zonder celdeling geen kanker
advertisement
DE GEMENE DELER DE GEMENE DELER ZONDER CELDELING GEEN KANKER Naam: Klas: Datum: DE GEMENE DELER ZONDER CELDELING GEEN KANKER – VWO Celdeling is cruciaal voor het leven van organismen, en wordt dan ook heel nauwkeurig gereguleerd. Wanneer cellen abnormaal gaan delen, kan dit leiden tot de vorming van een tumor. Om het ontstaan van tumoren beter te begrijpen, is het erg belangrijk om het proces van celdeling volledig in kaart te brengen. Een onderzoeksgroep die hier mee bezig is, is de groep van Geert Kops, hoogleraar Moleculaire Tumorcelbiologie in Utrecht. In deze module ben jij een nieuwe promotiestudent in de onderzoeksgroep van Geert Kops. Een promotiestudent doet vier jaar lang zelfstandig onderzoek binnen een onderzoeksgroep. Van het onderzoek schrijft hij/zij een proefschrift. Dit is een samenvoeging van eerdere wetenschappelijke publicaties. De student verdedigt het proefschrift tijdens een promotieplechtigheid, en als deze verdediging succesvol is, verkrijg hij/zij de doctorstitel. Net als de rest van de Kopsgroep ga je onderzoek doen aan chromatidesplitsing, een belangrijk onderdeel van de mitose. Voordat je dit kan doen, is het echter belangrijk dat je genoeg weet over de celcyclus. In deze module maak je daarom eerst kennis met de verschillende onderdelen van de celcyclus. Daarna ga je aan de slag met het onderzoek. Pagina 1 DE GEMENE DELER FACT SHEET – GEERT KOPS ONDER HET VERGROOTGLAS Naam Geert Kops Functie Hoogleraar Moleculaire Tumorcelbiologie WaarAfdelingen Moleculair Kankeronderzoek van de Universiteit Utrecht Bio Prof. Dr. Geert Kops studeerde algemene biologie aan de Universiteit Utrecht, en promoveerde daarna met onderzoek naar moleculaire tumorcelbiologie. Hij vertrok vervolgens naar Californië voor postdoctoraal onderzoek, om in 2005 terug te keren naar Utrecht als universitair hoofddocent. Nu is Geert Kops hoogleraar, leidt hij zijn eigen onderzoeksgroep, en is hij het hoofd van een laboratorium. Onderzoeksfocus De onderzoeksgroep van Geert Kops houdt zich bezig met chromatidesplitsing: het proces tijdens de celdeling waarbij in een cel het genetisch materiaal wordt verdeeld over de toekomstige dochtercellen. In het bijzonder is Geert Kops geïnteresseerd in de manieren waarop dit proces wordt gereguleerd in gezonde cellen, wat hierbij mis gaat in kankercellen, en hoe deze regulatie kan worden gebruikt bij de behandeling van kanker. Een specifiek onderdeel van de chromatidesplitsing waar de Kopsgroep zich mee bezig houdt, is het controlenetwerk dat dit proces aanstuurt en controleert. Hierbij hoort het Mfase controlepunt. Belangrijkste bevindingen - Sommige eiwitten die belangrijk zijn voor het M-fase controlepunt zijn ook belangrijk voor correcte hechting van chromatiden aan de kernspoel. Ze hebben dus meerdere functies en kunnen zo meerdere processen koppelen. - Het M-fase controlepunt wordt aangezet door een enzym genaamd MPS1. Zolang MPS1 actief is gaat de mitose niet verder. Zodra het enzym MPS1 geremd wordt, stopt de controle en gaat de mitose verder. - Het remmen van het M-fase controlepunt is een mogelijk kankertherapie. Het verergert fouten in chromatidesplitsing en veroorzaakt daardoor celdood. Kankercellen zijn hier gevoeliger voor dan gezonde cellen. Pagina 2 DE GEMENE DELER OPDRACHT 1: DE CELCYCLUS Het onderzoek van de Kopsgroep gaat over chromatidesplitsing. Hierbij wordt in een cel die gaat delen het eerder gekopieerde erfelijk materiaal netjes uit elkaar getrokken. Het gevolg is dat elke dochtercel van elk chromosoom één kopie heeft. Het proces van chromatidesplitsing is onderdeel van de celcyclus. Om het onderzoek van de Kopsgroep goed te kunnen begrijpen, maak je in deze opdracht kennis met de verschillende onderdelen van de celcyclus. 1.1 Bekijk het filmpje over Geert Kops: www.allesoverdna.nl/degemenedeler/geertkops 1.2 In je lichaam zijn cellen voortdurend aan het delen. Noem drie momenten waarop veel celdelingen plaatsvinden in je lichaam. ............................................................................ ............................................................................ Het is belangrijk dat de deling van cellen GOED gaat. 1.3 Lees paragraaf 1.1 en 1.2 van het naslagwerk over de celcyclus, en beantwoord de volgende vragen. A. Schrijf in de linker kolom van onderstaande tabel puntsgewijs op wat er tijdens de cel- cyclus van een normale cel achtereenvolgens moet gebeuren. Doe dit door de volgende concepten in de juiste volgorde te zetten en toe te lichten: trekdraden, chromatiden, identieke set chromosomen, DNA-replicatie. B. Bedenk nu ook voor elk concept wat er fout kan gaan tijdens de celcyclus van een tumorcel. Normale cel Tumorcel moedercel ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... ...................................... dochtercel Pagina 3 DE GEMENE DELER C. Hieronder staat een afbeelding van de celcyclus. Zet de verschillende fasen van de celcy- clus op de juiste plaats in de afbeelding. D. Geef in de afbeelding aan waar in de celcyclus de fouten die je in de rechterkolom van bovenstaande tabel hebt geschreven, kunnen optreden. Bron: www.bioplek.org ©Bioplek 1.4 In welke fase(n) van de celcyclus is er het meeste DNA aanwezig in een cel? Leg je antwoord uit. ............................................................................ ............................................................................ De celcyclus wordt onderverdeeld in de M-fase en de interfase. Deze zijn beide weer onder te verdelen in verschillende fasen. De mitose is een belangrijk onderdeel van de M-fase. 1.5 Lees paragraaf 1.2 van het naslagwerk nogmaals, en bekijk de animatie van de mitose: http://www.bioplek.org/animaties/cel/mitose.html. Het splitsen van chromatiden vindt plaats tijdens de mitose. 1.6 In de tabel op de volgende pagina zie je twee kolommen met screenshots van de chro- matidesplitsing. De screenshots staan niet in de juiste volgorde, maar screenshots van de eerste en tweede kolom geven wel steeds dezelfde fase weer. A. Welk rijtje screenshots is van een normale cel, en welke is van een tumorcel? Schrijf dit bovenaan de juiste kolom. Pagina 4 DE GEMENE DELER B. Benoem in de kolom “Fase” welke fase van de mitose in de afbeeldingen wordt weergeven. C. Geef in de kolom “Volgorde” met de cijfers 1 t/m 6 aan in welke volgorde de afbeeldingen moeten staan. D. Schrijf achter de screenshots wat er anders is in de tumorcel vergeleken met de normale cel. Let hierbij op de chromosomen (de witte kleuring) en niet op het spoelfiguur (de groene kleuring). In drie van de zes fasen zijn er verschillen waarneembaar. ........... Pagina 5 ........... Fase Volgorde Normale cel vs Tumorcel ........... ...... ............... ........... ...... ............... ........... ...... ............... ........... ...... ............... ........... ...... ............... ........... ...... ............... DE GEMENE DELER Er gebeuren veel dingen tijdens de celcyclus waarvan het belangrijk is dat ze precies goed gaan. Hiervoor zitten er in de celcyclus een aantal controlepunten ingebouwd. 1.7 Lees paragraaf 1.3 van het naslagwerk, en beantwoord onderstaande vragen. Stelling: Het niet functioneren van de controlepunten van de celcyclus kan de ontwikkeling van kanker versnellen. A. Vat in kolom 2 van de onderstaande tabel voor elk van de aangegeven controlepunten samen wat er fout kan gaan in de celcyclus als het controlepunt niet werkt. B. B eredeneer vervolgens in kolom 3 wat de consequenties zijn voor de ontwikkeling van kanker. C. B eargumenteer nu op basis van je antwoorden bij a en b waarom de stelling van deze opdracht klopt. Betrek in je antwoord tenminste één Hallmark. Kijk hiervoor in paragraaf 6.2 van het naslagwerk. ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ Controlepunt G1-fase G2-fase M-fase Pagina 6 Wat kan er fout gaan als het controlepunt niet werkt? Consequentie voor ontwikkeling van kanker DE GEMENE DELER 1.8 Lees paragraaf 1.4 van het naslagwerk, en leg uit waarom zowel normale, gezonde lichaamscellen, als beschadigde cellen niet oneindig blijven delen? ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ In deze opdracht heb je je verdiept in de celcyclus, en de regulatie van de celcyclus. Ook heb je gezien dat verstoring van de celcyclus het ontstaan van kanker kan versnellen. De onderzoeksgroep van Geert Kops houdt zich bezig met de splitsing van chromatiden tijdens de celdeling. 1.9 Leg uit welke Hallmarks passen bij celdeling, en bij het onderzoek van Geert Kops? ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ Pagina 7 DE GEMENE DELER OPDRACHT 2: PROMOTIEONDERZOEK Wetenschappelijk onderzoek gaat altijd door. Nieuwe resultaten leveren nieuwe vragen op, waarmee nieuw onderzoek geboren wordt. Met de voorkennis uit de vorige opdracht vers in je geheugen kun je in deze opdracht aan de slag als promotiestudent in de groep van Geert Kops. 2.1 Lees de twee onderzoekbeschrijvingen hieronder. Kies er één uit en schrijf hieronder op aan welk onderzoek jij gaat werken. Bij de hierop volgende vragen en opdrachten ga je uit van het door jou gekozen onderzoek. ............................................................................ Onderzoek 1 - Chromatidesplitsing: In de ban van de ring Gekopieerde chromosomen, of zusterchromatiden, worden bij elkaar gehouden door eiwitringen die cohesines heten. Deze cohesines zijn vernoemd naar hun functie om te zorgen voor cohesie (onderlinge aantrekkingskracht tussen gelijke moleculen). Tijdens de anafase van de mitose moeten de zusterchromatiden gesplitst worden. Dit kan echter alleen als de eiwitringen worden verwijderd. Dit wordt gedaan door een eiwit dat separase heet (wederom een naam die zegt waar het om gaat). Separase mag alleen op het juiste moment de ringen verwijderen, namelijk als alle chromatiden correct vastzitten aan de trekdraden van de kernspoel. Om te voorkomen dat separase te vroeg gaat knippen, wordt de activiteit van separase geremd door het eiwit securine. Pas als securine wordt afgebroken, wordt separase actief en kan het de ringen gaan doorknippen. Securine wordt afgebroken nadat het ASC (Anafase stimuleringscomplex: een complex van meerdere eiwitten die samen zorgen voor het starten van de anafase) er algemene afbraaksignalen aan heeft geplakt. Onderzoek 2 - Het M-fase controlesysteem: De trekdraadconnectie Het M-fase-controlepunt controleert of zusterchromatiden goed vastzitten aan de eiwittrekdraden die de chromatiden uit elkaar moeten trekken. Wanneer dit niet het geval is, mag de chromatidesplitsing in de anafase niet plaatsvinden. Hier zorgt het controlepunt voor. Het controlepunt is dus als een douane die de passagier niet doorlaat voordat een ‘paspoort’ is overhandigd. Het controlepunt werkt als volgt: het chromatide heeft een aanhechtingsplek, genaamd kinetochoor. Het kinetochoor bestaat uit een verzameling eiwitten, waarvan sommigen het chromatide binden (zoals het DNA-bindende eiwit CENPC) en sommigen de trekdraden (zoals het trekdraadbindende eiwit HEC1). Het controlepunt controleert of er een verbinding is tussen de trekdraden en kinetochoren. Het controlepunteiwit MAD2 bindt aan een kinetochoor wanneer er geen verbinding is tussen het kinetochoor en een trekdraad. Wanneer MAD2 het kinetochoor heeft gebonden, dient het als remmer voor het ASC (anafase stimuleringscomplex). Dit is een complex van meerdere eiwitten die samen ervoor zorgen dat de anafase wordt gestart. Zodra er een trekdraad aan het kinetochoor hecht, laat MAD2 los en remt het ASC niet meer. Wanneer alle trekdraden correct aan de kinetochoren zijn aangehecht, is er geen remming van ASC door MAD2 meer en zal de anafase starten. Pagina 8 DE GEMENE DELER 2.2 Onderstreep alle eiwitnamen uit de onderzoekbeschrijving en geef aan wat deze eiwit- ten doen. Eiwit Functie ............ ........................................................... ............ ........................................................... ............ ........................................................... ............ ........................................................... ............ ........................................................... 