Functie en de biologische betekenis van proto-oncogenen

1. Cancerogenese is het gevolg van…
Geef de bewijzen van deze hypothese
Cancerogenese is het gevolg van…
Structurele en functionele wijzigingen in genen die coderen voor proliferatie-factoren
en differentiatie-factoren
Bewijzen
1) Bepaalde RNA virussen (retro-virussen) zijn tumerverwekkend en bevatten
virale oncogenen
2) Menselijke tumorcellen bevatten ‘oncogenen’ die normale cellen omvormen
tot kankercellen.
3) Beide zijn gewijzigde of geactiveerde normale genen = proto-oncogenen
4) Proto-oncogenen zijn bewaard en aanwezig in vrijwel alle eukaryotische
cellen
Definitie proto-oncogenen
* Onvolledige definitie = normale cellulaire tegenhangers van virale oncogenen
* Beter = normale genen van normale cellen die coderen voor factoren die de groei e
en differentiatie van de cel controleren die in gewijzigde vorm hetzij een
tumor induceren / hetzij tumor-progressie veroorzaken
Functie en de biologische betekenis van proto-oncogenen
1. Coderen voor eiwitten die een positieve controle uitoefenen op de celgroei
2. Virale oncogenen en tumorale oncogenen zijn dominante genen die bijdragen
tot een constitutionele groeistoornis karakteristiek voor kankercellen
*dominante genen: dwz 1 allel-fout geeft deze groeistoornis
(1viraal oncogen is voldoende voor de
groeistoornis)
*recessieve genen (bij tumorsuppressoruitval) dwz pas groeistoornis bij
fouten in beide allelen (aangezien
1tumorsuppressoreiwit voldoende is voor de functie)
3. Een winst of positieve wijziging in expressie van proto-oncogenen (=activatie
tot oncogenen) is potentieel kankerverwekkend
Soorten proto-oncogenen
1.Groeifactoren = externe factoren die de cel tot groei aanzetten
wanneer door een mutatie de controle van de groeifactorexpressie verstoord geraakt,
kan het gebeuren dat zowel de groeifactor als de receptor binnen één zelfde cel
worden geproduceerd. (=autocriene loop)
Normaal worden cellen aangezet tot deling door groeifactoren die worden
gesynthetiseerd door andere cellen.
(endocriene stimulatie door GF uit bloedbaan, paracriene stimulatie door GF uit
naburige cellen)
Vb. Gastrine Releasing Peptide (GRP) in kleincellig longcarcinoom
2. Groeifactor-receptoren = staan in voor captatie en binden van groeifactoren
*Dit zijn transmembraneuze proteinen:
- een ligand-binden domein (extracellulair)
- een intra-membraneus domein
- een cytoplasmatisch (intracellulair) domein met een tyrosine-kinase domein
*Activatie van een groeifactorreceptor gebeurt in 3 stappen
1) door de binding met een ligand krijg je een dimerisatie van GFreceptoren
2) intracellulaire delen komen dicht bijeen en fosforyleren elkaar
3) de signaaltransductieeiwitten binden vervolgens thv het intracellulair domein
door deze fosforylatie → activatie vd signaaltransductoren
*Meestal is een wijziging in de gen het gevolg van
- amplificaties
leidt tot overexpressie ve Gfreceptor.
Indien er ook overexpressie is vd GF krijg je autocriene loop
- mutaties
Vb. Deletie vh extracellulair domein ve Gfreceptor → sterische hinder
voor dimerisatie valt weg → continue dimerisatie en activatie
(nl w sterische hinder opgeheven door binden ve ligand)
- translocaties:
vb. Fusie van een Gfreceptorgen met het dimeriserend domein ve ander
gen → continue dimerisatie en activatie
3.Signaal-transductoren = na het binden van een ligand aan zijn receptor sturen
zij een signaal door naar het cytoplasma en naar de
kern
*Dit zijn cytoplasmatische proteinen (proteine-kinasen, meestal tyrosine-kinasen)
*Wijzigingen zijn het gevolg van mutaties in het gen, waardoor de enzymactiviteit
van het gecodeerde proteine verandert en ontsnapt aan de celcontrole.
