Das Peto-Paradoxon: Das Geheimnis der Riesen und die Zombie-Gene krebsresistenter Elefanten
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Tag 3 (Krebsgeschichte in 365 Tagen)
Das Peto-Paradoxon und die „Zombie-Gene“
In den vergangenen Beiträgen fanden wir Krebsspuren in den Knochen eines Dinosauriers von vor 76 Millionen Jahren und eines menschlichen Vorfahren von vor 1.7 Millionen Jahren. Diese Entdeckungen stellen uns vor einen merkwürdigen mathematischen Widerspruch: Wenn Krebs auf Fehler bei der Zellteilung zurückgeht, müssten riesige Tiere mit Milliarden zusätzlicher Zellen alle an Krebs sterben. Das tun sie aber nicht. Warum?
Heute untersuchen wir eines der größten biologischen Rätsel der Krebsgeschichte, das „Peto-Paradoxon“, und die von der Natur entwickelte Abwehr gegen Krebs durch „Zombie-Gene“, die in der DNA von Elefanten verborgen ist. Dies ist nicht nur eine Geschichtsstunde, sondern auch eine Geschichte der Evolutionsbiologie, die Wege zu künftigen Krebstherapien aufzeigt.
Eine Beobachtung widerspricht der Mathematik: Die Frage von Sir Richard Peto
1977 entwickelte der Epidemiologe Sir Richard Peto von der Universität Oxford bei der Untersuchung von Krebsstatistiken eine einfache, aber folgenreiche Überlegung. Krebs entstand durch zufällige Fehler, also Mutationen, beim Kopieren der DNA während der Zellteilung.
- Annahme 1: Jede Zellteilung birgt ein Risiko für die Krebsentstehung, vergleichbar mit dem Kauf eines Lotterieloses.
- Annahme 2: Je größer ein Lebewesen ist, je mehr Zellen es also besitzt, und je länger es lebt und damit Zellteilungen durchläuft, desto mehr „Lotterielose“ hat es gekauft.
- Folgerung: Bei riesigen Tieren wie Elefanten oder Walen müsste die Wahrscheinlichkeit, an Krebs zu erkranken, mathematisch nahezu 100 % betragen.
Wenn eine Maus 2-3 Jahre, ein Mensch 80 Jahre, ein Elefant 70 Jahre und ein Wal 200 Jahre lebt, müssten dieser Logik zufolge nahezu 100 % der Elefanten und Wale schon jung an Krebs sterben. Ein Elefant besitzt schließlich 100-mal mehr Zellen als ein Mensch und millionenfach mehr als eine Maus.
Hier liegt das Paradoxon: In der Natur geschieht das nicht! Die Krebsraten riesiger Tiere ähneln denen des Menschen mit 11-25 %; bei Riesen wie Elefanten und Walen sind sie mit ungefähr 5 % sogar wesentlich niedriger. Die Natur scheint die Mathematik besiegt zu haben.
Körpergröße und Krebsrisiko: Erwartung und Wirklichkeit
Die Natur muss einen genetischen Weg gefunden haben, den Körper zu vergrößern und zugleich das Krebsrisiko zu senken, also Tumoren zu unterdrücken.
Warum waren Dinosaurier nicht geschützt?
Erinnern wir uns an den Centrosaurus aus unserem ersten Beitrag. Dieser Dinosaurier wog etwa 2 Tonnen und war damit so schwer wie ein kleiner Elefant. Trotzdem entwickelte er einen fortgeschrittenen, metastasierten Knochenkrebs. Dies legt nahe, dass Dinosaurier möglicherweise noch nicht über so ausgeprägte Mechanismen zur Tumorunterdrückung verfügten wie heutige riesige Säugetiere. Die Riesen der Kreidezeit bezahlten ihr schnelles Wachstum womöglich mit einem erhöhten Krebsrisiko.
Als die Säugetiere nach dem Aussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren größer wurden, entwickelten sie jedoch neue Waffen gegen Krebs. Mit genetischen Analysen hat die moderne Wissenschaft das Geheimnis der Elefanten entschlüsselt.
Lösung 1: 20 Kopien des „Wächters des Genoms“ (P53)
Beim Menschen gibt es von dem als „Wächter des Genoms“ bekannten und für die Krebsverhütung besonders wichtigen Gen TP53 , das für das P53-Protein steht, nur 1 Paar . Wird dieses einzelne Paar durch Mutation verändert oder beschädigt, steigt das Krebsrisiko sprunghaft, wie etwa beim Li-Fraumeni-Syndrom.
Elefanten besitzen dagegen ganze 20 Paare (40 Kopien) dieses Gens! Fällt eines aus, springt ein anderes ein. Dieses genetische Sicherungssystem bildet ihre erste Verteidigungslinie gegen Krebs.
Lösung 2: Das „Zombie-Gen“ LIF6
Noch bemerkenswerter ist, dass Elefanten im Verlauf der Evolution ein „totes“, also funktionsloses Gen wieder zum Leben erweckt haben. LIF6 gibt einer Zelle mit beschädigter DNA den „Befehl zur Selbsttötung“. Statt zu versuchen, sie zu reparieren, tötet es die Zelle konsequent ab (Apoptose). Die Strategie lautet, geschädigte Zellen zu beseitigen, bevor sie sich zu einem Tumor entwickeln können.
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