oncogenese = ontstaan van kwaadaardige tumoren

VRAAG 1 Kanker is een genetische aandoening en ontstaat in verchillende stappen: leg uit.
(oncogenese = ontstaan van kwaadaardige tumoren)
(incidentie stijgt, doch geen nieuwe ziekte)
Genetische aandoening
-
-
Kanker is een genetische aandoening waarbij cellen zich ontrekken aan normale
celregulerende mechanismen
>geeft aanleiding tot overmatige celgroei >> geeft aanleiding tot ontstaan van gezwel
(tumor)
Soms erfelijk, meestal verworven (genetische afwijking in loop van leven na
accumulatie van mutaties)
= verstoring in genetisch materiaal van de cel
Genoom
-Gen>DNA>rond eiwit=Histon>Chromosoom (23 paar bij mens)>genoom
-Slechts 2% codeert voor proteïnen
-Veel functies ongekend
-Nog niet ontrafeld
-Bij mutatie: ziekte/gevolg ongekend
Gen
= regio van het genoom welke de coderende en controlerende sekwenties bevat voor de –
expressie van een proteïne of RNA-product
-intronen en exonen => intronen zijn niet-coderend en worden verwijderd (thv mRNA)
DNA-replicatie
-Ontdubbeling helix
-Vrije nucleotiden paren met ouder-strengen (DNA-polymerase) > na kopie: celdeling
-Onderhevig aan fouten maken: Hertelsysteem! (DNA-mismatch-repair-genes)Eiwit-synthese
-Transcriptie: DNA-keten wordt overgeschreven ter lengte van het gen > mRNA
-Translatie: per codon > AZ (in bepaalde volgorde) => Polypeptide (rRNA en tRNA)
-Alternatieve Splicing (posttranscriptioneel):
ondanks geen afwijking op DNA-niveau, toch nog kanker (na het uitsplitsen van intronen
ook exonen wegsplicen => ander eiwit of andere activiteit)
DNA-mutaties
-Als de fout niet wordt hersteld: definitieve wijziging erfelijke informatie = mutatie
(foutief naar dochtercel => mogelijk ontstaan kanker)
-Gevolg: Verlies/Winst van functie
-98.5% van de mutaties beïnvloeden het fenotype niet (:IN coderend gen & op juiste plaats)
-Soorten: puntmutatie, translocatie, gen amplificatie, deletie
Microscopische mutaties
-Dyslplasie: activatie en proliferatie
-Carcinoma in situ: intacte basale membraan, epitheellaag enkel bestaande uit snel
prolifererende cellen
-Maligne carcinoom: ingroei in bloedvaten/lymfevaten>ingroei in andere weefsels (metastase)
-Goedaardig: intacte basale membraan
Kwaadaardig: uitzaaiing (wijziging in cel-cel interacties en vorming van nieuwe bloedvaten)
Kanker is Multi-step-proces
Oorzaak
-Uitwendig, carcinogene factoren: chemische carcinogenen (nicotine…), fysische oorzaken
(UV…), biologische oorzaken (hepatitis B, …)
-Inwendig: defect gen:
translocatie tussen chromosomen (activatie van 2 genen die kankeropwekkend zijn)…
Ontstaan
-Initiatie: essentiële veranderingen inde cel die op zich geen kanker veroorzaken
-Promotie: extra wijziging die de kanker doet ontwikkelen (kwaadaardig)
-Meerstaps-proces: Incidentie en groei van tumor stijgt in functie van leeftijd
>meerdere mutaties vereist voor kanker ontwikkeling (min. 5) = ouderen hebben meer kans
Multiple-hit-theorie
-Hit 1 (vb. rookt) > DNA-schade =>
Apoptose (te veel schade)
Herstel
Blijft leven (met verworven DNA-schade)(geeft door aan dochtercel)
->kan probleemloos zijn: 95% van DNA is overbodig
->kan nieuwe DNA-schade oplopen: kan ontaarde groei veroorzaken
-Hit 2 (vb. blijft roken) > DNA-schade =>
Apoptose
Blijft leven: doorgeven
 Ontwikkeling kanker
Tumor-ontwikkeling = multistep proces
-Tumoren zijn clonaal: ontstaan uit 1 enkele cel
-Cel verkrijgt aantal mutaties of epigenetische wijzigingen waardoor cellulaire pathways en
processen worden verstoord (signaal transmissie en DNA-repair)
-Gevolg: cel krijgt groeivoordeel
-Cel krijgt dochtercellen: ondergaan ook mutaties
-Verloop van events in een specifieke sekwentie = multistage model van carciogenesis
-Verloop over jaren, 5-tal wijzigingen noodzakelijk
! elke tumor zal een unieke set van genetische lesies hebben
! elke kanker is een kloon
VRAAG 2 Wat is een (proto-)oncogen? Geef een voorbeeld.
