Ο προγραμματισμένος θάνατος ενός κυττάρου ονομάζεται απόπτωση, ένα γεγονός που συνήθως προκαλείται από εσωτερική βλάβη ή από σήματα από τους περιβάλλοντες ιστούς. Η απόπτωση και ο καρκίνος συνδέονται με δύο σημαντικούς τρόπους. Πρώτον, οι όγκοι δεν μπορούν να αναπτυχθούν εάν το φυσιολογικό σύστημα ασφαλείας μέσα στο σώμα τους ανιχνεύσει και πυροδοτήσει την αυτοκαταστροφή τους, έτσι οι καρκίνοι συχνά μπλοκάρουν τους μηχανισμούς με τους οποίους το σώμα σηματοδοτεί την ανεξέλεγκτη ανάπτυξη ιστών για απόπτωση. Δεύτερον, τα καρκινικά κύτταρα αδρανοποιούν τα γονίδια που κωδικοποιούν τις απαραίτητες πρωτεΐνες για την καταστροφή των κακοήθων κυττάρων. Οι χημειοθεραπείες εκμεταλλεύονται τη σχέση μεταξύ απόπτωσης και καρκίνου καταστρέφοντας τους όγκους και σημαδεύοντάς τους ως θάνατο.
Η απόπτωση συμβαίνει όταν τα χημικά σήματα ξεκινούν μια διαδικασία αυτοκαταστροφής μέσα σε ένα κύτταρο, μέσω αλλαγών στη μεμβράνη, αποικοδόμησης του DNA στον πυρήνα και πέψης των κυτταρικών πρωτεϊνών από εξειδικευμένα ένζυμα. Υπάρχουν δύο τύποι μονοπατιών που θα κάνουν ένα κύτταρο να υποστεί απόπτωση: η εγγενής, η οποία ξεκινά από μεταλλάξεις του DNA και η εξωγενής, η οποία παίρνει τα σημάδια του από το εξωτερικό του κυττάρου. Η εξωτερική οδός μπορεί να ενεργοποιηθεί από ορμόνες, τοξίνες και άλλα μόρια ικανά να ενεργοποιήσουν ειδικές θέσεις στο κύτταρο γνωστές ως υποδοχείς θανάτου.
Κατά τα πρώιμα στάδια του σχηματισμού όγκου, συμβαίνουν μεταλλάξεις στο DNA που αλλάζουν τη σχέση μεταξύ της απόπτωσης και του καρκίνου που επιτρέπουν την ανεξέλεγκτη κυτταρική ανάπτυξη. Ο καρκίνος περιλαμβάνει παθολογικές αλλαγές στον κύκλο με τον οποίο τα κύτταρα αναπαράγονται και πολλαπλασιάζονται, γεγονότα που κανονικά πυροδοτούν την απόπτωση όταν ανιχνεύονται σε υγιή κύτταρα. Αυτό μερικές φορές γίνεται με την καταστολή της κωδικοποίησης των γονιδίων για σημαντικές πρωτεΐνες που χρησιμοποιεί το σώμα για να δώσει σήμα στους καρκινικούς ιστούς για αποβολή με απόπτωση. Οι όγκοι μπορεί επίσης να εκκρίνουν χημικούς αγγελιοφόρους που συγχέουν ή μπλοκάρουν τη διαδικασία που συνήθως θα έδινε εντολή στα καρκινικά κύτταρα να υποστούν αυτοκαταστροφή.
Ένα σημαντικό γονίδιο, το p53, κωδικοποιεί αγγελιαφόρες πρωτεΐνες που προκαλούν απόπτωση. Ορισμένοι καρκίνοι που προκαλούνται από ιούς καταστέλλουν την ενεργοποίηση αυτού του γονιδίου και καθιστούν τα καρκινικά κύτταρα λιγότερο ανταποκρινόμενα στην ενεργοποίηση των υποδοχέων του θανάτου. Είτε προκαλείται από ιούς είτε όχι, η κυτταρική παραγωγή ουσιών που ενισχύουν την ανάπτυξη αυξάνεται στους όγκους. Κανονικά, το σώμα ανταποκρίνεται στον ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό ενός συγκεκριμένου τύπου κυττάρου προκαλώντας μαζική απόπτωση, αλλά κατά τη διάρκεια της ογκογένεσης – του σχηματισμού καρκίνου – η ισορροπία μεταξύ απόπτωσης και καρκίνου κλίνει προς την κυτταρική ανάπτυξη και όχι προς τον θάνατο.
Οι χημειοθεραπευτικές θεραπείες συχνά εξαρτώνται από τη σχέση μεταξύ απόπτωσης και καρκίνου. Τα περισσότερα από αυτά τα φάρμακα παρεμβαίνουν επίσης στη σύνθεση του DNA και στην κυτταρική διαίρεση ή ανάπτυξη, αλλά αυτοί οι μηχανισμοί τελικά λειτουργούν για να καταστρέψουν τα καρκινικά κύτταρα προτού διαιρεθούν και δημιουργήσουν περισσότερα αντίγραφα του εαυτού τους. Διάφορα φάρμακα ενεργοποιούν διαφορετικά σημεία κατά μήκος της οδού που οδηγεί επίσης σε προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο, μερικές φορές αυξάνοντας την ευαισθησία των υποδοχέων θανάτου στα καρκινικά κύτταρα. Δεδομένου ότι ορισμένες κακοήθειες δεν ανταποκρίνονται πλέον σε σήματα αυτοκαταστροφής, οι επιστήμονες ενδιαφέρονται να αναπτύξουν χημειοθεραπείες που μπορούν να προκαλέσουν άμεσα τα φυσικά γεγονότα απόπτωσης.