Te bestuderen literatuur bij onderdeel "kanker"

1. L.M. Frank & N.M. Teich ‘What is cancer’ uit: Introduction to the Cellular and Molecular Biology of Cancer, 3rd Ed., Oxford University Press, Oxford, 1997 (ISBN 0198548540)2. B. Vogelstein, E.R. Fearon, S.J. Baker, J.M. Nigro et al. Genetic Alterations Accumulate during Colorectal Tumorigenesis, uit: Recessive Oncogenes, 1988, pag. 73-803. B.A.J. Ponder. Cancer Genetics, Nature 411, 336-341, 20014. Julian Peto. Cancer epidemiology in the last century and the next decade. Nature, 411, 390-395, 2001

Verdere literatuur kan gevonden worden in Nature, volume 411, no. 6835 (17 mei 2001), sectie "Nature Insight" waar ook de artikelen van Ponder en Peto in staan.Voor on-line uitgave van dit tijdschrift zie: http://www.nature.com/nature/insights/index.html

Volgorde van bestuderen en belangrijke onderwerpen en begrippen

Beginnen met het hoofdstuk ‘What is cancer’ uit Introduction to the Cellular and Molecular Biology of Cancer, 3rd Ed. L.M. Frank & N.M. Teich,

De volgende onderwerpen komen aan bod en moeten bestudeerd worden (alleen de belangrijkste worden hier genoemd. Deze zijn van belang om de vervolg literatuur te begrijpen).

1.2. Normal cells and tissuesVoor een goed begrip van kanker (en de naamgeving van kanker types) is het noodzakelijk iets te weten over normale cellen en weefsels omdat kankercellen immers uit normale cellen afkomstig zijn en vaak nog eigenschappen van de oorspronkelijke cellen hebben.

1.3 Control of growth in normal cellsOm te begrijpen wat (en hoe) er mis is gegaan in kanker cellen met de controle van de celgroei moet eerst de normale situatie worden bestudeerd.Begrippen die men moet kennen: hypertrofie en hyperplasie

1.4 The cell cycle (en de eerste hand-outs van de PowerPoint presentatie)Kennen: de vier stadia van de celcyclus en welke processen zich in ieder stadium voltrekken; restriction points; cyclines; cdk's (ook cdc's genoemd)

1.5 Tumour growth or neoplasiakennen: definitie van tumor cellen (n.b. 'tumour', 'cancer' en 'neoplasia' worden vaak door elkaar gebruikt om hetzelfde aan te duiden (ook in het Nederlands) terwijl strikt genomen, 'tumour' alleen 'zwelling' betekend. Beter is daarom te spreken van 'malignant tumour' i.t.t. 'benign tumour' (Ned.: kwaadaardig en goedaardig gezwel). Zie verder 1.10Verschil kennen tussen kwaadaardig en goedaardig gezwellen en in situ tumoren.

1.6 The process of carcinogenesisKennen: initiatie, promotie en progressie, oncogenen, en tumor suppressor genen (zie ook de 'Glossary' onder tumor initiatie. t. promotie, t. supp. gen. etc.). Bekend zijn met 'latent period'

1.7 Factors influencing ...................Zie ook artikel van Julian Peto, "Cancer epidemiology in the last century and the next decade".Kennen: mogelijke verklaringen voor toename kanker incidentie met de leeftijd

1.8 The natural history of cancer or ....................

kennen: anaplasia en de relatie anaplasia en groeisnelheid; klonale (Eng. clonal) oorsprong; hyperplastisch; dysplastisch (zie ook hand-outs van de PowerPoint presentatie).Naast het voorbeeld van de ontwikkeling van huid carcinoom in het hoofdstuk van Franks & Teich wordt ook als voorbeeld de ontwikkeling van colon (= dikke darm) tumoren gegeven in het artikel van Vogelstein et al. "Genetic Alterations Accumulate during Colorectal Tumorigenesis", en de 'update' van hun model (achtste hand-outs van de PowerPoint presentatie) omdat bij colon kanker veel bekend is over de genetische veranderingen die verantwoordelijk zijn voor de overgangen van de verschillende stadia. In het artikel van Bruce Ponder, "Cancer Genetics" wordt in meer detail ingegaan op de genetische veranderingen die verantwoordelijk zijn voor de verschillende stadia van het 'multistage' proces van carcinogenese.