*Voorbeeld: het RAS eiwit:
= een aan-uit schakelaar
met een bindingsplaats voor GTP of GDP
en heeft een intrinsiek lage GTP-ase activiteit
°In rust is GDP gebonden
°Als een GF een GFreceptor activeert → wisselt GDP tegen GTP → RAS staat aan →
RAS activeert andere proteines; zoals vb.
proteinekinaseRAF vd RAP/MEK/ERK cascade.
°RAS wordt kort daarna afgezet door GAP (GTPase Activating Proteine) →
GTP w weer GDP → RAS staat uit
°Er zijn mutaties die deze intrinsieke GTPase activiteit uitschakelen → gevolg: eens
RAS aangezet, kan hij niet meer afgezet worden → continue groeistimulatie
4.Transcriptie-factoren
= kern-eiwitten die na het ontvangen van een signaal
binden aan bepaalde genen en deze hierdoor activeren of inhiberen; als zodanig
controleren zij de celproliferatie op basis van deze signalen
° Genen die in een bepaalde fase an de celcyclus tot expressie komen.
° Genen die actief woden onder invloed van signalen vanuit het cytoplasma.
* Dit zijn proteinen:
- die in de kern voorkomen
- die binden aan welbepaalde DNA segmenten
- die hierdoor de activatie van een gen regelen
*Voorbeeld: c Myc:
rol: bevordert celproliferatie + belemmert celdifferentiatie
voorwaarde: cMyc doet dit echter alleen in aanwezigheid van GroeiFactoren.
In afwezigheid van groeistimuli stimuleert cMyc apoptosis: dit is een veiligheid om te
verhinderen dat cellen zouden delen wanneer Myc abnormaal zou geactiveerd
worden.
Deze veiligheid w echter soms omzeild door verdere mutaties in andere oncogenen,
vandaar dat kanker steeds de mutatie van meerdere oncogenen vergt.
Vb. Myc-expressie is sterk verhoogd door translocatie bij Burkitt’s lymfoma
OPMERKING
De buitenbeentjes in de familie van de proto-oncogenen bestaan uit een antal genen
die niks te maken hebben met de celgroei, maar wel met de celdood.
Vb
BCL-2 = eiwit dat cel beschermt tegen apoptosis.
Wanneer dit eiwit door een wijziging in het coderend gen constant tot expressie w
gebracht in cellen die eigenlijk wel zouden moeten afsterven, sterven deze cellen niet
→ onstuitbare accumulatie van cellen, ondanks het feit dat je geen andere afwijking
hebt thv de proto-oncogenen
2. Hoe worden oncogenen geactiveerd?
1. Activatie door translocatie
2. Activatie door puntmutaties in het gen
3. Activatie door amplificaties van het gen
Cancerogenese = gevolg van structurele en functionele wijzigingen in genen die
coderen voor proliferatie factoren en differentiatie factoren
1. Activatie door translocatie
Wat? = een stukje chromosoom uitgewisseld met een deeltje van een ander
chromosoom
Soorten
1) gebalanceerde translocatie = geen verlies van genetisch materiaal
2) niet-gebalanceerde translocatie
- verlies van genetisch materiaal
- stukje genetisch materiaal op nog een ander chromosoom
a) Fusie-gen
chronische myeloide leukemie (CML)
t(9,22) : philadelphia chromosoom
het abl op chr9 wordt verbonden met de bcr-regio op chr22 (brake point cluster regio)
 fusiegen abl/bcr + fusieproteine p210
→ het normale abl gaat bij DNA beschadiging in de kern binden aan p53 →
↑p53activiteit
→ het fusie abl/bcr
1. geraakt niet meer in de kern → respons op DNAbeschadiging is
verloren
2. abl-kinase is continu actief en activeert RAS
b) Gestoode gencontrole
oa Burkitt lymfoom
cMyc bevordert celproliferatie en belemmert celdifferentiatie
*in normale cellen is cMyc-gen geinactiveerd
*als het door translocatie achter een sterke promotor komt:
t(8,14) : achter promotor vd zware keten
t(8,2): achter promotor vd κ- lichte keten
t(8,22): achter promotor van de λ-lichte keten
*als dit gebeurd in uitgerijpte B-lymfocyten die een continue hoge expressie van deze
genen hebben → continue hoge expressie van cMyc → proliferatie
2. Activatie door puntmutaties in het gen
*Wat? = wijziging coderende sequentie
*Voorbeeld: het RAS eiwit:
= een aan-uit schakelaar
met een bindingsplaats voor GTP of GDP
en heeft een intrinsiek lage GTP-ase activiteit
°In rust is GDP gebonden
°Als een GF een GFreceptor activeert → wisselt GDP tegen GTP → RAS staat aan →
RAS activeert andere proteines; zoals vb.