2.3 Teken de situatie die in de onderzoekbeschrijving wordt beschreven. Teken en benoem daarbij ook de genoemde eiwitten. LET OP: Maak opdracht 2.4 t/m 2.10 als je voor onderzoek 1 hebt gekozen. Maak opdracht 2.11 t/m 2.16 als je voor onderzoek 2 hebt gekozen. Pagina 9 DE GEMENE DELER ONDERZOEK 1 - CHROMATIDESPLITSING: IN DE BAN VAN DE RING 2.4 Wat zou er gebeuren als separase niet op tijd of te vroeg actief wordt? ............................................................................ ............................................................................ 2.5 Wat zou er gebeuren als de ring niet volledig wordt geknipt? ............................................................................ ............................................................................ 2.6 Wat zou er gebeuren als niet alle ringen worden geknipt? ............................................................................ ............................................................................ 2.7 Leg uit waarom een kankeronderzoeker dit systeem zou willen bestuderen. ............................................................................ ............................................................................ Je wilt graag onderzoeken wat er gebeurt met de chromatidesplitsing als securine ontbreekt in de cel. 2.8 Stel hiervoor een correcte onderzoeksvraag op, met bijbehorende hypothese. Onderzoeksvraag: ............................................................................ ............................................................................ Hypothese: ............................................................................ ............................................................................ Pagina 10 DE GEMENE DELER RNA interferentie (RNAi) is een techniek waarmee onderzoekers het RNA voor de productie van specifieke eiwitten kunnen blokkeren. Met RNAi kun je dus het RNA van eiwit X blokkeren, waardoor eiwit X niet meer gemaakt wordt in een cel. 2.9 Hoe zou met behulp van RNAi je hypothese kunnen onderzoeken? ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ 2.10 Aan welke Hallmark werk je eigenlijk met dit onderzoek? ............................................................................ ............................................................................ ONDERZOEK 2 - HET M-FASE CONTROLESYSTEEM: DE TREKDRAADCONNECTIE 2.11 In tumorcellen voert het controlepunt zijn werk niet goed uit. Wat kunnen hiervoor moleculaire (op eiwitniveau) verklaringen zijn? Geef er minimaal drie. ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ RNA interferentie (RNAi) is een techniek waarmee onderzoekers het RNA voor de productie van specifieke eiwitten kunnen blokkeren. Met RNAi kan dus het RNA van eiwit X blokkeren, waardoor eiwit X niet meer gemaakt wordt in een cel. 2.12 Met behulp van RNAi is er voor gezorgd dat MAD2 niet aanwezig is in een cel. Wat zal het gevolg zijn? ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ Pagina 11 DE GEMENE DELER 2.13 En wat is het gevolg als door RNAi het eiwit HEC1 niet aanwezig is in een cel? ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ Je wil graag onderzoeken wat er gebeurt met het controlepunt, en met de celdeling, als MAD2 ontbreekt in een cel. Je mag hierbij gebruik maken van de moleculaire techniek RNAi. 2.14 S tel hiervoor een correcte onderzoeksvraag op, met bijbehorende hypothese. Onderzoeksvraag: ............................................................................ ............................................................................ Hypothese: ............................................................................ ............................................................................ 2.15 Hoe kun je de hypothese onderzoeken? ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ ............................................................................ 2.16 Aan welke Hallmark werk je eigenlijk met dit onderzoek? ............................................................................ ............................................................................ Pagina 12