1.9 The diagnosis of tumorsDeze paragraaf mag worden overgeslagen.

1.10 the names of tumoursDeze paragraaf kan als referentie worden gebruikt als men in de rest van de literatuur namen van tumoren tegenkomt die men niet begrijpt.

1.11. Tumour staging and the spread of tumours – metastasisAlleen doorlezen

1.12 – 1.18Deze paragrafen mogen worden overgeslagen. Paragrafen 1.14 en 1.15 kunnen desgewenst worden doorgelezen maar de onderwerpen die hier aan de orde komen worden uitgebreider in andere uitgereikte literatuur besproken (o.a. in het artikel van Bruce Ponder, "Cancer Genetics")

Tijdens het bestuderen van het hoofdstuk ‘What is cancer’ van L.M. Frank & N.M. Teich kan ook het artikel van Vogelstein et al. "Genetic Alterations Accumulate during Colorectal Tumorigenesis"worden bestudeerd; dit mag ook erna.Vervolgens moet (een gedeelte van) het artikel van B.A.J. Ponder "Cancer Genetics" worden bestudeerd. In dit artikel van Ponder zijn de belangrijke begrippen/onderwerpen: De zes 'hallmark features' van kanker (komen deels overeen met wat er in paragraaf 1.5 van het hoofdstuk "What is cancer" van L.M. Frank & N.M. Teich staat); somatische v.s. 'germline' mutaties, zie ook de 'glossary'; 'gain-of-function' en 'loss-of-function' genetic events; epigenetic events; 'silencing of genes' door methylering van DNA (zie ook de 'glossary')

Als laatste moet het artikel van Julian Peto, "Cancer epidemiology in the last century and the next decade" worden bestudeerd. Hierbij zijn belangrijke onderwerpen: oorzaken van kanker: tabak, dieet, hormonen, infecties; ga bij elk van deze factoren na of het een genetische of epigenetische factor is. Bij 'occupational and environmental carcinogens' is vooral de inductie van kanker door asbest een belangrijk onderwerp.Andere onderwerpen: 'polymorphisms'; het effect van leeftijd; het verschil tussen 'high-penetrance' en 'low-penetrance' genen (zie ook de 'glossary') en het verschil van deze op de kanker incidentie en op het voorkomen van 'multiple-case families'; prioriteiten bij kanker preventie.

GLOSSARY

Apoptose = Geprogrammeerde celdood- een genetisch gereguleerde vorm van actieve celdood (=zelfmoord). Via aptose kunnen beschadigde, ongeschikte en/of nutteloos geworden cellen verwijderd worden en zal cel -homeostase behouden blijven. Apoptose wordt gekarakteriseerd door een aantal biochemische en morfologische gebeurtenissen, waaronder membraan blebbing, chromatine condensatie, DNA fragmentatie en proteolyse van cytoskelet en eiwitten. Tijdens het afbraakproces blijven membranen intact waardoor ontsteking van het omliggende weefsel wordt voorkomen. Uiteindelijk krimpt de cel en wordt hij (of zijn apoptotische lichamen) gefagocyteerd door zijn omgeving.

Celcyclus checkpoint = Een plaats in de signaaltransductiecascade waar de voortgang van de celcyclus gereguleerd kan worden. Dit zijn veelal de overgangen van de G,-fase naar de S fase en de overgang van de G2-fase naar de M fase. Deze punten in de celcyclus staan onder strikte regulering van een aantal eiwitten. Telkens wordt op deze punten bepaald of celproliferatie moet doorzetten of moet worden stopgezet. Een bekend eiwit dat fungeert als celcyclus checkpoint is p53. Bij aanwezigheid van DNA schade zorgt upregulering van p53 voor een G1/S arrest en in lichte mate ook voor een G2/M arrest van de celcyclus, en dus een blokkade in de voortgang van celproliferatie, Proliferatie wordt niet doorgezet voordat de DNA schade is gerepareerd.

