Krebszellen weisen einen mutierten Phänotyp auf, der durch defekte DNA-Reparaturmechanismen gekennzeichnet ist, die zu höheren Mutationsraten als normal führen. Ihre Toleranz gegenüber Mutationen auch in den kritischen Zellzyklus-Genen verleiht ihnen Überlebensvorteile gegenüber normalen Zellen.

Zum Beispiel hören normale Zellen auf, sich zu teilen, sobald sie mit einer anderen Zelle in Kontakt kommen, ein Phänomen, das als Kontakthemmung bekannt ist. Einige Zellen können jedoch mutieren, um die Kontakthemmung zu überwinden, und sich übereinander auftürmen, wodurch eine Tumormasse entsteht.

Trotzdem können sich diese Tumorzellen nicht ewig vermehren. Irgendwann können sie eine replikative Zellseneszenz durchlaufen, ein Phänomen, bei dem Zellen nach einer bestimmten Anzahl von Zellteilungen aufhören, sich zu teilen.

So mutieren einige Tumorzellen weiter, um diese Hürde zu überwinden und werden krebsartig. Zunächst erhöhen sie ihre Zellteilungsrate, um den Verlust von Zellen aufgrund der Zellseneszenz auszugleichen. Zweitens können sie sich der Apoptose entziehen, was zu einem verlängerten Überleben alter und geschädigter Zellen führt.

Der Tumor wächst, die Zellen im Inneren eines großen Tumors erhalten weniger Sauerstoff – ein Phänomen, das als Hypoxie bezeichnet wird. Dies schränkt die Wachstumsfähigkeit der Zellen ein und kann Zellnekrosen im Inneren des Tumors auslösen.

Krebszellen überwinden diese Herausforderung mit zwei vorteilhaften Mutationen. Erstens fördern sie die Angiogenese - den Prozess der Bildung neuer Blutgefäße um den wachsenden Tumor, der die Zellen mit mehr Sauerstoff und Nährstoffen versorgen kann.

Die zweite ist ein metabolischer Wechsel vom oxidativen zum glykolytischen Stoffwechsel.

In normalen Zellen wird Glukose durch Glykolyse zu Pyruvat verstoffwechselt. Unter aeroben Bedingungen wird das Pyruvat durch oxidative Phosphorylierung metabolisiert, um eine große, aber langsamere ATP-Ausbeute zu erzeugen. Unter anaeroben Bedingungen, wie z. B. bei intensiver Muskelaktivität, verstoffwechseln Zellen Pyruvat durch anaerobe Glykolyse in Laktat mit geringer, aber schneller ATP-Ausbeute.

Um ein schnelles Wachstum zu fördern, nehmen Krebszellen 100-mal mehr Glukose auf als normale Zellen, die durch Glykolyse in Pyruvat umgewandelt wird. Dann wird das Pyruvat durch anaerobe Glykolyse unabhängig von der Sauerstoffverfügbarkeit schnell zu Laktat metabolisiert. Dieses Phänomen wird als Warburg-Effekt bezeichnet.

Obwohl die anaerobe Glykolyse weniger effizient ist als die oxidative Phosphorylierung, sorgt sie für schnelle ATP-Ausbrüche für die Krebsproliferation.