HC 4.5: Ontregeling apoptose in kankercellen

Question 1

als een cel onder stress komt te staan of er is DNA schade, dan:

Answer 1

kan de cel kiezen voor:
- apoptose
- senescence

Question 2

apoptose:

Answer 2

• celdood en celproliferatie zijn in balans gedurende het leven van een multicellulair-organisme
• celproliferatie en celdifferentiatie maar ook celdood horen bij de normale ontwikkeling van zoogdieren
• de meeste celdood gebeurt door een normaal proces van geprogrammeerde celdood, apoptose
• apoptose is streng gereguleerd

Question 3

in een volwassen mensen lichaam gaan 50 miljard cellen per dag dood door apoptose.

Answer 3

ook is apoptose volop aanwezig tijdens de (embryonale) ontwikkeling van zoogdieren, denk aan het vormen van vingers in de baarmoeder

Question 4

er kan dus apoptose, geprogrammeerde celdood, optreden, maar er kan ook necrose optreden. Necrose is een andere manier om dood te gaan, voor een cel.

Question 5

kenmerken apoptose:

Answer 5

• treedt op als gevolg van fysiologische signalen
• actief proces
• een ‘schone’ dood, geen immuun response

Question 6

kenmerken necrose:

Answer 6

• treedt op na externe beschadiging
• veroorzaakt ontstekingsreactie en weefselschade

Question 7

hoe werkt apoptose?

Answer 7

• normale cel krijgt signaal om tot apoptose over te gaan
• cel krimpt (organellen en kern krimpen ook)
• er vindt fragmentatie plaats van de cel
• er worden tijdens die fragmentatie, membranen gevormd om ieder organel
• en uiteindelijk worden al die fragmentjes (apoptotische bodies) opgeruimd middels fagocytose
• er vindt geen immuun response plaats

Question 8

hoe werkt necrose?

Answer 8

• de cel gaat opzwellen
• op een gegeven moment komen organellen van binnen de cel, buiten de cel terecht
• die organellen buiten de cel, wekt een immuunreactie op
• dat geeft inflammatie

Question 9

verschil tussen apoptose en necrose:

Answer 9

• zwelling van de cel: Necrose
• afbraak van DNA: Apoptose + Necrose
• fagocytose van de dode cel: Apoptose
• Barsten van de cel: Necrose

Question 10

Apoptose is betrokken bij zowel fysiologische als pathologische processen:

Answer 10

fysiologische processen:
- embryogenese
- afstoten epitheelcellen (darm, huid)
- verwijderen auto-reactieve T cellen
pathologische processen:
- celdood in (pro)tumoren
- celdood na DNA schade of cellulaire ‘stress’

Question 11

mechanisme van apoptose:

Answer 11

Signaal:
- kan intrinsiek zijn, bijv stress van de cel/DNA schade
- kan extrinsiek zijn, bijv TNF of FASL
Controle en integratie:
- intrinsieke signalen worden doorgegeven via mitochondriële permeabiliteit (Bcl-2 genen familie)
- extrinsieke signalen worden doorgegeven via receptoren
(het signaal komt dus van binnen of buiten, wordt dan doorgegeven en dat gaat dan eiwitten activeren)
Uitvoering:
- een familie van eiwitten die betrokken is, zijn de caspases
- daarnaast hebben we DNAse’s die worden geactiveerd en die gaan DNA afbreken

Question 12

caspases:

Answer 12

enzymen die eiwitten gaan afbreken

Question 13

die signalen die dus worden doorgegeven bij apoptose, zorgen uiteindelijk voor de activering van caspases en DNAse’s, wat leidt tot afbraak van eiwitten en DNA.
en uiteindelijk wordt wat achterblijft afgevoerd, dus afvoer van dode cellen/cel fragmenten door fagocytose

Question 14

apoptose pathway van de extrinsieke (FAS/FASL) pathway:

Answer 14

• FASL bindt aan de FAS receptor
• er vindt een cascade van signalen plaats binnen de cel
• een set van caspases wordt geactiveerd
• eerst caspase 8 en die activeert vervolgens caspase 3
• dat leidt tot apoptose

Question 15

de extrinsieke pathway van apoptose leidt dus tot activatie van eiwitten (caspases) die dan weer andere eiwitten gaan activeren.