proteinekinaseRAF vd RAP/MEK/ERK cascade.
°RAS wordt kort daarna afgezet door GAP (GTPase Activating Proteine) →
GTP w weer GDP → RAS staat uit
°Er zijn mutaties die deze intrinsieke GTPase activiteit uitschakelen → gevolg: eens
RAS aangezet, kan hij niet meer afgezet worden → continue groeistimulatie
*Dit is zo in pancreaskankers (in 98%), ovariumkanker, colonkanker
3. Activatie door amplificaties van het gen
vb neuroblastoma: amplificatie vh nMyc gen
nMyc = transcriptiefactor voor cdk’s (cycline dependent kinases)
*In afwezigheid van groeistimuli stimuleert Myc apoptosis: dit is een veiligheid om te
verhinderen dat cellen zouden delen wanneer Myc abnormaal zou geactiveerd
worden.
*Deze veiligheid w echter soms omzeild door verdere mutaties in andere oncogenen,
vandaar dat kanker steeds de mutatie van meerdere oncogenen vergt.
nMyc = normaal =proto-oncogen
cMyc = oncogen in menselijke tumorcellen
vMyc = virale oncogen
3. Welke tumorsuppressorgenen kent u?
Beschrijf hun localisatie, functie en bij welke
ziekten komen ze zoal voor?
Tumor suppresor
NB1
RCC
APC en MCC
MLM
BCNS
MEN-2
MEN-1
WT1
BRCA-2
Rb-1
chromosoom
1
3
5
9
9
10
11
11
13
13 q14
P53
17 q12
NF-1
17
BRCA-1
DCC
NF-2
17
18
22
A. Celcyclusregulators
1. Retinoblastoma-gen
2. p16 INK 4a
B. Detectie en herstel van DNA beschadiging
3. p53
4. BRCA-1 en BRCA-2
C. Regulators vh inositol lipiden metabolisme
5. PTEN
D. Regulators vh cadherin / catenin systeem
6. APC
7. WT-1
8. NF-1
Kanker
Neuroblastoma
Nierca
Colonca
Melanoma
Huidca, Medulloblastoma
Skca
Multiple Endocriene Neoplasie
Wilms tumor (nefroblastoom)
Borstca, ovariumca
Retinoblastoma, osteosarcoma,
borst, prostaat, blaas, long
Astrocytoma, osteosarcoma,
borst, colon, long
Neurofibromatose type 1,
glioma
Borstca, ovariumca
Colonca
Neurofibromatiose type 2,
schwannoma
A. Celcyclusregulators
1. Retinoblastoma-gen
°op chr 13 q 14
°retinoblastoma
= intraoculaire kinderkanker
1/20.000
°voorkomen: ‘two hit hypothese’
* 60% sporadisch: meestal unilateraal, op later leeftijd
toevallig 2 allelen geraakt, kind heeft 2intacte allelen geerfd
*40% familiaal: meestal bilateraal, op vroegere leeftijd
kind erft 1gemuteerd allel en 1 mutatie gebeurd tijdens het
leven
°mutatie : dit gen kan ook gemuteerd zijn bij ca van borst, prostaat, blaas, long en
osteosarcoma
°functie
1) cruciale rol in G1-S transitie
G1fase: oiv groeifactoren zijn er voorbereidingen tot DNAsynthese (in Sfase)
Op bepaald punt in G1fase (“Point of no return”) gaat de cel delen, ook al neem je
de GF weg (=Restrictiepunt) , dit w geregeld door het proteine retinoblastoma
Retinoblastoma (Rb)
= een nucleair fosfoproteine waarvan de fosforylate graad w bepaald doorheen
de celcylus door cdk’s (cyclin dependent kinases)
= een schakelbord waarop de inputs fosforylaties zijn. Er is pas volledige
fosforylatie als alle voorbereidingen getroffen zijn.