Cyclinen = Een groep gerelateerde eiwitten die een belangrijke functie hebben in de controle en de regulering van de celcyclus. Ze activeren zogenaamde Cycline Dependent Kinases (CDK's) die via fosforylering de voortgang van de celcyclus bespoedigen. Bepaalde cycline/CDK's kunnen het tumor suppressor gen RB fosforyleren waardoor dit loslaat van de transcriptiefactor E2F. E2F wordt op deze manier geactiveerd en zorgt voor de transcriptie van een aantal eiwittten nodig voor DNA-replicatie, zodat de

Drug resistance = Het ongevoelig worden van het lichaam of een cel voor het werkingsmechanisme van een geneesmiddel.

Epigenetisch mechanisme=Regulering van genexpressie die geen veranderingen in gen structuur betreft.

'Germline' = kiemcellijn Hemizygoot = Het aanwezig zijn van een ongepaard gen zodat een haploïde in plaats van diploïde situatie ontstaat. Er is dus maar één kopie in plaats van twee kopieën van een bepaald gen / een bepaald gen gedeelte of zelfs een heel chromosoom aanwezig.

LOH = Verlies van heterozygositeit. Situatie waarbij één van de allelen van het chromosoom verloren is gegaan. Soms wordt het overgebleven allel geredupliceerd wat leidt tot een homozygote situatie (twee identieke allelen), anders blijft slechts één van de twee allelen over wat resulteert in een hemizygote situatie (zie hemizygoot).

Metastasering = Het overbrengen van een tumorcel door de bloedbaan of de lymfestroom vanuit een primaire tumor naar een andere plaats in het lichaam, waar een secundaire tumor ontstaat van dezelfde aard als de oorspronkelijke. In de volksmond staat dit ook wel bekend als uitzaaiingen. Transport van een tumorcel ontstaat door invasie van tumorcellen naar bloedvaten en/of lymfebanen, stukken tumor kunnen afbreken en naar andere gedeelten van het lichaam worden getransporteerd.

Methylation of DNA = The DNA of vertebrates contains tissue-specific patterns of methylated cytosine residues. Methylation patterns are established during early embryogenesis and gametogenesis (=generation of egg and sperm cells). Faithful maintenance of methylation patterns is required for normal development, and aberrant methylation patterns are associated with certain human tumors and developmental abnormalities.Heavily methylated DNA is generally 'silenced' for transcription. In contrast, the unmethylated CpG dinucleotides of most genes are associated with chromatin typical of highly transcribed DNA. Cancer cells show altered patterns of DNA methylation. Overall DNA methylation is often decreased; this change may contribute to genomic instability

Mismatch Repair = Mismatch repair corrects mismatches of bases in DNA that have resulted from incorrect replication and recombination. Only unmethylated strands (newly synthesized) are repaired. After binding of an enzyme that recognizes mismatches, the unmethylated strand is incised at an hemimethylated GATC site (methylated at the O6 of A)Mutations in the human mismatch genes hMLH1, hMSH2, hPMS1 and hPSM2 in the human disease HNPCC (hereditary nonpolyposis colorectal cancer) lead to high mutations rates (100x normal), genetic instability and resistance against cytostatic drugs.

Moleculaire epidemiologie = Leer van de frequentie van het optreden van ziekten en de factoren die daarmee samenhangen, Dit is vooral gebaseerd op statistische gegevens verzameld over een grote groep mensen. Zo wordt het vóórkomen van bijvoorbeeld kanker beschreven tussen verschillende seksen, geografische locaties, leeftijden, verschillende socio-economische niveaus, verschillende werkomgevingen, tijdsvakken etc. uitgedrukt in de waarschijnlijkheid kanker te krijgen onder bepaalde omstandigheden. Dit kan zowel prospectief (voorspellend) worden gedaan via het volgen van een grote groep gezonde mensen of retrospectief via het bekijken van het leven van een groep kankerpatiënten.