Question 16

intrinsieke pathway (cytochrome C) van apoptose:

Answer 16

• er is DNA schade
• daardoor gaat het eiwit p53 reageren
• dat eiwit zorgt ervoor dat BAX-genen tot expressie komen
• en die genen zorgen dat cytochrome C (zit in de mitochondriële membranen) wordt vrijgegeven in de cel
• en dat het cytochrome C met andere eiwitten gaat zorgen voor de activatie van caspase 9
• en caspase 9 activeert dan weer caspase 3
• die caspase 3 komt tot expressie en die zorgen dan voor de afbraak van eiwitten

Question 17

bij de intrinsieke pathway heb je twee families van eiwitten:

Answer 17

• Bcl-2, wat de apoptose remt
• BAX, wat de apoptose induceert

Question 18

Bcl-2 en BAX:

Answer 18

• de relatieve concentraties van deze twee eiwitten bepaalt of een cel wel of niet in apoptose gaat/is
• doen beide hun werk aan de mitochondriële membraan
• Bcl-2 zorgt ervoor dat een cel niet in apoptose gaat, dus het zorgt ervoor dat er geen cytochrome 2 wordt vrijgemaakt
• wanneer er een signaal komt dat de cel wel in apoptose moet gaan, dan veranderen de verhoudingen van Bcl-2 en BAX, waardoor Bcl-2 geblokkeerd wordt en BAX juist vrij kan komen, waardoor cytochrome C vrijkomt en de caspase cascade in gang kan worden gezet

Question 19

mitochondriële pathway bij een normale cel:

Answer 19

• krijgt een signaal dat de cel moet delen, die groeifactor die bindt aan de groeifactor receptor op de cel
• op de mitochondria bevinden zich de Bcl-2 (waaraan BAX gelinkt zit) als een soort kanaal/opening
• in de normale cel die moet delen, is dat ‘kanaal’ gesloten/geblokkeerd, waardoor het cytochrome C wat zich in het mitochondrium bevindt niet naar buiten kan komen

Question 20

mitochondriële apoptose pathway:

Answer 20

• wanneer er een gebrek is aan een ‘survival signaal’ ofwel een signaal voor de cel om te delen, of aan DNA schade/stress
• dan komen er eiwitten in actie (BH3 eiwitten)
• die zorgen ervoor dat Bcl-2 geblokkeerd is, maar dat het BAX (kanaal) even opengaat, waardoor cytochrome C vrijkomt
• dat zorgt voor een reeks van activaties van caspases
• wat uiteindelijk leidt tot apoptose

Question 21

een kankercel wil blijven delen en absoluut niet in apoptose gaan. kankercellen zijn in staat om de apoptose te remmen:

Answer 21

• veranderingen in componenten van het apoptose proces worden in veel tumoren gevonden
• deze veranderingen leiden tot een toename van het aantal tumorcellen

Question 22

voorbeeld bij lymfoom:

Answer 22

bij bepaalde lymfomen, waarbij een translocatie optreedt t(14;18) zien we dat er veel meer Bcl-2 aanwezig is dan in de normale situatie. in dat lymfoom wordt er dus alles aan gedaan zodat de cellen niet in apoptose kunnen gaan.

Question 23

bij cellulaire ‘stress’/DNA schade kan een cel dus kiezen om in apoptose te gaan, maar het kan er ook voor kiezen om in senescence te gaan

Question 24

wat voor factoren/soorten cellulaire stress kunnen leiden tot een cel die in senescence gaat?

Answer 24

• tekort aan groeifactoren
• DNA schade door ioniserende straling of chemotherapie
• telomeer ‘erosie’
• oncogene stimuli
• etc.

