Effect van taxol op de microtubuli

De werking van Taxol
Taxol is een stof die verkregen wordt uit Taxushout. Taxol heeft een antitumor activiteit en wordt daarom
gebruikt om kanker mee te behandelen. Taxol werkt tegen tumoren omdat het de microtubuli stabiliseert.
Microtubuli
Microtubuli zijn buisvormige eiwitstructuren die in alle eukaryote cellen worden gevonden. Microtubuli zijn
onderdeel van het cytoskelet. Ze zijn opgebouwd uit tubuline; in het bijzonder alfa- en bètatubuline. De alfa
kant van de microtubuli is het min uiteinde en de bèta kant is het plus uiteinde. Alfa- en bètatubuline
vormen samen heterodimeren. Deze heterodimeren binden vervolgens aan andere heterodimeren. Door dit
proces ontstaan er polymeren van tubuline. Deze ketens worden protofilamenten genoemd. Als een aantal
van deze protofilamenten samen een buisvorm vormen ontstaat een microtubulus. Deze structuur is veel
steviger. Tijdens de polymerisatie worden aan zowel het alfa- en bètatubuline het molecuul GTP gebonden.
GTP dat gebonden is aan alfatubuline is stabiel, maar GTP dat gebonden wordt aan het bètatubuline kan
gehydrolyseerd worden tot GDP. In tegenstelling tot GTP is GDP geneigd tot depolarisatie. Dit heeft tot
gevolg dat GDP-gebonden tubuline aan het uiteinde van de keten los zal raken. Doordat tubuline alleen aan
het uiteinde van de keten bindt als het GTP-gebonden is, is er als het ware een kapje van GTP aan het
uiteinde van het polymeer. Mocht de hydrolyse sneller zijn dan de additie van GTP-gebonden tubuline, dan
is het mogelijk dat het kapje verdwijnt en in dat geval zal de keten snel uit elkaar vallen. De keten kan gered
worden als er een nieuw GTP-gebonden tubuline bindt aan het polymeer. Dit proces wordt de dynamische
instabiliteit van de microtubuli genoemd.
Figuur 1 Een schematisch overzicht van de dynamische instabiliteit
Mitose en celcyclus
Doordat taxol de microtubuli stabiliseert zorgt het ervoor dat de mitose vastloopt en niet meer verder kan
verlopen. Taxol heeft dus invloed op de celcyclus en de mitose.
Verloop van de celcyclus
De celcyclus begint met de interfase. De interfase is gericht op voorbereiding voor de celdeling. De interfase
begint met de G1-fase. Hierin neemt de hoeveelheid cytoplasma toe. Ook worden er extra eiwitten
aangemaakt. Vervolgens begint de S-fase. Hierin gaat de cel het genetische materiaal repliceren. Na de Sfase gaat de cel de G2-fase in. In deze fase gaat de cel stoffen maken die belangrijk zijn voor de celdeling.
Tussen de G1- en de S-fase liggen zogenaamde checkpoints. Na de G2 fase is ook een checkpoint. Op het G2checkpoint wordt gecontroleerd of de DNA-replicatie goed is gegaan. Kleine foutjes kunnen hersteld
worden, maar als de fouten te groot zijn gaat de cel over tot apoptose.
Als alles goed is verlopen gaat de cel na de G2-fase over tot celdeling, de mitose.
Verloop van de mitose
De mitose begint met de profase. In de profase wordt begonnen met het vormen van een spoelfiguur,
verdwijnen de kernmembranen en spiraliseren de chromosomen zich. Na de profase gaat de mitose de
prometafase in. In de prometafase verbrokkelt het kernmembraan en gaan de microtubuli van het
spoelfiguur zich vasthechten aan de centromeren van de chromatiden. Vervolgens begint de metafase zodra
alle centromeren van de chromosomen zich in het equatoriaalvlak bevinden. In deze fase is wordt het
spoelfiguur afgerond, waardoor in het midden een equatoriaalvlak ontstaan en aan de uiteindes van het
spoelfiguur de polen. De metafase is afgelopen zodra alle chromatiden los zijn gelaten. Hierdoor zijn alle
chromatiden een zelfstandig chromosoom geworden. De volgende fase in de mitose is de anafase. In deze
fase worden de chromatiden naar de polen getrokken. De laatste fase van de mitose is de telofase. In de
telofase despiraliseren de chromosomen zich weer en wordt er weer een kernenvelop gevormd. Vervolgens
kan de cel zich in tweeën splitsen. Daarmee is de mitose en de celdeling afgesloten.