= centraal controlepunt waar de inputs van alle GF convergeren
 Dus in begin G1fase is er hypofosforylatie vh Rb
 Dit gehypofosforyleerde Rb vormt een complex met transcriptiefactor E2F
Op het einde G1fase is er hyperfosforylatie vh Rb
 E2F dissocieert en bindt DNA
 Je krijgt expressie van genen voor celproliferatie
Besluit
Inactivatie vh Rb → E2F altijd ongebonden → constante stimulatie vd cel
Veiligheidsmechanismen = Inactivatie vh Rb → activatie p53 → apoptosis
2) Rb kan differentiatie induceren
vb. Rb bindt MyoD → differentiatie van skeletspierweefsel
2. p16 INK 4a
°op chr9 p21
°is geinactiveerd in 25-70% vd tumoren (98% vd pancreasca!)
°Het w oa geactiveerd als er oncogene RAS id cel aanwezig is
(dit is ook zo in 98% vd pancreasca→beiden nodig voor pancreasca!)
°Functie
Inhibitor van een cdk dat Rb fosforyleert → remming van G1-S transitie
B. detectie en herstel van DNA beschadiging
3. p53 = Guardian of the genome
°op chr 17 p13
°carcinoom van colon, borst, long, osteosarcoma, astrocytoma
(in 50% van alle menselijke tumoren is p53 gemuteerd)
°Functie
*in normale cellen: geen functie.
Aanwezig in lage concentratrie, in inactieve vorm.
*bij celbeschadiging: p53 zorgt voor apoptose of groeistop
= oa DNA beschadiging, hypoxie, oncogenactivatie, blootstelling aan
NO,…
°p53 activatie
- vooral door stabilisatie vh aanwezige p53 door fosforylaties
- als de cel dr GF gaat delen → ↑mRNA van p53
dit is zeer slim! Want een cel die deelt heeft hoger risico op DNA
beschadiging. De cel is niet meer afhankelijk van de novo synthese van p53
en kan sneller ingrijpen.
°Effecten
1) Groeistop
zowel in G1-S-transitie als in G2-M-transitie
via p21WAF → onderdrukking cdk’s → hypofosforylatie Rb
via GADD45→ remt DNA replicatievork bindende eiwitten
Na de groeistop probeert de cel het DNA te herstellen, indien dit niet mogelijk is gaat
ze in apoptosis
2) Apoptose
bax↑
= pro-apoptosis
↓bel2
= pro-survival
↑IGF1-BP3 = bindt overlevingsfactor IGF (insuline like growth factor binding
proteine)
enz...