Question 25

Senescente cellen:

Answer 25

• ze blijven voor altijd in de G0 fase van de celcyclus (onomkeerbaar in de G0 fase van de celcyclus)
• ze zijn niet dood, ze blijven leven
• expresseren van celcylus remmende eiwitten (p53, p21, p16, etc.)
• ze produceren SASP factoren, wat een set van eiwitten is, die ze secreteren, dus buiten de cel uitscheiden. die SASP factoren zijn uitgescheiden eiwitten zoals cytokinen, groeifactoren en enzymen
• door de cytokinen die de senescente cellen produceren, krijg je een ontstekingsreactie
• de senescente cellen hebben een andere celmorfologie, voordat ze in senescence gaan

Question 26

waar staat SASP voor?

Answer 26

Senescence
Associated
Secretory
Phenotype

Question 27

positieve effecten van cellen in senescence:

Answer 27

• tissue homeostase (ze kunnen zorgen voor herstellen van schade)
• tumor suppressie (senescence kan er voor zorgen dat bijv. een pre-tumorcel richting senescence gaat, zodat het niet kan uitgroeien tot tumorcel)
• paracriene senescence (senescence cellen stimuleren cellen die er omheen liggen om ook in senescence te gaan)

Question 28

senescente cellen worden verwijderd door het immuunsysteem:

Answer 28

• wanneer een cel een senescence cel is geworden, maakt hij cytokinen
• door die cytokinen komt het immuunsysteem in actie
• het immuunsysteem gaat die cel dan opruimen
• dus krijg je uiteindelijk weer een situatie die normaal is, dus geen senescence cellen en gewoon allemaal normale cellen
• je ruimt dus tumorcellen op, net zoals dat gebeurt bij apoptose

Question 29

rol van senescence cellen in het herstel van weefselschade:

Answer 29

• stel we hebben een stuk waar schade is opgetreden (er missen cellen in dat stuk weefsel)
• als 1 cel in die regio van die weefselschade, een senescence cel is
• dan kan door de groeifactoren die die senescence cel produceert, die cel de omringende cellen stimuleren om te gaan delen
• zodat de schade wordt hersteld en het ‘lege’ stuk zonder cellen wordt opgevuld

Question 30

senescence, de negatieve effecten:

Answer 30

• bij veroudering wordt het immuunsysteem net wat minder, waardoor die cellen niet meer goed worden opgeruimd
• het resultaat is dan dat je allemaal cellen hebt die ‘in de weg liggen’ en niks doen, wat problemen kan creëren
• ander probleem is, dat wanneer toch 1 van die cellen een tumorcel is geworden, dat door al die groeifactoren die de senescence cel produceert, je de tumor bevordert in de groei ervan (bij veroudering is de kans hierop dus ook weer groter)

Question 31

senescence speelt een rol bij:

Answer 31

POSITIEF:
- embryogenese
- beperken van de weefselschade
- beschermen tegen het ontstaan van kanker
NEGATIEF:
- weefselveroudering
- tumorprogressie

Question 32

zowel bij apoptose als senescence speelt eiwit p53 een hele belangrijke rol

Question 33

het gen dat codeert voor het p53 eiwit, noemen we TP53. andere naam:

Answer 33

guardian of the genome

Question 34

TP53 is een tumorsuppressor gen, er moeten dus twee allelen gemuteerd zijn om een cel de kans te geven een tumorcel te worden. bij veel verschillende kankers zie je dat het p53 gen gemuteerd is.

Answer 34

p53 speelt dus een belangrijke rol om cellen een signaal te geven om óf in apoptose te gaan óf in senescence

Question 35

kenmerken van TP53 als tumorsuppressor gen:

Answer 35

• ‘Guardian of the genome’
• TP53 meest gemuteerde tumorsuppressorgen
• rol p53 in apoptose en senescence
• p53 heeft een functie als transcriptiefactor (het reguleert dus een set van targetgenen)
• activering van p53 zorgt dus voor de activatie van een set van targetgenen

Question 36

wanneer er DNA schade heeft plaatsgevonden, wordt dat gevoeld door p53, waarna p53 vervolgens de hele cascade in gang zet tot aan apoptose

Question 37

in hoeveel van alle tumoren bij de mens is het TP53 gen gemuteerd?