Oncogenen/proto-oncogenen = Groep genen afkomstig uit kankerverwekkende virussen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van kanker in de gastheer. Het cellulaire "counterpart" in de normale gastheercellen wordt het proto-oncogen genoemd. Één van de oorzaken van tumorvorming kan zijn dat deze proto-oncogenen zijn gemuteerd, anders gereguleerd, gen-amplificatie of chromosomale translocatie van het is opgetreden waardoor de normale fysiologische functie wegvalt/verandert, wat uiteindelijk resulteert in kanker. Voorbeelden van oncogenen zijn ras, fos, jun, src, sis en abLNaast activatie van proto-oncogenen tot oncogenen is een andere veel voorkomende oorzaak van kanker het uitschakelen van tumor suppressor genen (zie tumor suppressor gen).

Paracrien (Eng. Paracrine) = wordt gebruikt om aan te geven dat producten die door cellen worden uitgescheiden (b.v. hormonen) invloed uitoefenen op naburige cellen. Vgl. autocrien en endocrien waarbij de producten respectivelijk invloed hebben op de cellen zèlf of ,via de bloedbaan, in principe op alle cellen van het lichaam.

'Penetrance' (Ned.: penetrantie) = het percentage van gen-dragers die phenotypische kenmerken vertonen.

Somatisch = lichamelijk, afkomstig van het lichaam. 'Somatic mutation': mutatie van een lichaamscel i.t.t. 'germline mutations' (mutaties van kiemcellijnen)

Tumor initiatie = De eerste en essentiële stap in het meerstapsproces dat uiteindelijk tumoren/kanker tot gevolg heeft, namelijk het ontstaan van een mutatie in het genetische materiaal. Deze mutatie moet worden opgevat in de ruime zin van het woord, kan een echte mutatie zijn (zoals een basenpaar substitutie, deletie/insertie, mismatch), maar ook genamplificatie, chromosomale translocatie of veranderde regulering. Een geïnitieerde (preneoplastische) cel kan gedurende een lange periode slapend blijven en is dus niet per definitie een tumorcel.

Tumor promotie = De stap die in het meerstapsproces leidend tot kanker volgt op de initiatie. Deze wordt gekenmerkt door een verandering in de genetische expressie. De geïnitieerde cel wordt omgezet tot een tumorcel. Tumor promotoren hoeven zelf geen initiator te zijn. Alleen een promotor leidt dus nooit tot de vorming van een tumor wanneer er geen initiatie aan vooraf is gegaan. Veel hormonen worden gerekend tot de tumor promotors.

Tumor progressie = De laatste fase van het meerstapsproces van kanker, het behelst het ontstaan van celvarianten in tumoren die meer kwaadaardig zijn dan de reeds bestaande tumorcellen. Het behelst veelal veranderingen in het aantal of de verdeling van de chromosomen wat uiteindelijk resulteert in een versnelde groei, invasie van gezond weefsel en metastase.

Tumor suppressor gen = Genen die de fysiologische functie hebben de celdeling op een negatieve manier te reguleren (vaak leidend tot celcyclus arrest). Bij mutaties of verlies van één of beide allelen van dit gen kan er een situatie ontstaan die ongecontroleerde celproliferatie toestaat. Een aantal bekende tumor suppressor genen zijn p53 (erfelijk verlies leidt tot Li-Fraumeni syndroom), RB (erfelijke afwijking in dit gen leidt tot retinoblastoma), WTI (erfelijke afwijking leidt tot niertumoren en (licht) genitale afwijkingen) en APC (erfelijke afwijking leidt tot Familiaire Adenomatische Polyposis). Uit bovenstaande voorbeelden blijkt dat erfelijke afwijkingen in tumor suppressor genen, of mutaties die in latere levensfase optreden veelal leiden tot de vorming van een breed scala aan tumoren, afhankelijk van het tumor suppressor gen dat gemuteerd is.

cellen vanuit de G1 fase van de celcyclus de S fase kunnen binnengaan.

