moleculaire basis van kanker Flashcards
vierklassen van sleutelgenen voor kanker
1) (proto-)oncogenen = genen betrokken bij stimulering van celgroei & -proliferatie
proto = nog niet gemuteerd
2) tumorsupressorgenen = genen betrokken bij inhibitie van celgroei & -proliferatie
3) genen betrokken bij apoptose = genen die ontspoorde cellen laten zelfdoden
4) genen betrokken bij DNA-repair = genen die fouten in de DNA-replicatie herstellen
schema van normale tot maligne
- normale cel
- DNA-schade
- falen van DNA-repair
- mutaties in somatische cellen
- fysiologische gevolgen
- verhoogde celgroei door inactivatie van tumorsupressor genen & activatie van pro-oncogenen
- verlaagde apoptose door mutaties in apoptose regulerende genen - clonale expansie
- andere factoren
- angiogenese
- immuno-editing
- bijkomende mutaties
- invasie & metastasering - maige neoplasie
carcinogenese
= onstaan van maligne in epitheel
= meestal resultaat van progressieve accumulatie van mutaties
kanker fenotype = tot 1000 mutaties vooral passenger
- driver mutaties = 1e initiërende mutatie
- proto-oncogenen
- tumorsupressorgenen
- apoptose regulerende genen - passenger mutaties = mutaties met indirecte invloed
- vb: eiwitten - zowel driver als passenger mutaties
- DNA-herstel = genomische instabiliteit
- carcinogenen = kankerverwekkende stoffen
tumorheterogeniteit
- tumor
- verwerven van extra mutaties = subclonen
- survival of the fittest
- subclonen met groeivoordeel overleven
- afhankelijkheid van groeifactoren
- hoeveelheid antigenen
- invasief & metastaserend potentieel - therapie
- herval: subclonen die resistent zijn voor bepaalde therapieën vb: chemo & anti-oestrogeen
epigenetische afwijkingen in tumorcellen
- promotor methylatie
- cytosine binnen CpG-eilandjes
- voorkomen binding van RNA-polymerase
- DNA silencing = voorkomen expressie van gen - histon modificaties
- acetylaties, methylaties & fosforylaties
- bepalen compactheid DNA ≈ activiteit
- aanpassen door medicatie - moleculaire therapie
- DNA-controles & silencing van bepaalde genen
8 belangerijke wijziging in celfysiologie
= de 8 hallmarks
1) autonoom voldoende groeisignalen
2) ongevoelig voor groeiinhiberende signalen
3) gewijzing metabolisme
4) ontsnappen aan apoptosis
5) eindeloos replicatief potentieel
6) induceren angiogenesis
7) invaderen & metastaseren
8) ontsnappen aan immuniteitsysteem
autonoom voldoende groeisignalen
- proliferatie
- zonder afh te zijn van externe stimuli
- activatie van oncogenen -> oncoproteïnen - oncoproteïnen
- groeifactoren & receptoren
- cytoplasmatische componenten van signaal transductie cascades
- transcriptie facotren
- celcyclus componenten
signaal transductiecascades
receptor tyrosine kinase pathway
wnt pathway
sonic hadgehog pathway
groeifactoren
- normale cellen
- groeifactoren nodig voor proliferatie = controle
- meest: paracrien = omliggende cellen
- sommige: autocrien = zichzelf - mutaties
- meestal geen mutaties
- secundaire mutaties kunnen tot overexpressie leiden
- autocriene loop
groeifactorreceptoren
= vooral oncogenen voor receptoren idpv factoren
tyrosine-receptoren
1. extracellulair deel bindt met met groeifactoren = transiënte activatie
2. cytoplasmatisch domein geactiveerd = tyrosine kinase
3. tyrosine op eiwitten fosforyleren
4. mutaties
5. constitutief = blijvend actief
soorten
- 3 soorten HRAS, KRAS & NRAS
- 15% v/d kankers
- K = 30% longadenocarcinomen
DNA-alternaties
- substituties
- substitutie = puntmutatie = 1 vervangen
- indels = insertie & deletie = sequentie toevoegen/verwijderen - amplificaties
- meerdere kopiën voor een bepaald gen
- meer actief van gen - herschikkingen
- aanpassingen aan chromosomen
- inversie = omwisseling binnen 1 chromosoom
- transclocatie = binnen 2 chromosomen
- ontstaan 2 fusie genen, enkel 1 van belang
aantonen van kankers
immuunhistochemie
1. antilichamen