3) inhibitie van angiogenese
door onderdrukken van pro-angiogenese factoren
door stimuleren van contra-angiogenese factoren
Besluit
Als p53 zijn functie niet kan uitoefenen (mutatie, binding virale proteienen) →
cel met beschadigd DNA deelt toch
→ krijgt gemuteerde dochtercellen
→ opstapeling mutaties → kanker
Opmerking
Chemotherapie geeft DNA beschadiging → activatie p53 → apoptosis
MAAR! Als p53 reeds niet meer werkt, zal chemo ook niet echt effectief zijn
4. BRCA-1 en BRCA-2
mammaca:
* 5% erfelijk
hiervan 45% door mutatie in BRCA-1 op chr 17 q21
45% door mutatie in BRCA-2 op chr 13 q12
5% Li Fraumeni op chr 17 p13
5% onbekend
* 95% is sporadisch
A. BRCA-1
°Structuur
1. nucleair localisatiesignaal
voor eiwittransport naar kern: suggereert een rol in de kern
2. Rad51 interactie domein
Rad51 is eiwit belangrijk voor - DNA herstel
- meiotische recombinatie van chromosomen
In de S-fase bindt proteine BRCA-1 aan Rad51: dit suggereert een rol voor
BRCA-1 in DNA herstel en recombinatie
3. BRCT = BRCA-1 carboxyterminaal deel
= een transcriptieactivatiedomein
leidt tot inductie van p21WAF1 → groeistop na beschadiging
B. BRCA-2
°Structuur
1. transcriptieactivatiedomein: id
2. Rad 51 interactie domein: id
3. BRCrepeats: rol onbekend
°Besluit:
Bij mutatie in BRCA1 of BRCA2  fouten in
o DNA herstel
o Recombinatie
o Groeistop na DNA beschadiging
C. Regulators vh inositol lipiden metabolisme
5. PTEN
° gemuteerd bij borstca, prostaat, hersen, colon
° Mechanisme
PTEN breekt PIP3 af
PIP3 stimuleert proliferatie en remt apoptosis
Gevolg: PTEN stimuleert apoptosis en inhibeert proliferatie
Bij deletie PTEN → PIP3 ↑
D. Regulators vh cadherin / catenin systeem
6. APC (adenopolyposis coli)
°op chr5 q21-22
°colonca:
15%erfelijk
1/3 hiervan mutatie in APC
°Mechanisme
E cadherin = transmembranair eiwit voor cel-cel-adhesie in epithelen
E cadherin is in de cel gebonden met complex van α- en β- catenin
Dit complex verbindt dus Ecadherin met actine vh cytoskelet
1) Cel in rust
1. βcatenin w door onbekend kinase gefosforyleerd
vormt zo een complex met αcatenin en Ecadherin
2. teveel βcatenin w door GSK3 gefosforyleerd
→ complex βcatenin-GSK3-APC
3. dit complex zorgt voor aanplakken van ubiquitin staart aan βcatenin zodat het
wordt afgebroken door het proteasoom
Besluit: in de rustende cel is geen vrijβcatenin, enkel in complex met Ecadhenin
2) cel w gestimuleerd door GF
1. hierdoor inhibitie van GSK3
2. geen fosforylatie van βcatenenis: βcatenin w niet afgebroken
3. βcatenine concentratie stijft: translocatie naar de kern
4. in kern bindt βcatenin transcriptiefacotr
stimulatie + remming van bepaalde genen
oa Ecadherin w geremd: cellen losser (nodig voor delen)
Besluit: bij APCdeletie accumuleert βcatenin
= zelfde effect als continue Gfstimulatie
gevolg: minder celadhesie  gemakkelijker metastasen
7. WT-1 (Willms tumor)
°op chr 11 p13
° WT1
= een weefselspecifieke transcriptiefactor, die vooral tot expressie komt
tijdens ontwikkeling van de nier
° inhibeert expressie van
- IGF2
(GF)
- IGF1-R
(insuline like growth factor receptor) (GF-receptor)
- PDGF-A
(platelet derived growth factor) (GF)
- Nmyc
(transcriptiefactor)
° Bij uitval van WT-1: verhoogde expressie van deze proto-oncogenen
8. NF-1 (Neurofibromatose1, glioma)
°op chr17 q11
°proteine neurofibromine
= zelfde functie als GAP (zet RAS terug in de uit-stand)
° bij uitval van neurofibromine:
 RAS blijft aan staan
 proliferatie
6. Welke virussen spelen een rol bij het onstaan van
kanker?