Kankergenen
= elk gen dat bijdraagt tot neoplasie (ontwikkeling kanker)
-Gevolg van mutaties in normale genen
-Mutaties meestal tgv ongecorrigeerde fouten in DNA-replicatie
-Ontdekt naar aanleiding van oncogene virussen: virus introduceert stuk van gensekwentie in
humaan genoom: normale cel transformeert in maligne cel
Proto-oncogen
-Def: Het zijn genen met een normale cellulaire functie, doch mutaties in deze genen zijn
geassocieerd met tumor vorming of celtransformatie
-Normale genen wiens functie wordt geactiveerd of versterkt
-Mutante vorm van proto-oncogen (= activatie) = oncogen (gain-of-function-mutaties)
-Stimuleert tumorgroei
-In normale cel: rol in weefselgroei, vnl. foetale ontwikkeling (proto-oncogen)
-In tumoren: ondergaan mutatie naar hyperactiviteit: oncogen
-Om actief te worden: mutatie in 1 allel voldoende (dominant)
-100-tal ontdekt
Voorbeeld
-Myc-oncogen = c-myc
VRAAG 3 Wat is een tumorsupressorgen? Geef een voorbeeld.
Kankergenen
= elk gen dat bijdraagt tot neoplasie (ontwikkeling kanker)
-Gevolg van mutaties in normale genen
-Mutaties meestal tgv ongecorrigeerde fouten in DNA-replicatie
-Ontdekt naar aanleiding van oncogene virussen: virus introduceert stuk van gensekwentie in
humaan genoom: normale cel transformeert in maligne cel
Tumor suppressor gen
-Inhibeert celgroei
-Loss-of-function mutaties in tumor-supressor gen zijn oncogeen (kankeropwekkend)
-In tumor: ondergaat mutatie naar inactiviteit > inhiberende rol valt weg: tumor ontstaat
-Om inactief te worden: mutatie in beide (2) allelen noodzakelijk (recessief)
-Meest erfelijke tumors zijn via tumor-supressor gen
-20-tal gekend
Voorbeeld
-p53
-Slechts 1 copij geërfd van de ouders: verhoogde vatbaarheid voor kanker
-Mutaties in p53 gevonden in 50% van de tumoren
-Guardian of the genome: centrale rol in DNA-transcriptie, celgroei en proliferatie en
vele metabole processen + mechanisme voor protectie tegen
kanker
-DNA-schade > sensor > cascade voor activatie p53 > transcriptionele activatie –
(cascade voor DNA-schade te herstellen)> celcyclus vertragen of stoppen/ DNA
herstel/ apoptose (geprogrammeerde celdood)
-p53 onderdrukt vorming van kanker door cellen die beschadigd zijn te elimineren
=>respons op therapie minder omdat de tumor weerstandiger is tegen 3
basistherapieën (chemo, radiotherapie, heelkunde)
-Mutatie: verlies van blokkeren abnormale tumorgroei
-Retinoblastoma gen
Erfelijke retinoblastoma: 1 vd 2 allelen reeds defect overgeërfd van ouders, in loop
van leven op ander allel een defect oplopen > kanker.