- normaal = B-lymfocyten
- labo = monoclonaal
2. in of direct verbonden met enzymen
3. vorming rode kleurstof
4. aantoning kanker
5. keratine in epitheel dedecteren
6. onderscheid carcinomen of sarcomen
FISH = fluorecente in situ hybridisatie
1. dubbelstrenging DNA
2. verhitten
3. denaturatie
4. enkelstrengig DNA
5. probes toevoegen = fluorecenderde stoffen complimentair aan DNA
6. binding op DNA
7. hoeveelheid genen in kaart brengen
8. veel = sneldelende cellen = kankers
algemene behandeling van kanker
- chirurgie
- kanker volledig wegnemen
- bij makkelijke ligging
- beligne = enkel tumor, maligne = omliggend weefsel door grillige omlijning - chemotherapie = bij metastases, leukemien & lymfomen
- radiotherapie = moeilijke ligging
- hormonale therapie
- prostaatkanker -> testosteron gevoelig = anti-test
- borstkanker -> oestrogeen gevoelig = anti-oes - targeted/precision therapie
- angiogenese remmers
- immunotherapie
moleculaire behandeling door groeifactorreceptoren
- EGFR = epidermal GRF
- activatie door puntmutaties
- 10-15% long-adenocarcinomen - HER2
- actief door amplificatie = overexpressie van receptoren
- 15-20% borstcarcinomen + klein deel maagadenocarcinomen - ALK
- actief door inversie
- fusie van ALK & EML4-gen = EML4-ALK-fusiegen
- minder dan 5% van longadenocarcinomen - BRAF
- activatie door substitutie
- 50% melanomen
- specifieke inhibitor
therapie:
1. HER2-amplificatie = behandeling door antilichamen = receptor blokkeren
- EGFR & ALK = targeted/precision therapie
- small molecules = inhibitie
- leidt tot apoptosis & tumoregressie
- geen definitieve genezeing
- passenger mutaties = secundaire resistentie vb MET & HER2
cytoplasmatische componente van signaaltransductie
MAP-kinase pathway
RAS = receptor tyrosine kinase pathway activeert
- groeifactor x receptor
- dimeer
- receptor fosforyleert zichzelf
- cascade activeer RAS
- activatie van BRAF
- MAP-kinase-kinase = MEK
- fosforylatie van transcriptie facotren
- celproliferatie
- MEK inhibitor bestaat, enkel specifieke van BRAF werkt effectief
CML
= chronische myeloïde leukemie
- ABL
- non-receptor tyrosine kinase = voorkomen in cytoplasma
- initierende mutatie = vorming van BCR-ABL-fusiegen
- ABL = chromosoom 9, BCR = 22 - verloop
- chronisch = mature cellen = 3-5 lobjes
- chronische cellen = minder proliferatie
- clonale expansie = vorming jonge cellen
- overgang naar acute ML mogelijk - behandeling
- door inhibitoren
- lage toxiciteit & hoge efficientie
- niet definitief = stamcellen blijven over
- levenslange behandeling
transcriptie factoren
= Burkitt-lymfoma
- translocatie MYC-oncogen & immunoglonuline-zware-keten-gen
- MYC-oncogen komt onder controle van de promotor van IZKG
- overexpressie van MYC-oncogen
- genen voor celgroei & proliferatie
celcycluscomponenten
tussen G1 & S binding van cyclines op CDK als regulatie
1) cyclines
- cycline D = 3 types
- activatie door amplificatie of translocatie
- D1 = mantelcellymfoma & plasmocytoma = oudere patienten
2) CDK’s = cyclin dependent kinase
- actievatie door amplificatie van CDK4
- liposacromen & maligne hersentumoren
–> vormt complex
- geïnhibeerd door p16
tumorsuppressorgenen
- voorkomen
- vooral bij kinderen
- niet levenslang vatbaar
- inhibieren van celgroei & -proliferatie
- blastoma vb: neuro, nefro, … - retinoblastoma-gen
- maligne tumor van netvlies
- two-hit hypothesis = oncogenesis van Knudson
- 40% famiaal = autosomaal dominant = 1e hit in kiemcel
- 10.000x meer kans op osteosarcomen
- 60% niet erfelijk = beide hits in somatische cellen
retinoblastoma-gen bij onstaan van tumoren
- rust = hypofosfyleerd RB-eiwit in complex met E2F transcriptie factor
- inhibitie van overgang
- fosforylering RB-eiwit
- vrijkomen E2F
- activatie overgang G1 -> S
- HPV viraal eiwit E7
- inhibitie van RB-eiwit binding op E2F
- continue stimulus
- cervic & keelamandel kanker
p53