Translocatie = Een chromosomale afwijking waarbij een gedeelte van het ene chromosoom is uitgewisseld met en gekoppeld aan een ander, niet homoloog chromosoom. Met reciproke translocatie wordt de wederzijdse uitwisseling van chromosomaal materiaal tussen twee chromosomen bedoeld. Translocatie kan een oorzaak zijn van kanker zijn doordat genen die eerst onder regulatie van promotor A vielen nu wellicht onder de regulatie van promotor B (van het niet homologe chromosoom) gaan vallen. Signaal en cellulaire respons zijn niet meer aan elkaar gekoppeld.

Gen amiplificatie = Een chromosomale afwijking waarbij een gen in meerdere kopieën dan normaal voorkomt op het genoom. Arnplificatie beslaat veelal lange gedeelten van het chromosoom dat meerdere genen beslaat. Gen amplificatie van oncogenen kan ook een rol spelen bij de ontwikkeling van kanker. Zo is bijvoorbeeld een genamplificatie van 5-1000 waargenomen van N-myc in neuroblastomas. Deze amplificatie kan worden waargenomen als homologe sequenties op een zelfde chromosoom of via de aanwezigheid van een soort minichromosomen, ook wel double minute chromosomen genoemd.

Allel = één van de twee vormen van een gen dat op een bepaalde plaats (locus) op het chromosoom kan voorkomen. B.v. het allel voor blauwe ogen of het allel voor bruine ogen.

Wat is de cellulaire functie van het Ras oncogen?

Het Ras oncogen fungeert als een soort moleculaire schakelaar in de signaaltransductiecascade die cellen aanzet tot proliferatie en differentiatie. Ras wordt geactiveerd door een tyrosine fosforylering via een receptor tyrosine kinase (RTK). Deze tyrosine fosforylering is echter maar van betrekkelijk korte levensduur evenals de activatie van Ras. Ras zet dit kortstondige signaal veroorzaakt door de binding van een groeifactor aan een grocifactor-receptor (een RTK) om in een meer langdurig signaal door verscheidene cascades van serine/threonine fosforyleringen te activeren.Het Ras kent twee verschillende vormen: een inactieve vorm gebonden aan GDP en een actieve vorm gebonden aan GTP, Het GDP dissocieert van het Ras-eiwit met behulp van een Guanine Nucleotide Releasing Factor (GNRF) zoals Sos. Naast Sos speelt eveneens het adaptor eiwit GRB-2 een belangrijke rol bij de activatie van Ras. GRB-2 bindt met zijn SH2 domein een gefosforyleerd tyrosine residu van de door een groeifactor (bv EGF, PDGF of Insuline) gestimuleerde RTK. Vervolgens associeert het gebonden GRB-2 met Sos waardoor Sos wordt gelokaliseerd in de buurt van het membraan waar Ras aanwezig is. Het inactieve Ras (GDP gebonden) wordt geactiveerd door GDP te dissociëren. Het geactiveerde Ras (GTP gebonden) activeert een serine/threonine kinase bekend als Raf-l. Raf-1 op zijn beurt activeert via een serine/threonine fosforylering Mitogen Activated Protein Kinase Kinase (MAPKK) dat daarna een dubbele fosforylering uitvoert op zowel een serine- als een threonine residu van het Mitogen Activated Protein Kinase (MAPK). MAPK activeert weer ander kinasen maar ook direct transcriptiefactoren. Er is nu een signaalcascade ontstaan vanuit het eeloppervlak (binding van een groeifactor aan een RTK) naar de nucleus (activatie van genen bv, oncogen fos, door MAPK gestimuleerde transcriptiefactoren) via het Ras-eiwit. Ras wordt zelf geïnactiveerd door een intrinsiek fosfatase aanwezig in het Ras-GTP. Deze stap wordt versneld door een interactie met GTPase Activated Protein (GAP).Mutaties in Ras, stimulatoren van Ras (oncogenen met producten gerelateerd aan groeifactoren zoals sis en int-2, oncogenen met producten gerelateerd aan groeifactor receptoren zoals erbB), en genen gestimuleerd door Ras, zoals fos, hebben de potentie cellen continu aan te zetten tot proliferatie en kunnen daarom leiden tot de ontwikkeling van tumoren.