Niet erfelijke retinoblastoma: ouders normaal, bij geboorte 1 allel defect, in loop
leven ander allel defect > verworven kanker
 loss of heterozygosity in kanker = verliezen van de ‘good’ copy van een gen
-BRCA en borstcarcinoma
-Frequent voorkomend
-10% familiaal (omgeving,…, geen genetisch defect), 5% erfelijk (BRCA 1 en 2)
-Gentranscriptie aanwezig in alle lichaamscellen (1)
-Verhoogd risico op ovariumkanker (1) <> (2) geen verhoogd risico aangetoond
-Hoog risico families: veel voorkomen borstCA (vnl. jonge leeftijd)(premenopausaal),
bilateraal borstCA, voorkomen ovariumCA
>geen absolute criteria: sporadisch, familiair (geen gen. defect of erfelijke
afstamming), erfelijk
-Genetische analyse (erfelijkheidstest): duur, vals negatief/positief
(relevantie mutatie?), psychologische belasting, duurt lang, enkel zinvol bij
afstammelingen
-Genetisch risico: maandelijks zelfonderzoek, jaarlijkse mammografie (25-35 j),
jaarlijkse gynaecologische echografie en CA 125 (merker in bloed die stijgt bij
eierstokkanker), profylactische heelkunde (risico wordt niet 0!)(beide borsten
en eierstokken)
VRAAG 4 Wat is het verschil tussen erfelijke en sporadische kanker?
Kankergenen
= elk gen dat bijdraagt tot neoplasie (ontwikkeling kanker)
-Gevolg van mutaties in normale genen
-Mutaties meestal tgv ongecorrigeerde fouten in DNA-replicatie
-Ontdekt naar aanleiding van oncogene virussen: virus introduceert stuk van gensekwentie in
humaan genoom: normale cel transformeert in maligne cel
Erfelijk
-Mutaties in kankergenen kunnen overgedragen worden van ouder op kind.
-Bijna altijd beperkt tot tumor-supressor gen
-Reden: mutant allel is functioneel silent in heterozygote status, geen invloed op
embryogenese
-Een dominant actief oncogen is meestal lethaal voor een embryo (uitz. Ret oncogen)
-Kanker is een genetische ziekte: genetisch defect in gen. materiaal
-Sommige vormen: erfelijk tgv van genetische wijziging welke overgeërfd worden
-Geeft niet noodzakelijk aanleiding tot kanker, maar verhoogt het risico
-Erfelijk risico aanwezig als:
-Zeldzame vormen van kanker frequent voorkomen in een familie
-Frequent voorkomende kankers voorkomen op jonge leeftijd
-Clusters van kankers van verschillende lokalisatie waarvan geweten is dat ze
geassocieerd zijn met bepaald kanker gen
(vb. darm, keel en pancreas: door mutatie van 1 gekend gen)
Sporadisch
Kanker die in de loop van het leven wordt opgelopen na accumulatie van mutaties
-Uitwendig, carcinogene factoren: chemische carcinogenen (nicotine…), fysische oorzaken
(UV…), biologische oorzaken (hepatitis B, …)
-Inwendig: defect gen:
translocatie tussen chromosomen (activatie van 2 genen die kankeropwekkend zijn)…
Er wordt geen defect allel overgeërfd van de ouders dat aanleiding zou kunnen geven tot
kanker.
De mutaties die tot de kanker bijdragen worden opgelopen tijdens het leven…
Erfelijke kankers zijn meestal via de tumor-supressor genen
VRAAG 5 Welke factoren bepalen hoe snel een tumor groeit? Beschrijf bondig deze factoren.
1)Tijd tussen 2 celdelingen (celcyclus)
2)Groeifractie (niet alle cellen nemen deel aan celcyclus)
3)Aantal cellen dat afsterft in bepaalde periode
=> grote variatie: weken tot jaren
Lichaamscellen
Intermitotisch: levercellen,... (sterke regenratiebehoefte)
Postmitotisch: zenuwcellen, spiercellen,...
Mitotisch: hematopoïetische stamcellen, darmepitheel
Principe Tumorgroei
Als de tijd om het aantal cellen te verdubbelen constant blijft, dan is de groei exponentieel
=> explosie aantal cellen (volume en diameter stijgen ook)
Celcyclus
= een fundamenteel cellulair proces (samenloop van celbiologie, biochemie en genetica)
G1
restrictiepunt: start
S
DNA-replicatie
G2
rust-fase
M
mitose, celdeling
Go
quiescence, ‘rust’ > bij nood terug naar G1
-Kan variabel zijn in lengte!!