= guardian of the genome
- TP53 tumorsupressor gen
- activatie = fosforylering door DNA-schade
- weinigschade = herstel, veelschade = apoptosis
- kanker = beide kopieën actief
- beide kopiën inactief: two-hit
- 50% humane kankers - Li-fraument syndroom
- 1e hit = kiembaanmutatie = erfelijk
- 25x grotere kans op kanker
- geinduceerd door virussen: E6-eiwit van HPV = afbraak van p53
- hogere kans op: sacromen, borstcarcinoma, leukemie, adrenocorticaal carcinoma (bijnier), astrocytoma (hersenen)
andere tumorsupressoren
- APC-gen = WNT-pathway
- familiaal = APC = adenomatous polyposis coli of FAP = familiale adenomateuze polyposis
- -> dominant: 1e hit = kiembaanmutatie
- spoaradisch = verlies van beide genen
- 75% adenomen & colorectalen carcinomen - p16
- pathogenese maligne tumoren vb: familiaal melanoma
- inactivatie door deleties, puntmutaties & promotormethylatie in kiemcellen - PATCHED = PTCH = sonic-hedgehog pathway
- syndroom van gorlin (kiembaanmutatie)
- 40% v/d basaalcelcarcinomen
- tegengaan door sonic hedgehog patthway-antagonisten - NF1 = neurofibromatotis type 1
- familiaal
- vele neurofibromen = kwaardaardig kunnen worden
- PZS & huid
naamgeving van genen
bij mens
- afkorting in hoofdletters
- cursief geschreven
- eiwit niet cursief
gewijzigd metabolisme
Warburg-effect = aerobe glycolyse
1. mutaties in oncogenen & tumorsupressor genen
2. dysregulatie van signaaltransductie cascades
3. verhoogde opname glucose & glutamine = glucose honger
4. omzetten in lactaat in aerobe omstandigheden door glutamine
opsporten = PET-scan = positron emission tomography
- tumor visualiseren door toevoegen van F18-flueredeoxyglucose
immuunglobulines
= antilichamen
= 2 zware ketens & 2 lichte ketens
–> zware ketens door immuun globuline zwareketen gen
productie = plasmocyten
–> groot GA
b-lymfocyten
- AB vast op celmembraan
- BCR = b-cel-receptor
- contact = omvorming tot plasmocut
- humoraal = in vloeistoffen
t-lymfocyt
- contact enkel ter plaatse = celgebonden
- TCR
kankercellen ontsnappen aan apoptosis
- dysregulatie van apoptosis genen
- verminderd verlies van tumorcellen
- hogere kans voor invaderen & metastaseren
- inactivatie van p53
- overexpressie van BCL2-familie door translocatie met Igh immunoglobuline zware keten gen = folliculair lymfoma - chemo & radiotherapie
- induceren van apoptosis door DNA schade
- bij wild type p53 = nog werkend
- goeie werking testiskanker & ALL bij kinderen
- slechte werking bij plaveiselcelcarcinoma long, hoogd & hals
eindeloos replicatief potentieel
= immoratileit
normale cellen: max 60-70 keer delen
-> permanente rustfase = replicatieve senescentie
–> toenemende overdracht van mutaties voorkomen
1) activatie van tumorsupressorgenen
- p53 & p61
- retinoblasoma-gen in hypogefosforyleerde toestand = celcylus-arrest
- verstoord door mutaties op epigenetische mechanismen
2) verkorting van telomeren
- telomeren = uiteindes van chromosomen
- korter elke deling
–> tekort = geen deling meer mogelijk
- kiemcellen & stamcellen = oneindigdelen
–> enzym telomerase gaat verkorting tegen
=> kanker cellen hebben stem cell-like replicatief potentieel door reactivatie van enzym
induceren van angiogenesis
angiogenesis = bloedvorming
- zonder aanpassingen = max tumor van 2mm & in situ
- evenwicht tussen pro- & anti-angiogenetische factoren
- factoren door tumoren of inflammatoire cellen
- groei van tumor
- hypoxie
- mutaties in tumorsupressor genen & oncogenen
- vijgeven van pro-angiogenetische factoren bij activatie van receptor-tyrosine-kinase cascase
- VEGF = vascular endothelial GF
- bFGF = basic fibroblastic GF
- HIF1-alfa = hypoxia inducible factor - alfa - groei van bloedvaten
- positieve feedback van bloeddvaten
- IGF = insuline like GF
- PDGF = patelet derived GF - therapie
- antilichaam voor VEGF
- enkele maanden effectief
- tegen colon & borst adenocarcinoma