Wat is de normale cellulaire functie van p53? Wat gaat er mis als dit gen afwezig of gemuteerd is?

P53 functioneert in de cel als een tumor suppressor gen. Het eiwit heeft grote invloed op het bepalen van het lot van de cel na DNA-schade. Het eiwit werkt als een transcriptiefactor dat zowel genen kan activeren als remmen en speelt een rol bij vier verschillende cellulaire processen namelijk:* Celcyclus checkpoint (voorkomt cel-proliferatie bij DNA-schade)• Trigger voor DNA-repair• Trigger voor apoptose* Promotie van celdifferentiatieWanneer een cel DNA-schade oploopt zal het niveau van het actieve p53 in de cel worden verhoogd. In eerste instantie leidt dit tot een GI/S arrest van de celcyclus (Dit via de activatie van p21/WAF-1/cip-1 cycline afhankelijk kinase remmer die G,-cyclines remt waardoor fosforylering van het Retinoblastoma eiwit (RB) wordt voorkomen. De hypogefosforyleerde vorm van RB bemoeilijkt de overgang van cellen vanuit de G, fase van de celcyclus naar de S-fase. Ook interacties met andere genen die de DNA-replicatie beïnvloeden zijn waargenomen, zoals: PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen), histon H3, DNA polymerase a, myb, RPA (=Replicating Protein A) en GADD45 (Growth Arrest DNA Damaged inducible gene». Het opgeworpen celcyclus arrest veroorzaakt een tijdsinterval waarin DNA-repair mechanismen de kans krijgen de aanwezige DNA-schade in de cel te repareren. Wanneer DNA-schade gerepareerd is zal het arrest van de celcyclus worden opgeheven en proliferatie van de gezonde/onbeschadigde cel worden voortgezet. Wanneer de DNA-schade daarentegen irreversibel is, reparatie van de schade te veel tijd in beslag neemt of een celcyclus arrest op dat moment onmogelijk is, zal apoptose worden geïnduceerd waardoor de beschadigde potentieel tumorigene cel wordt verwijderd. Apoptose wordt geïnduceerd via enerzijds remming van "survivor"genen (Bcl-2, Bcl-w, Mcl-l en Bcl-xl of anderzijds stimulatie van "death"genen (Bax, Bad, Bak en Bcl-x") van de Bcl-2 familie. De beschermende rol van p53 voorkomt dat beschadigde genetische informatie wordt doorgegeven via replicatie, daarom wordt dit eiwit ook wel "the cellular gatekeeper" of "the guardian of the genome" genoemd.Dit systeem heeft zijn eigen auto-regulatoir feedback remming door middel van Mdm-2. Mdm2 wordt door p53 geactiveerd, en p53 wordt uiteindelijk weer geremd door Mdm-2, Deze loop creëert het tijdsinterval dat beschikbaar is de aanwezige DNA-schade te repareren.

Wanneer het p53 gen afwezig is of gemuteerd is dan zal de beschermende functie die p53 heeft bij het doorgeven van genetische informatie te komen vervallen. De kans dat cellen met een DNA beschadiging alsnog zullen delen neemt toe en darmee dus ook de genetische instabiliteit, Uiteindelijk kan dit leiden tot de vorming van tumoren. P53 wordt daarom ook wel een tumor suppressor gen genoemd. Zijn normale functioneren verkleint de kans op de ontwikkeling van kanker. Een erfelijke afwijking bekend als het Li-Fraumeni syndroom waarin één of beide van de p53 allelen zijn gemuteerd leidt tot het ontwikkelen van een breed spectrum aan verschillende tumoren op een jonge respectievelijk latere leeftijd.