-Niet alle tumorcellen zijn delende
-Meten van celcyclus:
S-phase: DNA-replicatie / BRDU Incorporation (radio-actieve DNA bouwsteen > 1
dag later meten hoeveel incorporatie) / DNA Content (FACS)
G1 of S: Cyclin-geassosieerde CDK kinase activiteit (= enzymactiviteit) / Cycline
expressie (eiwitactiviteit)
-Tumor:
-Geactiveerde oncogenen activeren CDK (=cycline dependent kinase) > proliferatie
-Geïnactiveerde tumor supressor genen inhiberen de normale check point controles >
accumulatie DNA schade
-CDK-inhibitoren: proteïnen die de CDK activiteit blokkeren om de celcyclus te stoppen
> controleren de cel-cyclus-progressie door het CDK kinase te reguleren
Celverlies
-Necrose: door externe factoren (bv. Ongeval) cellen die kapot gaan (?)
-Apoptose: geprogrammeerde celdood, om het individue ten goede te komen
-Differentietie: bij de huid: cellen verliezen langzaam hun functie en inhoud door de constante
aanmaak van nieuwe (?)
 continu verlies aan cellen in de tumor
 varitie in celverlies: 1 tot 100% bij humane tumoren
Groeifractie
-Niet alle cellen nemen deel aan celcyclus
-‘Quiescent cells’ = Go
1)Tijd per cyclus = Tc
} Tpot (potential dubbeling time = meetbaar)
2)Groeifractie = GF
3)Celverlies (kan niet bepaald worden)
1+2+3 = Td = effectieve verdubbelingstijd
(in cultuur zetten en kijken : SCHATTING <> patiënt)
Td > Tpot > Tc
Samenvatting tumorgroei
-Constante verdubbelings snelheid leidt tot groei explosie
-Groeisnelheid afhankelijk van: TC, GF, celdood
-Grote variatie in TC binnen eenzelfde tumor
-Meetmethodes: flow cytometry, thymidine analogs, intrinsic markers
VRAAG 6 Kanker wordt gekenmerkt door een verstoorde tumorgroei. Over welke 4
eigenschappen moet een kankercel dan beschikken?
Tumorgroei
-Constante verdubbelings snelheid leidt tot groei explosie
-Groeisnelheid afhankelijk van: TC, GF, celdood
-Grote variatie in TC binnen eenzelfde tumor
Kanker: gestoorde tumorgroei
Normale cel: vereist groeisignalen voordat cel van Go naar actieve prolifererende status
overgaat (deze signalen worden doorgegeven via membraanreceptoren)
Oncogenen: kunnen deze stimulerende factoren ‘nabootsen’
 tumorcellen genereren hun eigen groeisignalen (normaal vanuit omgeving, vb. wonde)
 groei gebeurt onafhankelijk van signalen uit de omgeving
Eigenschappen
1) Self-sufficiency in groeisignalen
Door: - wijziging in extracellulaire groeisignalen
Nl: cel reageert of groeifactor wordt door andere cel geproduceerd
Tumor: cel produceert eigen groeifactor: positieve-feedback-signalingloop, wordt onafh van andere cellen
- wijziging in cel oppervlakte receptor
overexpressie van receptoren vb. EGFr
- wijziging in cytoplasmatisch circuit
SOS-Ras-MAP kinase cascade
2) Ongevoeligheid voor anti-groeisignalen (nadat wonde gesloten is bvb.)
-Normaal: antiproliferatieve signalen om cellulaire quiescence en weefsel homeostasis
te behouden
> Signalen ontvangen via transmembranaire factoren
> Anti-groeisignalen blokkeren proliferatie op 2 manieren:
1) cellen gaan naar G0 fase (quiescent)
2) cellen gaan naar post-mitotische fase (permanent)
-Kankercel: verstoring van pRB pathway (retinoblastoma-gen) > wegvallen G1 block
3) Ontlopen van apoptosis
- = geprogrammeerde celdood
- Wat? Verstoring celmembraan, cytoplasma en nucleair skelet wordt afgebroken,
nucleus wordt gefragmenteerd, cel wordt opgenomen door omringend weefsel,
duur: binnen 24u
- Tumorcellen: verwerven resistentie tegen apoptosis (vnl. via p53 mutatie)
4) Intrinsieke immortaliteit
- Verstoring cel-cel interacties verklaren niet alleen expansieve tumorgroei
- Ook rol intrinsiek mechanisme
> Telomeer: thv uiteinde chromosoom, meerdere 1000 repeats van 6 bp
sekwentie
- Bij elke deling: verlies van 50-100 bp tgv onmogelijkheid van DNA
polymerase om DNA volledig te repliceren
- Erosie van telomeren: onmogelijkheid om chromosmaal DNA te
beschermen: leidt tot celdood
- Kankercel: behoud van telomerase activiteit: ongelimiteerde
multiplicatie van de cel (geen erosie)
> Senescence: beschermend mechanisme welk geactiveerd wordt door verkorte
telomeren, groeisignalen
- Cellen gaan irreversibel in G0 fase
- Kankercel ontwijkt senescence: ongekend mechanisme
VRAAG 7 Wat bedoelt men met signaaltransductie? Hoe gebeurt dit voor een normale cel?