kankercellen invaderen & metastaseren
- verbreken van tumorcel-tumorcel-interacties
- normale epitheelcellen = meerdere soorten adhesie moleculen vb: E-cadherine
- veranderingen adhesie moleculen = dissociatie - degradatie van ECM
- ECM = lamina basalis & intersitiële matrix
- aanwezig: collageen, elastine, fibronectine, proteoglycanen = GAG = vooraad groeifactoren
- afbraak door proteasen: MMP matrix-metalloproteïnase, cathespine D, plasmogeenactivator - adhesie van tumor aan nieuwe ECM
- vb door cleavage collageen IV & laminine bij metappoproteinasen - migratie & invasie van tumorcellen
- door: actine, mortiliteits- & chemotactische factoren
- afbraak van collageen & laminine = vrijstelling groeifactoren - interactie tussen tumorcellen & stroma
- stroma = immuunsysteem & fibroblasen
- beste aangepaste subclonen voor specifieke omgeving overleven
homing van tumorcellen
verspreiden van tumor
- metastases langs bloedvat & lymfe
- primaire locatie voorspeld metastase: eerste orgaan tegenkomen
- GI tumoren -> v. porta -> lever
- veel weefsel -> a. pulmonalis -> long - metastase door homing
- geen primaire locatie: veel circulerende cellen maar weinig metastases
- binding op ligand specifieke adhesie- of chemokinesreceptoren = expressie door endotheel
- seed & soil-hypothese = geschikte micro-omgeving
- slechte soil = sterk gevasculariseerd = milt & gladspierweefsel
- prostaat -> bot, long -> hersenen & bijnier
multi-step carcinogenese
- tumoren met speficieke translocaties = potent oncogeen
–> CML = BRC-ABL-gen
+ bijkomende mutaties nodig vooraleer echte expressie
–> progressieve accumulatie van multipele mutaties leid tot volledige maligne
- leukemieën = enkele kankers
- plaveiselcelcarcinomen = vele duizenden (langdurig roken)
multi-step carcinogenese van colon adenocarcinoma
1) normaal colon mucosa
2) inactivatie van APC-gen
–> erfelijk of door somatische mutaties
3) geen verandering
4) inactivatie van 2e APC-allel
5) vorming van micropoliep = microadenoom
6) mutaties van proto-oncogenen vb: KRAS-proto-oncogen
7) vorming van poliep
8) bijkomend verlies van tumorsupressorgenen vb p53 & SMAD2/4
9) beginnend invasief adenocarcinoma door lamina basalis
10) progressief meer mutaties & hogere expressie van telomerase
+ grove structurele chromosomale alteraties = delen van chromosmen
multi-step carcinogenese van plaveiselcelcarcinomen 1
= mond muscosa
1) normaal squameus epitheel
- geen architecturale atypie = normale uitrijping naar opp
- geen celpleomorfisme = kleine & regelmatige celkernen
- geen zeldzame mitosefiguren enkel is basale membraan = precusor cellen, andere cellen = geen stijging mitose
- grens van basale membraan tussen epitheel & stroma
2) hyperplasie/hyperkertose = goedaardig
- dikker epitheel = hyperplasie
- keratine vorming op huid = hyperkeratose
- klinisch richtbaar als leukoplakie = vlak wit letsel door keratine
–> nog steeds reversibel
3) dysplasie
- zelfde afwijkingen als carcinoma in situ maar minder uitgesproken
–> niet meer reversibel = teveel mutaties
multi-step carcinogenese van plaveiselcelcarcinomen 2
4) ernistige dysplasie/carcinoma in situ
- in situ = geen doorbraak basale membraan
- verlies van normale maturatie = differentiatie
- cel pleomorfie = variatie van grootte & vorm
- abnormale nucleaire morfologie = groter, donkerder (hyperchromasie), onregelmatife vormen, onregelmatig chromatine
- zowel in basale membraan als epitheel verhoogde mitose
–> suprabasale mitose figuren
5) invasief plaveiselcelcarcinoma
- inflitrerende nesten
- goede differentiatie = squameus epitheel nabootsen
+ keratinisatie
- reactief tumorstroma
6) metastasering
- vroegtijdeig = lymfogeen
- laattijdig = long, lever, bot, …
–> bronchi = pseudomeerlagig = respiratoir epitheel -> squameus -> …
kleuren van basale membraan
= PAS kleuring = toont suikers duidelijk
–> glycoproteïnen in basale membraan
basis immuniteit