Answer 37

in meer dan 70% van alle tumoren
- oa. bij mamma, long, huid, colon, blaas kanker

Question 38

p53 als transcriptie factor:

Answer 38

• p53 werkt dus als een transcriptie factor
• 4 p53 eiwitten werken samen
• dus zo’n p53 tetrameer bindt aan enhancer/promotor
• en daar zorgt het p53 dus voor de expressie van verschillende genen en daar de regulatie van

Question 39

opbouw van het p53 eiwit:

Answer 39

bestaat uit 3 domeinen:
- middenin (grootste domein) een DNA bindend domein (dat domein bindt dus aan DNA)
- aan de C-terminus kant hebben we het tetramerisatie domein (dus het domein, waar de eiwitten aan elkaar gaan binden om een tetrameer te vormen)
- aan de N-terminus kant hebben we het Transcriptie Activerend Domein (TAD) (dit is dus het domein waar de transcriptie wordt geactiveerd)

Question 40

p53 is een eiwit wat niet constant aanwezig is, het wordt gereguleerd. de hoeveelheid van het eiwit p53 is afhankelijk van het eiwit:

Answer 40

MDM2

Question 41

werking MDM2:

Answer 41

• reguleert de hoeveelheid p53 in een cel
• als het bindt aan het p53 eiwit, worden er Ubiquitine moleculen toegevoegd aan het p53 eiwit
• en dat Ubiquitine, is een signaal dat het p53 eiwit moet worden afgebroken door proteasomen
• als p53 bindt aan MDM2, verplaatst het zich van de nucleus naar het cytoplasma
• en in het cytoplasma wordt het p53 afgebroken door proteasomen
• er is dan dus een lage concentratie van p53
• en er is dus ook geen p53 gereguleerde transcriptie

Question 42

MDM2 is dus een negatieve regulator van p53:

Answer 42

het zorgt ervoor dat p53 wordt afgebroken in het cytoplasma, waardoor de concentratie p53 laag is en er geen p53 gereguleerde transcriptie plaats kan vinden

Question 43

wat gebeurt er met p53 en MDM2 wanneer er cellulaire stress is?

Answer 43

• wanneer er cellulaire stress is, wordt p53 gefosforyleerd
• door die fosforylatie kan het MDM2 niet meer aan het p53 binden
• p53 wordt dan dus niet afgebroken
• er ontstaat een hoge concentratie van p53
• p53 blijft in de nucleus
• p53 gaat tetrameren vormen
• die tetrameren binden aan de promotor/enhancer van het gen dat ze reguleren
• je krijgt transcriptie, wat gaat leiden tot apoptose óf senescence

Question 44

er zijn specifieke eiwitten die p53 tot expressie kan brengen:

Answer 44

• waaronder p21, die de celcyclus tijdelijk remt en ‘on hold’ zet, zodat de cel tijd heeft voor DNA schade herstel
• BAX kan tot expressie komen door p53, en dat betekent dat de cel in apoptose zal gaan

Question 45

TP53 mutaties bij kanker:

Answer 45

zowel
- grote deleties
- verkorte eiwitten (nonsense, frameshift, splicing)
- missense mutaties (75% van de gevallen)

Question 46

effect van missense mutaties in p53 bij kanker:

Answer 46

door de missense mutaties verandert de structuur van het eiwit (het eiwit vouwt anders):
- mutant p53 is niet meer in staat om te binden aan DNA, waardoor geen expressie van p53 target genen
- het MDM2 bindt niet meer aan het mutant p53 eiwit, waardoor geen afbraak is van het p53 eiwit

Question 47

hoe p53 inactivering bijdraagt aan tumorgroei:

Answer 47

• bij normale p53, zal een signaal van bijv. cellulaire stress er voor zorgen dat een cel in senescence gaat, in apoptose gaat of dat de DNA schade wordt hersteld
• wanneer p53 gemuteerd is, zal de cel niet in senescence of apoptose gaan, waardoor de cel blijft delen en er een tumor kan ontstaan