Effect van taxol op de microtubuli
Zoals eerder vermeldt stabiliseert taxol de
micotubuli en remt het de dynamische
instabiliteit. Een polymeer van tubuline dat taxol
heeft gebonden is resistent tegen
depolymerisatie en wordt dus niet afgebroken.
Het taxol stabiliseert de microtubuli door middel
van een verandering in de conformatie in de zgn.
M-loop (zie figuur 2.). De bindingsplaats voor
taxol zit dicht bij deze M-loop. De M-loop gaat
laterale interacties aan met de H3 helix aan de
andere kant van het bètatubulinemonomeer. Als
het taxol bindt aan het bètatubuline verandert de
conformatie van de M-loop. Hierdoor worden de
laterale interacties tussen de protofilamenten
een stuk sterker. Hierdoor veranderd de gehele
conformatie van het bètatubuline. Deze
conformatie is een stuk steviger dan de
conformatie zonder taxol en werkt
depolymerisatie tegen.
Figuur 2 De secundaire structuur van een tubulinedimeer
De gevolgen van taxolbinding voor de mitose
Tijdens de mitose wordt een spoelfiguur gevormd. Het belangrijkste bestandsdeel van dit spoelfiguur zijn
microtubuli. De vorm van dit spoelfiguur wordt in grote mate bepaald door de dynamische instabiliteit van
de microtubuli. Deze dynamiek bevorderd ook een juiste uitlijning van de chromosomen in het
equatoriaalvlak.
Eerder is al vermeld dat taxol de dynamische instabiliteit van de microtubuli remt en dat microtubuli met
taxol gebonden resistent zijn tegen depolymerisatie. Doordat deze microtubuli niet meer depolymeriseren
kunnen deze ook niet meer korter gemaakt worden. Hierdoor wordt de dynamische instabiliteit geremd.
Doordat deze instabiliteit zo belangrijk is voor het spoelfiguur, kan er geen spoelfiguur gevormd worden als
aan de microtubuli taxol gebonden is. De overgang van meta- naar anafase activeert een checkpoint.
Doordat er geen spoelfiguur gevormd kan worden, wordt dit checkpoint niet gehaald, dus kan de mitose niet
verdergaan naar de anafase en blijft de mitose dus hangen in de metafase. Als er geen spoelfiguur is, kunnen
in de anafase de chromosomen niet naar de polen worden getrokken en dus blokkeert taxol een goede
mitose. Als het checkpoint te lang geactiveerd blijft gaat de cel over tot apoptose en sterft de cel af.
Alternatieven voor taxol
Er zijn een aantal alternatieven voor taxol. Deze medicijnen hebben een vergelijkbare uitwerking, namelijk
dat ze de celdeling van kankercellen tegengaan door invloed op de microtubuli uit te oefenen. Er zijn twee
hoofdgroepen medicijnen, de taxanen en de vinca alkaloïden. Taxol valt onder de taxanen.
De taxanen
De taxanen bestaan uit stoffen die geproduceerd worden door planten uit het genus Taxus, waarvan de
bekendste Paclitaxel (merknaam Taxol) en Docetaxel (merknaam Taxotere) zijn. Docetaxel werkt op dezelfde
manier als taxol, namelijk door de microtubuli te stabiliseren en ongevoelig voor depolymerisatie te maken.
De vinca alkaloïden
De vinca alkaloïden zijn stoffen die geproduceerd worden door Catharanthus roseus, de Roze maagdenpalm.
Deze stoffen binden aan de tubulinedimeren en voorkomen dat er polymeren gevormd worden. Hun
werking is dus tegenovergesteld aan de taxanen, maar beide groepen hebben wel hetzelfde uiteindelijke
effect, namelijk dat de celdeling gestopt wordt. De stoffen in deze groep zijn onder andere:
 Vinblastine
 Vincristine
 Vindesinev
 Vinorelbine
Al deze stoffen worden gebruikt om kanker mee te behandelen en zijn dus alternatieven voor taxol.