observaties
- veel lymfocyten bij tymor
- toename van kanker bij patiënten met immuundeficiënties
–> immuunrepressiva gebruiken voor hogere kans op transplantatie acceptatie kan leiden tot plaveiselcelkankers
- aanwezigheid van tumorspecifieke T-lymfocyten & antilichamen
- effect imuuntherapie
moleculaire spelers in de immuniteit
1) cytokines = peptiden (eiwitten) die communicatie toelaten tussen de cellen v/h immuunsysteem
–> vb: chemkines zijn chemotactisch = aantrekken van immuuncellen
2) MHC-molecules = major histocompatibility complex-molecules
- soort receptor waar (delen van) antigenen worden “gepresenteerd” aancellen van het immuunsysteem
+ cellen die gespecialiseerd zijn = anti-geen-presenterende cellen = dendritische cellen ≈ T-helpers
- MCH-klasse-1-antigenen komt voor in alle cellen
- MCH-klasse-2-antigenen komen enkel in dendritische cellen voor
tumorantigenen
= voornaamelijkste genen die herkend kunnen worden door het immuunsysteem
1) eiwitten gecodeerd door gemuteerde cellen
- oncogenen
- tumorsupressorgenen (RAS & p53)
- passenger mutaties = versterken driver mutatie
2) overgeëxprimeerde of abnormaal geëxprimeerde eiwitten
- eiwitten die normaal enkel in zwakke mate voorkomen die in hogere concentraties voorkomen
- eiwitten die maar door bepaalde cellen gemaakt kunnen worden en toch ergens anders voorkomen
–> uitzondering: kanker-testis-antigen: enkel kiemcellen in testis = geen MCH-klasse-1-antigenen vb: MAGE & BAGE
3) antigenen geproduceerd door oncogene virussen
- HPV-virus
- EBV-virus
anti-tumor-effectormechanismen
1) cytotoxische T-lymfocyten = vooral bij tumoren geïnduceerd door virussen
2) NK-cellen = eerste respons zonder voorafgaande sensitisatie
3) macrofagen = geactiveerd door NK & T
–> tumorcellen vernietigen door reactieve zuurstof radicalen
ontsnappen aan immuunsurveillantie
- selectieve tumorclonen
- immuno-editing
- enkel subclonen die immuunsysteem kunnen omzeilen overleven - geen/verminderde expressie van MHC-klasse I moleculen
- geen herkenning door cytotoxische T-cellen - immunoregulatie door tumorcellen
- mutaties aan receptoren of eiwitten van antigenen
- elkaar nier herkennen
immuunregulatie door tumorcellen
- expressie van liganden
- PD-L1 & 2 x PD-1 = programmed death receptor
- activeerd apoptosis bij T-lymfocyten - expressie van immuunsupressieve factoren door kankercellen
- vb: TGF-beta = transforming growth factor - inductie van Treg
- expressie van stimulerende facotren voor regulatorische T-cellen
- imuunsysteem inhiberen
immunotherapie
- werking
- antilichamen tegen PD-1 & PD-L1
- duur & lage slaagkans = 15-20%
- erg goed bij mensen waarbij werkt - gebruik
- hoge expressie van PD-L1
- mutaties in DNA-repair genen
- veel mutaties = roken & melanomen door UV-licht
familiale kankersyndromen door afwijkingen van DNA-herstel-genen
- HNPP = hereditary non-polyposis colon cancer syndrome = syndroom van lynch
- MMR-genen = DNA-mismatch repair
- specifiek: MSH2, MSH6, MLH1 & PSM2
- 1e hit = autosomaal dominant
- 10-100x meer mutaties
- hogere kans colon adenocarcinoma - XP = xerodema pigmentosum
- kiembaanmutatie
- gebrek aan nucleotide-excisie herstel = nucleotide excision repair
- UV-licht = pyrimidine dimeren van T x C
- interfering met replicatie - familiale borstkanker
- 10% van borstkankers = familiaal
- 50% van familiale borstkankers = BCRA 1 of 2
- borstkanker man & vrouw + prostaat & ovraium kanker
kankerbevorderde inflammatie
kanker ≈chronische inflammatie
- inflammatoire cellen = effect op omgeving die stimulerend is = cytokines
- direcht of ondirecht = endotheelcellen
- groeifactoren
- vrijgave door leukocyten, stromale cellen of proteasen uit ECM
- vb: EGF - invasie bevorderen
- vrijgave door proteasen = adhesiemoleculen verbreken
- vb: TNF & EGF - inductie van angiogensis door VEGF
- ontsnappen aan immuundedectie door Treg & TGF-beta