Hoe is dit proces verstoort in een kankercel?
Signaaltransductie
- Extracellulaire signalen regelen cel proliferatie, migratie, differentiatie, overleving,
apoptosis
- Vb. Wonde: cel moet signaal krijgen dat ze aanwezig is thv de wonde en dat ze moet delen
om het defect te dichten. Als het defect gesloten is, signaal valt weg,
celproliferatie stopt
- Kanker: cel herkent niet wanneer ze moet stoppen met delen en blijft delen (belangrijke
factor hier is de signaaltransductie)
- Een extracellulair signaal produceert een wijziging in de intracellulaire status via
signaalstranductie
- Signaling = de communicatie tussen de cellen en weefsels en hoe een hele groep cellen de
andere informeert wat moet gebeuren
Proces in normale cel
1ste stap: groeifactor binding
- Groeifactor bindt aan specifieke receptoren aan cel oppervlak
- 2 componenten: groeifactor & receptor
- Groei factoren
> Extracellulair signaal proteinen welke de celgroei en –deling controleren
> Cellen in cultuur vereisen bloedserum waarin groeifactoren aanwezig zijn in
additie tot nutrienten
> Zonder groeifactoren stoppen de meeste cellen hun celcyclus in G1 fase
- Signalen
> Endocrien signaal: signaalmolecule is werkzaam op target cel op afstand van
de plaats van synthese door cellen van endocriene organen
> Paracrien signaal: signaal molecule wordt vrijgezet door een cel in de
nabijheid van de target cel
> Autocrien signaal: cel beantwoordt aan substanties die ze zelf heeft vrijgezet
(tumor!)
- Receptor
> Membraan R en cytoplasmatische R: klinish belang >> Molecule
ontwikkelen die R-type specifiek gaat inhiberen
> Meest belangrijke (gekende) R: PTK (protein-tyrosine kinase)
> Transmembranair, 15 subfamilies
> Extracellulair geglycolyseerd deel, transmembranair hydrofoob deel,
intracellulair katalytisch deel (respons)
> Extracellulair deel bepaalt de specificiteit van de respons op een signaal,
intracellulair deel bepaalt respons
> Na binding ligand: ondergaat auto-fosforylatie van de intracellulaire tyrosine
residu’s: activatie
- Enzymes geactiveerd door G-proteïnes katalyzeren de synthese van second
messengers
2de stap: activatie van intracellulair messenger systeem
- Signaal transductie activeert ganse cascade van fenomenen in het cytoplasma met de
bedoeling het signaal te versterken en door te geven aan de nucleus
- Via second messengers
- Gevolg: oorspronkelijk signaal sterk versterkt, cel respondeert op lage concentraties
extracellulaire ligand
- vb. belangrijke rol Ras-proteïne (rol in celdifferentiatie, celgroei en overleving)
3de stap: doorgeven van signaal aan nucleus
- Daardoor veranderingen in gen-expressies teweeg brengen
Verstoord proces in kankercel
- Ontregeling van signaal cascade met groei stimulerend effect tot gevolg
- Overexpressie receptor PTK (waarschijnlijk meest belangrijk in tumor): constitutieve
activatie van downstream pathways (therapie = overexpressie blokkeren)
- Mutaties in genen die coderen voor intracellulaire signaal molecules (vb. CML (leukemie),
Ras oncogen)
- Activerende mutaties of overexpressie van GF receptoren kan een cel transformeren
- Ras-pathway
> RAS is een intracellulair GTP bindend proteïne dat geactiveerd wordt door enzyme
linked receptors
> Geactiveerde RAS proteïne creëert een cascade van events welke proteïne activiteit