1. EBV
° mechanisme
immortalisatie van geinfecteerde cellen
door - binding Rb, p53
- inductie Bcl2
° Geinfecteerde cellen:
1. B-lymfocyten: leidt tot
* Burkitt lymfoom
vnl associatie tss Burkittlymfoom en EBV met de endemische vorm in Afrika
kinderen in kaakbeenderen
vaak t(8,14)
waarbij Myc gen op chr8 achter de promotor vd zware keten op chr14 komt
→ expressie cMyc↑ → proliferatie
*ander lymfomen: non Hodgkin en Hodgkin
vnl bij immuundeficiente personen (posttransplant, HIV)
woekering met EBV besmette Blymfocyten door het wegvallen van de
immuunsuppresie op die cellen door een adequaat immuunsysteem
2. Epitheelcellen
*nasofaryngeaal ca
vnl in Azie, bij mannen van Chinese afkomst
2. HPV
° geeft cervix en anusca
° produceren 2 eiwitten
1) E6 : bindt p53 → afbraak p53
2) E7: bindt Rb → afbraak Rb
° Indien het viraal DNA geintegreerd w in het genoom kan het zijn dat
de genen van E6 en E7 achter een sterker promotor komen
→ ↑expressie → inactivatie p53 en Rb → kanker
° Opm
1. low risk HPV
2. high risk HPV: vnl 16 en 18 leiden tot ca
door efficienter binden van E6 en E7 respectievelijk aan p53 en Rb
3. Hepatitis
° HBV en HCV geven kans op hepatocellulair ca (HCC)
A. HBV
= DNA virus
0,25% kans na 30jaar op HCC
° DNA kan in het genoom geincorporeerd worden → transformatie + tumorgroei
° Produceert een X-proteine
1) =proteinekinase
stimuleert RAS-RAF-MAPkinase cascade
(induceert virale + cellulaire replicatie)
2) bindt p53
B. HCV
= RNA virus
0,7% kans na 30jaar op HCC
° RNA kan niet ingebouwd worden in genoom
° Produceert HVC-core proteine
reguleert transcriptie van cellulaire proto-oncogenen →normale groei ontregelt
4. HIV
= RNA (retro) virus
Door onderdrukking immuunsysteem meer tumoren
a) Kaposi sarcoom door HHV-8 (humaan herpes virus)
= tumor van de intima cellen thv kleine Bven
Symptomen: paarsrode knobbelvormige huidwoekering, vnl op benen
Metastaseren naar lymfeklieren, slijmvliezen en ingewanden
b) B-lymfomen
zowel non-Hodgkin en Hodgkin
vooral door EBV besmette Blymfocyten
5. HTLV (Human Tcel lymphotropic virus)
= Retrovirus
(hebben een Reversed Transcriptase dat RNA naar DNA omzet)
A. HTLV-1
° Kliniek
1)Geeft aanleiding tot adult Tcel lymfoom leukemie (ATL)
100% correlatie
2) Tropical spastic paraparesis (TSP)
= verlamming door aandoening vh ruggemerg
° Produceert Tax-proteine:
1. inductie IL-2R (hoge expressie) :
immortalisatie door autocriene productie van IL-2
2. activatie proto-oncogenen: vb cmyc
3. inhibitie expressie Bpolymerase (zorgt voor DNAherstel)
° Besmetting:
- Transfusie
- Sex
- Onsteriele naalden
- Van moeder op kind bij geboorte
B. HTLV-2
1) Hairy cell leukemie
2) Chronisch Tcel leukemie
6. Opmerking
Adenovirussen en polyoma virussen (SV40) produceren ook eiwitten die p53 en Rb
binden!
A. Adenovirussen
° Produceert:
E1A: bindt Rb → activatie celcyclus
E1B 55k: bindt p53 → blokkeert transcriptionele activeit
E1B 19k: voorkomt ook apoptosis via → downstream van p53
→ een p53 independent pad
B. SV40
° Produceert:
T-tumor antigen: kan tot tumors leiden
t-tumor antigen: vergroot het vermogen van T om tot tumors te leiden
° Mechanisme:
T bindt ongefosforyleert Rb → inactiveert
T bindt p53 → inhibitie transcriptie door p53
Wat t doet weten we niet