De virker som en slags budbringere ved igen at binde nye proteiner, der igen kan binde andre proteiner og så fremdeles, indtil signalet fysisk ender i kernen. Bindingen af disse proteiner til Ras foregår i små områder, og vigtigt for bindingen mellem Ras og et andet protein er, at to proteiner tredimensionelt ‘passer sammen’ i dette område - ligesom en hånd i en handske.

Normalt sker celledeling under kontrollerede forhold, dvs. Ras ikke sender signaler i celler, der ikke skal dele sig. Dette er tilfældet i de fleste celler i en voksen person, der jo er fuldt udvokset. I hvilende celler har Ras en form som kan sammenlignes med en knytnæve og som ikke er i stand til at binde de førnævnte budbringer-proteiner i signalvejen. Hvis Ras imidlertid muteres sådan, at Ras hele tiden sender signal til kernen om at en deling skal påbegyndes, sættes en ukontrolleret celledeling igang, hvilket netop er karakteristisk for kræft. Mutationen indebærer at Ras’ ‘knytnæve’ struktur permanent ændres til en ‘åben-hånd’ struktur, der nu ‘passer til’ budbringer-proteinernes struktur. Binding finder dermed sted og der sendes konstant besked til cellekernen om fortsat deling.

R-Ras (Relateret Ras) er et protein, der strukturmæssigt ligner Ras en del. De to proteiner har i nogle områder 100% identisk rækkefølge af aminosyrer, mens sammensætningen i andre områder er meget forskellig. Til trods for ensartetheden opfører Ras og R-Ras sig interessant nok ikke helt på samme måde i cellen. R-Ras kan, ligeom Ras, give det førnævnte signal til cellens kerne om at dele sig, men signalet er ikke identisk med det for Ras. - Signalet synes svagere i intensitet, hvilket stemmer overens med at R-Ras ikke er fundet muteret i nogle tumorer, og derfor ikke er så kræftfremkaldende som Ras.

Man kan måle proteiners kræftfremkaldende egenskaber i forskellige modelsystemer. Ét sådant system omfatter et såkaldt focus forsøg, hvori man måler et proteins evne til at få celler til at dele sig eller gennemgå en såkaldt transformation. ‘Transformation’ er et ord for at cellens normale vækst laves om til en ukontrolleret vækst - ligesom man observerer for celler i kræftsvulster.

Cellerne, der bruges, stammer oprindeligt fra en mus. Herfra har man taget nogle hudceller og dyrket i placticskåle. Celler, der overlever en sådan ændring af omgivelser (fra dyr til plasticskål!), vil sætte sig fast på bunden af disse skåle og dele sig, når de bliver opbevaret under de rette vækstbetingelser (bla. med en saft af næringsstoffer over sig).

Forsøget involverer at indføre DNA indeholdende opskriften på det protein, hvis kræftfremkaldende/transformerende evne man gerne vil undersøge, i førnævnte celler. Indførslen af DNA i celler sker imidlertid med meget lille hyppighed og derfor vil kun få celler af den fulde population man behandler, optage DNAet og følgelig producere proteinet. Cellerne uden det nye protein, vil efterfølgende dele sig indtil cellerne i skålen ligger tæt pakket. Cellerne kan i denne situation ‘mærke hinanden’ og vil derfor holde op med at gro. Celler med det pågældende transformerende protein vil miste denne ‘bremsende’ funktion og vil dele sig ukontrolleret, ligesom cellerne i en kræftsvulst.

Resultatet af forsøget vil derfor blive en lag af normale celler, der ligger enkeltvis ved siden af hinanden (i et såkaldt monolag) i hele skålen med nogle sporadisk forekommende grupper af celler (opstået hver især fra en modercelle, der producerer det transformerende protein), som gror oven på dette monolag - sådan en gruppe kaldes et focus (flertal: foci). Ved forsøgets ophør farves cellerne i skålen (hvorved cellerne dør).

Proteinet Ras - Klik for en større udgave
Figur 1:Proteinet Ras er et såkaldt proto-oncoprotein, der ved mutation kan forårsage kræft. Her er en grafisk tegning af proteinets rumlige opbygning vist - proteinets struktur bestemmer hvilken funktion proteinet har i cellen.

Muterede former af Ras og R-Ras kan begge skabe sådanne foci som udtryk for, at de begge kan få cellen til at dele sig ukontrolleret. Men de gør dette i forskellig grad, formodentlig som følge af hvor potentielt kræftfremkaldende, de hver især er. Ras giver væsentligt flere foci end R-Ras og de enkelte foci, som Ras inducerer, er større end R-Ras foci’s små og nærmest prikagtige udseende (se figur 2).

Den tilsyneladende forskel i kræftfremkaldende evne kan formodes at ligge gemt i områder i proteinet, hvor de to proteiners aminosyre-sammensætning er forskellig. Jeg har derfor undersøgt, om R-Ras’ sidste 50 aminosyrer er involveret i at skabe den karakteristiske, svagt transformerende R-Ras karakter, svarende til de prikagtige foci.

Til det formål lavede jeg forskellige såkaldte hybrid-proteiner ved gensplejsning, hvoraf jeg har udvalgt den mest interessante til gennemgang her. Denne hybrid er konstrueret sådan at Ras proteinet har fået de sidste 50 aminosyrer udskiftet med R-Ras’ karakteristiske aminosyre-sammensætning. Det nye protein består derfor af både Ras - og R-Ras struktur.

Hybrid-proteinet blev undersøgt i focus modelsystemet for antal og udseende af foci og sammenlignet med Ras og R-Ras. Hybriden viste sig at give ophav til R-Ras typiske foci og ikke længere kraftige og store Ras-typiske foci. De sidste 50 aminosyrer af R-Ras er derfor i stand til at overføre den for R-Ras karakteristiske, transformerende evne til hybriden. Interessant nok er det pågældende område netop et område, der er stor forskel på, ikke kun mellem Ras og R-Ras, men også mellem flere andre Ras-lignende proteiner.

Disse forhold foreslår, at det pågældende område er involveret i at definere proteinets specifikke funktion - og derfor kan det kræftfremkaldende potentiale foreslås om ikke andet delvist at opstå som følge af dette områdes unikke udseende.

Det har stor interesse at forstå proteiners struktur-funktion forhold som forsøgt her, og især af potentielt kræftfremkaldende proteiner. - For ved at observere og beskrive sådanne sammenhænge, og dermed opnå en bedre forståelse af proteinets natur, har man et bedre grundlag for at finde en vej til en evt. helbredelse af de patienter, der enten lider af en Ras tumor eller andre relaterede former for tumorer.

Denne artikel deltog i GADs og Berlingske Tidendes konkurrence for specialeskribenter i 1998 og blev i den forbindelse publiceret i Univers den 8. juni 1999.