en gen expressie wijzigen thv. de nucleus
> RAS proteïne controleert cel proliferatie, cel survival en cel differentiatie
> 30% van de humane kankers hebben mutaties in RAS genen welke dan oncogenen
worden genoemd
>GF binden aan Tyrosine R en induceren gen expressie via ras/MAP kinase pathway
- Verstoring van groeifactor signaling >> kanker
- Therapeutische mogelijkheden
> Signaaltransductie:
-ingrijpen thv receptor
-ingrijpen thv kinase signalling
-ingrijpen thv ras pathway ……
> Genetisch niveau: moeilijke therapie
-elke cel
-niet veilig
>Vb. inhibitie Tyr kinase:
-inhibitie door anti-lichaam dat concurreert met GF
-inhibitie van fosforulering van de receptor
-inhibitie van downstream tyr kinase (doorgeven van signaal naar cytoplasma)
VRAAG 8 Opdat een tumorale cel kan metastaseren moet ze eerst de omgevende weefsels
invaderen. Dit gebeurt in 3 stappen. Leg uit.
-Normale celadhesie, celcontacten:
>4 soorten CAM’s (cel adhesie molecule):
Cadherines, IG-like CAM’s, Selectines; Integrines
>Soorten verbindingen:
Occluderende (tight junction), verankering (desmosomen), communicatie (gap
junction)
-Invasie en metastasering in kankercel
>Losraken uit weefselverband
>Adhesie aan extracellulaire matrix
>Proteolyse extracellulaire matrixcomponenten
>Migratie naar lymfe, bloed
>Stop en invasie/penetratie
>Metastasering/groei
-Metastase: (in groot capillair bed)
>lage druk
>kleine doorsnede (blokkage tumor)
>groeit weer door wand >> tumorgroei
invasie omgevende weefsels
a)Vrijzetten van lytische enzymes
- degradatie omgevend weefsel verminder resistentie tegen tumorgroei
- maligne tumoren produceren en secreteren lytische enzymes, tevens stimulatie van
macrofagen om hun inhoud vrij te zetten
> proteasen
> type IV collagenase
> plasminogeen activators
> matrix metalloproteïnases = eiwit
-proteases, rol in degradatie ECM
-in kanker: verhoogde activiteit
b)Verminderde celadhesie
- Kankercellen hebben minder adhesie eigenschappen dan normale cel
- Kankercellen hebben defect fibronectine of breklen het af bij productie
- Gebrek aan fibronectine laat kankercel toe om tussen cellen te glippen en te
invaderen
c)Toegenomen motiliteit
- Kankercellen komen los van de primaire tumor en infiltreren in de omgevende
weefsels (intravasatie) en bloedvatwanden (extravasatie)
- Kankercel bevat groei- en motiliteitsfactoren
- Autocriene motiliteitsfactoren
>kankercel produceert eigen motiliteitsfactor
-3-staps theorie ECM:
1)tumor cel loslasting
- Gemedieerd door fibronectine en laminine
- Laminine: proteïne dat deel uitmaakt van basale membraan. Binding treedt op tussen
tumorcel laminine receptor en basale membraan
2)Degradatie matrix
- 2 types matrix : basale mb en bindweefsel
- Hfz. samengesteld uit collageen, glycoproteïne en proteoglycanen
- Tumor secreteert lytische enzymes waardoor matrix beschadigd wordt
> matrix metalloproteïnases (MMP)
> Plasminogeen activator/plasminogeen
> Cathepsines B en L
> Glycosidases
3)Verplaatsing in de matrix
- Vingerachtige uitsteeksels (pseudopodia) thv de tumorcel bevestigen zich op de
bloedvatwanden
- Kankercel verlaat bloedvat en penetreert in interstitieel stroma
- Beweging wordt gericht door chemotactische factoren (doelgerichte beweging)
VRAAG 9 Wat bedoelt men met angiogenesis? Waarom is dit noodzakelijk?